Jurnal Pneumatik [PDF]

Zitiervorschau

POLITEKNOLOGI VOL. 16 NO. 2, MEI, 2017

RANCANG BANGUN MODUL LATIH MESIN STAMPING SISTEM ELEKTROPNEUMATIK BERBASIS PLC Apriliyanto Rahadi Pradana, Budi Alfian, Maulidha Fitria Santoso Program Studi Teknik Listrik PNJ Jalan Prof. Dr. G.A.Siwabessy, Kampus UI, Depok 16425 e-mail : [email protected], [email protected]

ABSTRAK Pada dunia industri terdapat berbagai macam mesin yang digunakan untuk kegiatan produksi. Sebagian besar mesin yang berada di industri menggunakan sistem pneumatik untuk menjalankan mesin tersebut. Pada alat ini, salah satu mesin yang akan diambil dari contoh yang berada di industri adalah mesin stamping. Mesin stamping ini menggunakan berbagai macam jenis silinder pneumatik. Dimulai dari silinder double acting, silinder single acting, silinder rodless, silinder rotary, silinder double rod, dan silinder gripper. Untuk mengontrol sistem pneumatik agar dapat berjalan secara otomatis maka digunakan sistem elektropneumatik. Sistem elektropneumatik ini merupakan pengembangan dari sistem pneumatik dimana sistem elektropneumatik ini menggunakan sinyal elektrik sebagai media kontrolnya. Untuk memahami dari sistem pneumatik dan sistem elektropneumatik secara jelas, alat ini dilengkapi dengan relay sebagai kontrol sederhana dari sistem elektropneumatik dan PLC (Programmable Logic Controller) sebagai kontrol tingkat lanjutnya yang digunakan untuk mengontrol sistem mesin stamping. Kata Kunci: Pneumatik, Elektropneumatik, PLC (Programmable Logic Controller) ABSTRACT In the industrial world there are various machines used for production activities. Most machines in the industry use a pneumatic system to run the machine. In this tool, one of the machines to be taken from the example that is in the industry is a stamping machine. This stamping machine uses various types of pneumatic cylinders. Starting from double acting cylinder, single acting cylinder, rodless cylinder, rotary cylinder, double rod cylinder, and gripper cylinder. To control the pneumatic system in order to run automatically then used electropneumatic system. This electropneumatic system is a development of pneumatic system in which electropneumatic system uses electrical signal as its control media. To understand clearly from the pneumatic system and electropneumatic system, it is equipped with a relay as a simple control of the electropneumatic system and PLC (Programmable Logic Controller) as the advanced control used to control the stamping machine system. Keywords: Pneumatic, Elektropneumatic, PLC (Programmable Logic Controller) Sistem otomasi industri dituntut untuk lebih sistematis dalam pemakaian maupun perawatannya. Karena itu, banyak industri

1. Pendahuluan Dunia perindustrian saat ini sangat berkembang, yang diikuti dengan perkembangan sistem otomasi industri. 1

Apriliyanto, Budi, Maulidha, Rancang Bangun Modul yang memakai sistem otomasi berbasis PLC (Programmable Logic Controller). Perkembangan yang semakin pesat ini, menuntut seorang mahasiswa untuk dapat lebih mengenal bidang tersebut. Untuk itu akan bermanfaat sekali, apabila dalam suatu kegiatan akademik ditunjukkan dan diberikan simulasi dari module yang menyerupai sistem yang ada dalam dunia industri. Karena akan banyak sekali dijumpai suatu sistem dan peralatan di bidang kontrol, yang tidak sederhana gambaran yang diberikan dalam perkuliahan. Sistem elektro pneumatik berbasis PLC (Programmable Logic Control) adalah suatu dari sekian banyak sistem yang ada dalam dunia industri. Di samping sederhana, sistem tersebut banyak sekali digunakan dalam dunia industri karena sistem ini memiliki kestabilan, kecepatan, dan accuracy yang sangat tinggi sehingga error yang didapat mendekati nol persen. Dalam perkuliahan pada program studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Jakarta belum tersedianya modul yang menyerupai sistem yang ada dalam dunia industri yang memakai sistem elektro pneumatik otomasi berbasis PLC (Programmable Logic Control). Oleh karena itu penulis membuat modul latih mesin stamping sistem elektro pneumatik berbasis PLC (Programmable Logic Control) yang nantinya akan difungsikan sebagai sarana pembelajaran mahasiswa program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Jakarta dan diharapkan dapat memberikan gambaran sistem otomasi industri yang berkembang selama ini, serta dapat menambah keahlian mahasiswa program studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Jakarta.

