13

BAB III

PERANCANGAN DAN REALISASI SISTEM

3.1 Pengantar

Pada bab ini akan dibahas mengenai perancangan dan perealisasian

keseluruhan sistem yang meliputi perangkat keras dan perangkat lunak. Pada

perancangan perangkat keras akan dibahas mengenai perancangan dan

perhitungan dari tiap modul yang digunakan serta keterangan mengenai modul

yang digunakan tiap bagian, dan juga gambaran dari pengkabelan masukan dan

keluaran pada PLC. Diagram kotak perangkat keras dapat dilihat pada Gambar

3.1.

Gambar 3.1. Diagram Kotak Perangkat Keras

P

L

C

TOMBOL MASUKAN

MIXER

KONVEYOR

DRIVER PENUANG ADONAN

MOTOR PENEKAN ADONAN

DRIVER PINTU OVEN

POWER AC

MENYALAKAN OVEN

PENDETEKSI SEKAT LOYANG

LS ATAS PINTU OVEN

SENSOR SUHU

LS BAWAH PINTU OVEN

LS ATAS PENUANG

LS BAWAH PENUANG

14

3.2 Perancangan Perangkat Keras

Perancangan perangkat keras akan dibahas pada setiap proses yang ada

pada dasar sistem. yaitu meliputi pencampuran, penuangan, pencetakan, dan

pengovenan. Proses – proses tersebut berjalan secara berurutan. Untuk

memudahkan jalannya proses, maka peletakan mekanis harus diperhatikan. Pada

bagian mekanik pencampuran adonan diletakkan pada bagian paling atas, supaya

bisa dilakukan penuangan ke dalam box pencetak adonan. Box pencetak adonan

diletakkan di bawah mekanik pencampuran adonan membentuk posisi L.

Konveyor diletakkan memanjang di bawah box pencetak adonan, agar pencetak

dapat mengisi lubang pada loyang. Bagian pengovenan diletakkan pada sebelah

sisi kiri dari oven, tepat sesudah loyang keluar dari mesin pencetakan, untuk

mempermudah pengambilan loyang setelah adonan dicetak. Bagian elektronis dan

PLC, diletakkan dibawah meja pengovenan. Pemilihan COM keluaran PLC perlu

diperhatikan, agar tidak menghabiskan banyak kabel dan konektor. Konfigurasi

keluaran dengan pasangan COM ditunjukkan pada tabel 3.1.

Tabel 3.1. Tabel Pasangan COM

COM Pasangan COM

0 Y0

1 Y1

2 Y2, Y3

3 Y4,Y5

4 Y6,Y7

5 Y10,Y11

6 Y12,Y13

7 Y14,Y15,Y16,Y17

8 Y20,Y21,Y22,Y23

9 Y24,Y25,Y26,27

Pada pasangan COM di atas terlihat bahwa COM7, COM8 dan COM9

mempunyai keluaran yang lebih banyak. Maka COM dan pasangan keluaran yang

akan digunakan adalah COM7, COM8 dan COM9. Dengan penjelasan yang

ditunjukkan pada Tabel 3.2.

15

Tabel 3.2. COM yang dipakai dan Keterangan

COM Keterangan

7 pasangan keluaran Y17 dan Y15. Y17 digunakan untuk

mengaktifkan sirene dan Y15 digunakan untuk menggerakkan

pemotong adonan pada bagian mesin pencetak.

8 pasangan keluaran Y20, Y21, Y22, Y23. Y20 digunakan

untuk mengaktifkan motor konveyor. Y21 digunakan untuk

mengaktifkan motor extruder. Y22 digunakan untuk

mengaktifkan motor pencampur adonan. Y23 digunakan

untuk mengaktifkan kompor listrik.

9 pasangan keluaran Y24, Y25, Y26, Y27. Y24 dan Y25

digunakan untuk mengaktifkan driver motor penuang adonan.

Y26 dan Y27 digunakan untuk mengaktifkan driver motor

pintu oven.

