BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Studi Pustaka

Sebelumnya telah dilakukan penelitian oleh Indra Saputra, Lukmanul Hakim

dan Sri Ratna S. mengenai perancangan Water Level Control menggunakan PLC

OMRON Sysmac C200H. Perancangan ini digunakan untuk sistem kendali dan

pemantauan dalam pengisian dan pengosongan tangki penampungan air (Feed

Water Tank). Dalam perancangan water level control ini bertujuan agar level air

pada feed water tank harus tetap dijaga agar tidak terjadi kekosongan saat proses

pengisian air ke boiler. Selama ini operator masih memantau secara langsung level

air pada feed water tank, sehingga diperlukan sistem otomasi water level control

yang dapat membantu operator dalam mengontrol dan memantau level air pada feed

water tank. Sistem yang dirancang dapat bekerja secara manual maupun otomatis

[1].

1.2. Landasan Teori

Pada landasan teori ini, akan diterangkan teori-teori pendukung yang

berhubungan dengan penelitian yang akan dilakukan. Adapun teori-teori yang

digunakan adalah sebagai berikut:

2.2.1. Mesin Curing

Mesin curing adalah mesin yang digunakan untuk menjalankan proses curing

atau proses pemasakan greentire menjadi ban. Mesin curing di plant A ini

menggunakan teknologi molding press atau biasa disebut dengan mesin curing

BOM yang mempunyai ciri housing-nya berbentuk seperti cangkang dan proses

open-close-nya digerakkan oleh motor listrik 3 fasa [2].

Mesin curing di Plant A diberi identitas nama ATC dengan jumlah 197 mesin

yang dibagi 12 line, adapun jenis mesin curing ini terdiri dari 2 tipe yaitu tipe Platen

(Undirect Heating) dan tipe Dome (Direct Heating), perbedaan dari kedua tipe

tersebut adalah masing-masing tipe memiliki step proses cure yang berbeda, untuk

tipe Platen mempunyai 6 step cure (HW Uncir HW Cir HW Uncir HW

Rec/CW In CW Cir Drain) sedangkan tipe Dome mempunyai 10 step cure (HW

Uncir HW Cir (4x) HW Uncir HW Rec/CW In CW Cir (2x) Drain) [2].

Komponen mekanik utama dari mesin ini yaitu bag o-matic press, vertical

hoist loader dan postcure inflator, sedangkan komponen elektrik utama yaitu panel

kendali, motor ac 3-fasa, solenoid dan sensor-sensor mekanis-elektrik. Mesin

curing ATC ini dibuat oleh beberapa vendor, adapun vendor mesin curing yang ada

di Plan A adalah [2]:

1. Repiquet (Platen dan Dome)

2. Kobe (Platen)

3. Sanming (Platen)

4. Aubo (Platen)

5. MC Neil USA (Platen)

2.2.2. Sistem Kontrol

Sistem kontrol (Control System) merupakan suatu kumpulan cara atau metode

yang dipelajari dari kebiasaan-kebiasaan manusia dalam bekerja, dimana manusia

membutuhkan suatu pengamatan kualitas dari apa yang telah mereka kerjakan

sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan yang diharapkan pada mulanya [3].

Dalam aplikasinya, suatu sistem kontrol memiliki tujuan/sasaran tertentu.

Sasaran sistem kontrol adalah untuk mengatur keluaran (Output) dalam suatu

sikap/kondisi/keadaan yang telah ditetapkan oleh masukan (Input) melalui elemen

sistem kontrol [3].

Masukan Keluaran

Gambar 2.1. Diagram umum sistem kontrol [2].

Sistem Kontrol

Aktuator (Actuator), adalah suatu peralatan atau kumpulan komponen yang

menggerakkan plant. Karakteristik sistem kontrol terbagi menjadi dua [3], yaitu:

1. Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System)

Suatu sistem kontrol yang mempunyai karakteristik dimana nilai keluaran

tidak memberikan pengaruh pada aksi kontrol, disebut Sistem Kontrol Loop

Terbuka (Open-Loop Control System).

masukan keluaran

Gambar 2.2. Sistem Kontrol Loop Terbuka [2].

Sistem kontrol loop terbuka ini memang lebih sederhana, murah, dan mudah

dalam desainnya, akan tetapi akan menjadi tidak stabil dan seringkali memiliki

tingkat kesalahan yang besar bila diberikan gangguan dari luar.