pneumatik berasal dari bahasa Yunani “pneuma” yang berarti ”napas” atau “udara”. Jadi pneumatik berarti terisi udara atau digerakkan oleh udara bertekanan. Jaman dahulu kebanyakan orang sering menggunakan udara bertekanan untuk berbagai keperluan yang masih terbatas, antara lain menambah tekanan udara ban mobil/motor, melepaskan ban mobil dari peleknya, membersihkan kotoran, dan sejenisnya. Sekarang sistem pneumatik memiliki aplikasi yang luas karena udara pneumatik bersih dan mudah di dapat. Banyak industri yang menggunakan sistem peneumatik dalam proses produksi seperti industri makanan, industri obat-obatan, industri pengepakan barang maupun industri yang lain. Belajar pneumatik sangat bermanfaat mengingat hampir semua industri sekarang memanfaatkan sistem pneumatik. Pneumatik merupakan cabang teori aliran atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem saluran yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara bertekanan. Pneumatik menggunakan hukum-hukum aeromekanika yang menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap (khususnya udara atmosfir) dengan adanya gaya-gaya luar (aerostatika) dan teori aliran (aerodinamika). Pneumatik dalam dalam industri merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya atau gerakan. Jadi pneumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan dimana terjadi proses pneumatik. Elektro pneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dimana prinsip kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak) sedangkan media kontrolnya menggunakan sinyal elektrik ataupun elektronik. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan

2. Dasar Teori Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbangan. Istilah 2

Apriliyanto, Budi, Maulidha, Rancang Bangun Modul mengaktifkan sakelar, sensor ataupun sakelar pembatas yang berfungsi sebagai penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan menghasilkan medan elektromagnit dan akan mengaktifkan/mengaktuasikan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem. Programmable Logic Controllers (PLC) adalah komputer elektronik yang mudah digunakan dan memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam. Definisi lain Programmable Logic Controller adalah sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan design untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksiinstruksi yang mengimplementasikan fungsifungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul Input/Output digital maupun analog. Berdasarkan namanya konsep PLC dapat diartikan sebagai berikut:  Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.  Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.  Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.

PLC dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sekuensial dalam suatu sistem kontrol. PLC memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yang digunakan sudah dimasukkan. Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan menghidupkan atau memberhentikan output-output. Nilai 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan nilai 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak. Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:  Sekuensial Control. PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), PLC menjaga agar semua tahap dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.  Monitoring Plant. PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator.  Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya. 3

Apriliyanto, Budi, Maulidha, Rancang Bangun Modul

3. Perancangan Alat Perancangan sistem dimulai dari proses masuknya barang ke tempat stamping. Kemudian dilanjutkan ke tempat jatuhnya barang ke tempat pemindahan barang untuk dipilah logam dan non logam. Jika benda logam akan dipindahkan ke sebelah kanan, jika non logam akan dipindahkan ke sebelah kiri. Dimensi dari plant mesin stamping dibuat sesuai dengan deskripsi dari komponen yang digunakan dan peletekkan posisi dari komponen tersebut. Adapun dimensinya sebagai berikut:  Panjang = 100cm  Lebar = 62cm  Tinggi = 45cm Langkah selanjutnya adalah membuat deskripsi kerja yang sesuai dengan keadaan real time di industri. Terdapat dua seksi dari plant mesin stamping ini. Yang pertama adalah seksi dari proses stamping dan yang kedua adalah seksi dari proses pemindahan barang dan pemilahan barang. Pertama adalah peletakkan barang ke feeder dari stamping. Ketika sensor mendeteksi adanya benda, silinder 1 akan maju setengah mendorong benda ke tempat stamping. Selanjutnya jika proses stamping telah selesai, silinder 1 akan kembali maju secara maksimum untuk mendorong benda yang telah di stamping tadi jatuh ke tempat dari rodless cylinder.

Gambar 1 Unit Stamping Komponen yang digunakan pada seksi stamping ini berupa dua buah silinder double acting yang memiliki spesifikasi diameter piston 16mm dan panjang piston 10cm dan juga diameter piston 20mm dan panjang piston 25mm. Sebagai pengatur gerakkannya digunakan solenoid valve dengan jenis 5/3 way double solenoid dan 5/2 way single solenoid. Pada silinder dilengkapi juga dengan sensor reed switch 5 buah. Terdapat juga sensor proximity capacitive untuk mendeteksi adanya benda atau tidak. Seksi kedua adalah pemindahan barang dan pemilahan komponen. Ketika benda jatuh pada rodless cylinder, rodless akan maju ke tempat pemilahan barang. Sebelumnya, pada tengah rodless tedapat sensor untuk memilah benda apakah itu logam atau non logam. Jika benda yang terdeteksi adalah logam, silinder rotari akan berputar 90o ke arah kanan. Sebelumnya 4

Apriliyanto, Budi, Maulidha, Rancang Bangun Modul silinder double rod akan maju mendorong silinder gripper untuk menjepit barang setelah itu mundur kembali dan rotari akan berputar. Sedangkan untuk benda non logam, silinder rotari akan berputar 90o ke sebelah kiri.





Tombol ini digunakan untuk memulai siklus kerja dari program yang sudah dibuat untuk menjalankan sistem plant ini. Tombol Stop Tombol ini digunakan untuk menghentikan siklus dan mengembalikkan siklus ke posisi awal. Tombol Reset Emergency Tombol ini berfungsi untuk mereset jika terjadi gangguan berupa tidak adanya benda atau tekanan angin yang berlebih dari tekanan kerja.