3.2.1 Pencampuran Adonan

Pada bagian pencampuran adonan digunakan motor AC 220 dengan

kecepatan 1400 RPM. Motor ini digerakkan secara otomatis oleh PLC dengan

pengkabelan seperti Gambar 3.2. Motor ini disambungkan pada bagian atas salah

satu baling – baling pencampur. Seperti terlihat pada Gambar 3.3. Pencampur

adonan akan bergerak saat tombol START yang terhubung pada bagian masukan

PLC X0 ditekan. Sedangkan tombol STOP digunakan untuk menghentikan semua

proses yang berjalan. Untuk pengkabelan tombol masukan terlihat pada Gambar

3.4.

Gambar 3.2. Konfigurasi Pengkabelan MOTOR AC

16

Gambar 3.3. Mekanik Pencampur Adonan

(ukuran dalam mm)

Gambar 3.4. Konfigurasi Pengkabelan Tombol Masukan

Tombol START dan tombol STOP dalam perealisasiannya digunakan

jenis tombol push on.

3.2.2 Penuangan Adonan

Gambar 3.5. Skematik dan Pengkabelan Penuang Adonan

17

Bagian penuangan adonan ini, akan menggerakkan mekanik pencampur

adonan agar tertuang ke dalam box pencetak adonan. Untuk menggerakkan

penuang ini, dibutuhkan motor DC dengan torsi yang besar, karena beban dari

mekanik pencampur dan adonannya berat. Maka digunakan motor DC power

window dengan catu daya menggunakan power supply yang biasa digunakan pada

CPU (Central Processing Unit). Agar motor bisa bergerak 2 arah (naik-turun)

pada perancangan ini digunakan driver motor menggunakan relay dengan

skematik dan pengkabelan seperti Gambar 3.5.

Gambar 3.6. Mekanik Penuang Adonan

Gambar 3.7. Pengkabelan Limit Switch Penuang

Agar bisa menuang adonan, bagian mekanik mixer diputar vertikal ke arah

box pencetak adonan, dengan metode ulir. Bentuk mekanik metode ulir

ditunjukkan pada Gambar 3.6. Untuk mendeteksi posisi awal mekanik penuang

18

dan posisi akhir saat berhenti untuk menuang digunakan limit switch yang

dipasang pada bagian penyangga pencampur adonan. Bentuk pengkabelan

ditunjukkan pada Gambar 3.7. Peletakan limit switch ditunjukkan pada Gambar

3.8.

Gambar 3.8. Peletakan limit switch

3.2.3 Pencetak Adonan

Bagian pencetak adonan ini terdiri dari beberapa komponen pendukung

yaitu:

1. Box Pencetak

2. Konveyor

3. Loyang dan Pendeteksi Loyang

4. Pemotong adonan

3.2.3.1 Box Pencetak Adonan

Box Pencetak adonan ini mendorong adonan ke ujung keluaran box

pencetak, menggunakan 2 buang motor DC dengan cara menggerakkan extruder

(lihat Gambar 2.7) . Pengkabelan dari motor ditunjukkan pada Gambar 3.9.

Bentuk mekanik dari box pencetak ditunjukkan pada Gambar 3.10

19

Gambar 3.9. Pengkabelan Motor Extruder

Gambar 3.10. Mekanik Box Pencetak

3.2.3.2 Konveyor

Konveyor ini digerakkan oleh 1 buah motor DC dan menggunakan IC

regulator untuk mengatur kecepatan dari konveyor. Pengkabelan ditunjukkan pada

Gambar 3.11. Regulator yang digunakan menggunakan IC LT1083 dengan output

20

maksimal 12V, dengan bentuk untai seperti Gambar 3.12. Untuk menghitung nilai

R1 dan R2 pada untai tersebut digunakan persamaan yang terdapat pada datasheet

LT1083 yang ditunjukkan pada Persamaan 3.1.

���� = 1,25. �1 + ���...........................................................................(3.1)

Gambar 3.11. Pengkabelan Motor Konveyor

Gambar 3.12. Skematik Regulator LT1083

Dengan menetapkan nilai R2 sebesar 5000 Ω, menggunakan potensio,

dan Vout sebesar 12V , maka diperoleh nilai R1 sebesar

12 = 1,25. �1 + �.���� �............................................................................(3.2)

�1 = 581Ω

21

Nilai R1 sebesar 581Ω tidak terdapat di pasaran, untuk itu pada

perancangan nilai R1 diganti dengan 560Ω.