2. Sistem Kontrol Loop Tertutup (Closed-Loop Control System)

Sistem kontrol loop tertutup adalah identik dengan sistem kontrol umpan

balik, dimana nilai dari keluaran akan ikut mempengaruhi pada aksi kontrolnya.

masukan keluaran

+ -

Gambar 2.3. Sistem Kontrol Loop Tertutup [3].

Dibandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka, sistem kontrol loop

tertutup memang lebih rumit, mahal, dan sulit dalam desain. Akan tetapi tingkat

kestabilannya yang relatif konstan dan tingkat kesalahannya yang kecil bila terdapat

Kontroler Plant

Kontroler Plant

Sensor

gangguan dari luar, membuat sistem kontrol ini lebih banyak menjadi pilihan para

perancang sistem kontrol.

2.2.3. Programmable Logic Controllers (PLC)

Programmable Logic Controllers (PLC) adalah perangkat yang digunakan

untuk melaksanakan fungsi kendali dan juga monitor yang dapat diprogram [4].

Mula-mula PLC digunakan untuk mengganti logika relai, tetapi dari peningkatan

lingkup fungsi didapatkan pada banyak aplikasi yang lebih kompleks. Karena

struktur PLC didasarkan pada struktur yang sama seperti struktur yang dipakai pada

arsitek komputer, maka PLC tidak hanya mampu melakukan tugas pensaklaran

relai, tetapi juga aplikasi lain misalnya pencacahan, perhitungan, perbandingan dan

pemrosesan dari sinyal analog [5].

Gambar 2.4. PLC MELSEC Mitsubishi [6].

2.2.3.1. Komponen dasar PLC

Pada umumnya, sebuah sistem PLC memiliki lima komponen dasar [7],

yaitu:

1. Unit processor atau Central Processing Unit (CPU) adalah unit yang berisi

mikroprosesor yang menginterpresentasikan sinyal-sinyal input dan

melaksanakan pengontrolan, sesuai dengan program yang disimpan di dalam

memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya

sebagai sinyal-sinyal kontrol ke interface output.

2. Unit catu daya diperlukan untuk mengkonversi tegangan AC sumber menjadi

tegangan rendah DC (5V dan 24V) yang dibutuhkan oleh prosesor dan

rangkaian-rangkaian di dalam modul-modul antarmuka input dan output.

3. Perangkat pemrograman dipergunakan untuk memasukan program yang

dibutuhkan ke dalam memori. PLC sekarang kebanyakan sudah menggunakan

program melalui software untuk memasukan program yang dibuat ke dalam

PLC.

4. Unit memori adalah tempat program yang digunakan untuk melaksanakan

tindakan-tindakan pengontrolan oleh mikroprosesor disimpan.

5. Bagian input dan output adalah antarmuka dimana prosesor menerima

informasi dari dan mengkomunikasikan informasi kontrol ke perangkat-

perangkat eksternal.

2.2.3.2. PLC Mitsubishi

Pada PLC Mitsubishi terdapat modul-modul sebagai berikut [8]:

1. PLC Mitsubishi CPU Q02H

Modul CPU Q02H Mitsubishi merupakan modul utama yang berguna untuk

menyimpan program dan menjalankannya. Pada modul ini terdapat dua slot untuk

berkomunikasi, yaitu slot RS-232 dan slot USB. Pemrograman ladder diagram-nya

dapat menggunakan perangkat lunak GX Developer [8].

2. PLC Mitsubishi Digital Input QX40

Modul Digital Input QX40 Mitsubishi merupakan modul yang dapat

digunakan untuk memberikan nilai masukan ke CPU. Modul ini hanya mempunyai

dua nilai, yaitu 1 atau 0, QX40 mempunyai 16 pin masukan dan membutuhkan

tegangan masukan 24 VDC [8].

3. PLC Mitsubishi Digital Output QY10

Modul Digital Output QY10 Mitsubishi merupakan modul yang dapat

menerima hasil keluaran instruksi yang diberikan oleh CPU untuk mengontrol

perangkat lunak. Modul ini hanya dapat memberikan dua nilai keluaran, yaitu 1

atau 0. QY10 mempunyai 16 pin keluaran dan dapat langsung dihubungkan dengan

beban yang membutuhkan tegangan 240 VAC karena tegangan masukan ke modul

ini 240 VAC [8].