4. Analisa Hasil Rancangan Rancangan bentuk komponen dari sistem dengan struktur maupun mekanisme yang diperlukan telah dibuat sesederhana mungkin, namun pada umumnya sistem tersebut relatif cukup rumit, oleh sebab itu dilakukan banyak perubahan dan penyesuaian baik dari segi disain bentuk, maupun disain kinematik untuk lebih menyederhanakan mekanisme tersebut tanpa mengurangi tujuan memenuhi kebutuhan objektif fungsionalnya. Seluruh komponen dianalisis kekuatan dan kekakuannya untuk memperoleh kepastian aman untuk digunakan. Gambar 4 dan 5 menunjukkan diagram rangkaian pneumatik untuk unit stamping dan pemindahan dan pemilahan barang serta Gambar 6, 7 dan 8 menunjukkan step diagram untuk proses pemindahan material dan pengerjaan untuk benda non logam dan benda logam. Agar hasil rancangan alat sesuai dengan yang alat sesuai dengan hasil perancangan maka perlu dilakukan proses pengujian. Kesalahan maupun kegagalan dari program akan menyebabkan alat tidak berfungsi sebagaimana mestinya. Pengujian program dilakukan dengan pengecekan fungsi tombol. Hasil dari pengujian program dapat dilihat pada Tabel 1.

Gambar 2 Unit Pemindah dan Pemilah Pada seksi dua ini, komponen yang digunakan adalah rodless cylinder dengan diameter piston 25mm dan panjang langkah 300mm, rotari silinder dengan sudut putar maksimum 180o, double rod cylinder dengan diameter batang 6mm dan panjang langkah 10mm, dan silinder gripper. Dilengkapi dengan sensor reed switch 9 buah dan sensor proximity capacitive 1 buah untuk mendeteksi logam atau non logam.

Gambar 3 Keseluruhan Unit Pada sistem ini, terdapat beberapa tombol yang dapat digunakan operator dalam pengoperasian plant ini, diantaranya:  Tombol Start 5

Apriliyanto, Budi, Maulidha, Rancang Bangun Modul

Tabel 1 Hasil Uji Program

Gambar 4 Rangkaian Pneumatik

Pengamatan

Hasil

Sistem tidak bekerja sebelum tombol start ditekan

Benar

Alat bekerja secara kontinyu setelah tombol start ditekan

Benar

Bila tombol stop ditekan setelah start, sistem akan berhenti dan kembali ke posisi awal

Benar

Tombol Reset dapat dioperasikan setiap saat pada kondisi kerja dan Gangguan Bila tombol reset tertekan, buzzer akan off dan sistem kembali normal

Gambar 5 Step Diagram Tanpa Benda

Setelah di-reset sistem dapat bekerja kembali setelah ada benda

Benar Benar Benar

Tabel 2 Hasil Uji Alat Tekanan Hasil (bar) 0 Sistem tidak bekerja 2 Sistem bekerja tersendat 4 Sistem bekerja normal 6 Sistem bekerja agak cepat 8 Sistem bekerja terlalu cepat

Gambar 6 Step Diagram Non Logam

Dengan hasil yang didapat setelah beberapa tahapan pengujian, maka tekanan yang diambil adalah 4 bar karena dengan tekanan tersebut sistem dapat bekerja dengan baik. Dari hasil uji coba dapat disimpulkan bahwa sistem yang dirancang dapat bergerak dan berfungsi dengan baik dan sesuai rancangan.

Gambar 7 Step Diagram Logam Dengan hasil yang didapat setelah beberapa tahapan pengujian, maka program dinyatakan baik dan dapat digunakan pada sistem. Uji program adalah hal yang penting dalam membuat sistem. Hal penting yang harus diuji setelah uji program adalah pengujian sistem pneumatik dari alat tersebut. Pengujian sistem pneumatik dilakukan untuk mengetahui tekanan yang sesuai untuk alat tersebut. Pengujian alat dilakukan dengan pengaturan air service unit dari tekanan 0 sampai 8 bar. Hasil pengujian ditunjukan pada Tabel 2.

5. Kesimpulan Setelah membuuat konsep rancangan, kemudian diwujudkan pembuatannya hingga pada pengujian operasional sistem, dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :  Rancangan yang dihasilkan selanjutnya diwujudkan atau dirakit sesuai rancangan detail, ternyata mekanisme 6

Apriliyanto, Budi, Maulidha, Rancang Bangun Modul



dapat berfungsi dengan baik sebagai sistem pemindahan material otomatis ; memerlukan waktu 30 detik untuk satu siklus proses. Dalam merealisasikan rancang bangun modul latih sistem elektropnematik pada mesin stamping dibutuhkan 21 input dan 13 output pada program ladder PLC.

6. Daftar Pustaka 1. BUKU INFORMASI PLC DASAR : IND.LIS.02.012.01 (Bekasi : BBPLKLN – CEVEST) Versi : MEI 2007.

2. Sudaryono. 2013. Pneumatik dan Hidrolik. Pendidikan

Malang:Kementerian dan

Kebudayaan

Republik Indonesia. 3. Anonim. Practical Guide To Pneumatics.http://library.automat iondirect.com/practical-guide-topneumatics/. [30 Juli 2017]

7