Pada bagian mekanik konveyor terdapat pembatas untuk memudahkan

peletakan loyang. Bentuk konveyor ditunjukkan pada Gambar 3.13.

Gambar 3.13. Mekanik Konveyor

3.2.3.3 Loyang dan Pendeteksi Loyang

Gambar 3.14. Bentuk Loyang

Loyang yang digunakan untuk pencetak memiliki ukuran 30 x 30 cm.

Dengan bentuk seperti Gambar 2.9, hasil dari perealisasian ditunjukkan pada

Gambar 3.14. Untuk bisa mendeteksi loyang digunakan sensor infra merah

22

menggunakan modul dari Autonics dengan seri BYD-30DDT. Sensor ini memiliki

kemampuan maksimal mendeteksi benda sejauh 10 sampai 30 mm. Keluaran dari

sensor ini bisa langsung dihubungkan pada masukan PLC. Bentuk dari sensor ini

terlihat pada Gambar 3.15. pengkabelan dari sensor ini ditunjukkan pada Gambar

3.16.

Gambar 3.15. Autonics BYD-30DDT

Gambar 3.16. Pengkabelan Sensor

Gambar 3.17. Letak Mekanik Sensor Inframerah

23

Sensor inframerah diletakkan di sebelah kiri dari box pencetak, dengan

posisi mekanik seperti Gambar 3.17, agar mudah disesuaikan dengan ujung

keluaran pencetak adonan dan loyang pencetak.

3.2.3.4 Pemotong Adonan

Gambar 3.18. Skematik dan Pengkabelan Pemotong Adonan

Pemotong adonan ini bertujuan agar pada saat berhenti adonan tidak

menetes keluar loyang pencetak. Pemotong adonan ini digerakkan oleh motor DC

dengan bentuk skematik dan pengkabelan seperti Gambar 3.18. Mekanik adonan

ini terletak diujung keluaran box pencetak adonan. Bentuk mekanik dari

pemotong adonan ditunjukkan pada Gambar 3.19.

Gambar 3.19. Mekanik Pemotong Adonan

24

3.2.4 Pengovenan Adonan

Pada proses Pengovenan adonan, akan digunakan kompor listrik untuk

memanaskan oven. Bentuk pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 3.20.

Gambar 3.20. Pengkabelan Kompor Listrik

Gambar 3.21. Bentuk Thermocouple

Untuk mendeteksi suhu di dalam oven digunakan Sensor thermocouple.

Bentuk sensor dari thermocouple ini ditunjukkan pada Gambar 3.21. Keluaran

dari sensor thermocouple berupa tegangan yang mempunyai sinyal sangat kecil

yaitu pada suhu 300C sekitar ≈ 0,021 mV. Sedangkan untuk masukan analog

dibutuhkan minimal 0,3mV untuk melakukan perubahan tiap 1 desimal. Nilai 0,3

mV tersebut didapat dari perhitungan menggunakan Persamaan 3.3.

�������� ���� �� = !"#$%&'(!)*+ ,16383 ...................................................(3.3)

Dengan mengatur tegangan referensi (Vref) sebesar 5 volt pada program

PLC, maka untuk setiap perubahan 1 desimal (VinPLC) mempunyai perhitungan

sebagai berikut

1 = !"#$%&'(� ,16383.................................................................................(3.4)

25

���$/01( = ��2343......................................................................................(3.5) ���$/01( = 0.3 �

Gambar 3.22 Sensor Thermocouple dan Untai penguat instrumentasi

Gambar 3.23. Pengkabelan Penguat Instrumentasi ke Masukan Analog

Untuk itu dibutuhkan penguat instrumentasi dengan jenis IC L1920 , untuk

memperkuat sinyal keluaran Thermocouple. Bentuk untai ditunjukkan pada

Gambar 3.22.

Dengan menggunakan Persamaan 3.6, keluaran thermocouple akan

diperkuat 1000x. dengan cara sebagai berikut:

1000 = 67.68Ω9 + 1.......................................................................................(3.6) �: = 49.05Ω

Karena tidak ada nilai 49Ω maka nilai RG ganti 50Ω dengan memasang

100Ω secara paralel. Setelah keluaran sensor thermocouple diperkuat, maka

langsung diumpankan pada bagian analog input pada PLC, dengan pengkabelan

seperti Gambar 3.23.

26

Untuk menggerakkan pintu oven digunakan motor DC yang menggunakan

driver motor agar bisa bergerak 2 arah (naik-turun). Bentuk untai dan

pengkabelan ditunjukkan pada Gambar 3.24. Agar pintu oven berhenti pada titik

yang ditentukan, maka digunakan limit switch dengan untai seperti Gambar 3.25.

bentuk dari mekanik Oven dan peletakan sensor ditunjukkan pada Gambar 3.26.

Gambar 3.24. Untai Driver motor Pintu Oven dan Pengkabelannya

Gambar 3.25. Pengkabelan Limit Switch Pintu Oven

Gambar 3.26. Mekanik Oven dan Peletakan Limit Switch

27

3.3 Perancangan perangkat lunak

Tabel 3.3. Pengalamatan PLC

Alamat Fungsi XO Tombol START X1 Tombol STOP X4 Limit Switch Penuang atas X5 Limit Switch Penuang Bawah X6 Limit Switch Pintu Oven Atas X7 Limit Switch Pintu Oven Bawah X10 Sensor Inframerah ID100 Masukan Thermocouple Y15 Motor Pemotong Adonan Y17 Mengaktifkan Sirene Y20 Motor Konveyor Y21 Motor Pencetak Y22 Motor Pencampur Y23 Mengaktifkan Kompor Listrik Y24 Driver Motor Penuang Y25 Driver Motor Penuang Y26 Driver Motor Pintu Oven Y27 Driver Motor Pintu Oven M0 Alamat Untuk Menyimpan X0 M1 Alamat Untuk Menyimpan T100 M2 Alamat Untuk Menyimpan X4 M3 Alamat Untuk Menyimpan X5 M4 Alamat Untuk Menyimpan T1 M6 Alamat Untuk Menyimpan X10 M7 Alamat Untuk Menyimpan C0 M9 Alamat Untuk Menyimpan T104 M13 Alamat Untuk Menyimpan T0 M20 Alamat Untuk Menyimpan X0 M22 Alamat Untuk Menyimpan X6 M23 Alamat Untuk Menyimpan X7 M60 Alamat Untuk Menyimpan D1 T0 Mengatur waktu nyala Pencampur Adonan T1 Mengatur waktu Proses Penuangan T2 Mengatur waktu tunggu sedikit ada adonan T4 Mengatur waktu konveyor dan extruder untuk berhenti

sebentar setelah proses Pencetakan T103 Mengatur waktu gerak motor extruder sesaat T104 Mengatur waktu lama pengovenan T109 Mengatur waktu nyala sirene T5 Mengatur waktu gerak Pemotong Adonan D1 Menyimpan Nilai Decimal saat suhu 1000C C0 Counter sekat loyang

28

START

JALANKAN MOTOR PENCAMPUR ADONAN

JALANKAN TIMER PENCAMPUR

MENUANG ADONAN

APAKAH SUDAH 3 MENIT?

JALANKAN EXTRUDER 10 DETIK

JALANKAN KONVEYOR

APAKAH TERDETEKSI SEKAT LOYANG?

JALANKAN EXTRUDER

APAKAH TERDETEKSI SEKAT LOYANG?

MATIKAN KONVEYOR DAN EXTRUDER 2 DETIK

TIDAK

YA

YATIDAK

END

APAKAH ADA PENEKANAN TOMBOL

STOP?YA

TIDAK

KOMPOR MENYALA

APAKAH SUDAH 100 0C?

PINTU OVEN TERBUKA

KOMPOR MATI

APAKAH SEKAT SUDAH 16?

PINTU OVEN TERTUTUP

APAKAH SUDAH 30 MENIT?

PINTU OVEN TERBUKA

NYALAKAN SIRENE

APAKAH SUDAH 5 DETIK?

APAKAH SUHU MASIH 1000C?

KOMPOR MENYALA

APAKAH SUDAH 30 MENIT?

TIDAK

YA

TIDAK

YA

YA

TIDAK

TIDAK

TIDAK

YA

YA

TIDAK

YA

TIDAK

YA

START

END

YA

Berikut akan dibahas mengenai perancangan perangkat lunak yang dimulai

dengan memilih jalur alamat masukan dan jalur alamat keluaran seperti Tabel 3.1.

Program yang digunakan untuk merealisasikan pembuatan perangkat lunak

adalah XCP-PROV3.3. Perancangan perangkat lunak ini dijelaskan dengan

diagram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.27.

PROSES PENCETAKAN PROSES PENGOVENAN

(a) (b)

Gambar 3.27. (a) Diagram Alir Proses pencampuran, penuangan dan

pencetakan. (b) Diagram alir Pengovenan

Pada saat tombol START (X0) ditekan, PLC akan menggerakkan motor

pencampur adonan (Y22 aktif) selama 30 menit dengan cara mengatur nilai K

pada T0 sebesar 100 x 600 detik x 30 menit = 1800. Setelah dilakukan

29

pencampuran, kemudian PLC akan menuang adonan ke dalam box pencetak

adonan, dengan mengaktifkan driver motor ( Y24 ’ON’dan Y25 ‘OFF’) Saat

proses penuangan berhenti (PLC mendeteksi limit switch penuang bawah, X5)

pada titik yang ditentukan, driver motor penuang adonan akan berhenti (Y24

‘OFF’ dan Y25 ‘OFF’) selama 5 menit dengan mengatur nilai K pada T1 sebesar

100ms x 600 detik x 5 menit = 300.

Setelah proses penuangan adonan selesai, PLC akan menggerakkan motor

extruder (Y21 aktif) selama 10 detik dengan mengatur nilai K pada T103 sebesar

10 x 100 detik = 1000. Setelah menjalankan motor pencetak, PLC akan

menggerakkan motor konveyor (Y20 aktif). Saat dideteksi ada sekat loyang (PLC

mendeteksi masukan sensor inframerah), PLC akan menggerakkan motor extruder

(Y21 aktif) sampai sudah tidak terdeteksi masukan inframerah. Apabila sudah

tidak terdeteksi masukan infra merah, motor extruder dan motor konveyor akan

berhenti selama 2 detik, dengan mengatur nilai K pada T4 sebesar 100 x 20=

2000. Pada saat motor extruder dan motor konveyor berhenti selama T4, PLC

akan menggerakan motor pemotong adonan selama 2 detik dengan cara mengatur

nilai K pada T5 sebesar 100 x 20= 2000. Proses tersebut dilakukan berulang

sampai ada penekanan tombol STOP (PLC mendeteksi masukan X1) dan sistem

berhenti.

Pada proses pengovenan, saat ditekan tombol PLC akan mengaktifkan

kompor listrik (Y23 ‘ON’) dan mendeteksi suhu oven (cek nilai ID100), apabila

sudah mencapai suhu 1000C PLC akan membuka pitu oven dengan cara

mengaktifkan driver motor pintu oven (Y26 ‘ON’, Y27 ‘OFF’) dan kompor listrik

dimatikan (Y23 ‘OFF’). Proses hidup-mati kompor listrik dilakukan berulang –

ulang tergantung pada suhu oven (apabila suhu lebih dari 1000C kompor mati

kurang dari 100 kompor hidup). Kemudian apabila sensor infra merah sudah

mendeteksi sekat sebanyak 16x (counter C0 bernilai 16), maka pintu oven akan

tertutup (Y26 ‘OFF’ , Y27 ‘ON’). Loyang dipanaskan selama 30 menit dengan

mengatur nilai T104 sebesar 180000. Apabila sudah 30 menit, pintu oven terbuka

dan PLC mengaktifkan sirene/alarm (Y17 ‘ON’) selama 2 detik.