4. Based Unit Mitsubishi Q35B

Base Unit Q35B Mitsubishi merupakan modul utama PLC yang berbentuk

seperti papan PCB yang berguna untuk meletakkan power supply (Catu Daya),

CPU, modul I/O [8].

2.2.3.3. Bahasa Pemrograman

Bahasa pemrograman yang digunakan dalam PLC Mitsubisi adalah Ladder

Diagram dan Mnemonic. Penulisan dengan Ladder Diagram bertujuan untuk

menampilkan urutan-urutan kerja dari sinyal-sinyal listrik. Melalui diagram ini

dapat diperlihatkan hubungan antar peralatan aktif atau tidak aktif (hidup atau mati)

sesuai dengan urutan yang ditentukan [8].

Ladder Diagram terdiri dari dua garis vertikal yang merepresentasikan rel-rel

daya, satu sisi merepresentasikan fasa dan satu sisi lainnya merepresentasikan

netral. Gambar 2.5. memperlihatkan simbol-simbol baku yang digunakan pada

Ladder Diagram [8].

Gambar 2.5. Simbol-simbol pada Ladder Diagram [8].

2.2.3.4. GX Depeloper

GX Developer merupakan perangkat lunak (Software) bawaan untuk PLC

Mitsubishi yang mendukung komunikasi antar PLC dengan PC [8].

Gambar 2.6. Tampilan Antarmuka GX Developer [8].

GX Depelover digunakan untuk membuat perintah-perintah kontrol dalam

bentuk Mnemonic ataupun Ladder Diagram yang nantinya akan dikirim ke PLC

[7]. GX Developer mempunyai simbol-simbol dasar [8], antara lain:

1. X digunakan untuk menunjukan simbol input PLC. Menggunakan

penomoran Oktal, misalnya; X00 - X0F, X10 - X1F.

2. Y digunakan untuk menunjukan simbol output PLC. Menggunakan

penomoran Oktal, misalnya; Y20 Y2F, Y30 Y3F.

3. T digunakan sebagai simbol timer PLC. Menggunakan penomoran desimal,

misalnya; T0, T1. Basis waktu yang digunakan adalah 100 msec.

4. C digunakan sebagai simbol counter PLC. Menggunakan penomoran

desimal, misalnya; C0, C1.

5. M dan S merupakan relay internal yang ada pada PLC. Menggunakan

penomoran desimal.

6. INC adalah perintah penambahan angka satu pada data register (D),

misalnya; INC D1 [15].

7. DEC adalah perintah pengurangan angka satu pada data register (D),

misalnya; DEC D1 [15].

8. P digunakan sebagai perintah PULSA (PLS) Perintah Pulsa akan membuat

Device ON, hanya satu kali scan pada saat input berubah dari OFF menjadi

ON [15].

10. MOV perintah mov (transfer data) digunakan untuk memindahkan data dari

satu data register ke data register lain, misalnya; mov D1 D2 [15].

11. BMOV adalah Block Transfer Instruction digunakan untuk memindahkan

data secara berurutan dan data yang sebelumnya masih tersimpan pada data

register yang lain sesuai dengan jumlah konstanta, misalnya; BMOV D1 D2

K3 [16].

12. D digunakan sebagai simbol data register [15].

13. K digunakan sebagai simbol konstanta [15].

14. Comparator digunakan sebagai pembanding, misalnya; = (sama dengan), >

(lebih dari), < (kurang dari), (tidak sama dengan), = (lebih dari sama dengan) [15].

2.2.4. Relai Pengendali Elektromekanis

Relai pengendali elektromekanis (an electromechanical relay = EMR)

merupakan saklar magnetis yang dapat menghubungkan rangkaian beban ON atau

OFF dengan pemberian energi elektromagnetis, yang membuka atau menutup

kontak pada rangkaian. Relai biasanya hanya mempunyai satu kumparan, tetapi

relai dapat mempunyai beberapa kontak. Relai elektromagnetis berisi kontak diam

dan kontak bergerak. Kontak yang bergerak dipasangkan pada Plunger. Kontak

pada relai disebut Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). Apabila

kumparan diberi tenaga maka akan terjadi medan elektromagnetis. Aksi dari medan

menyebabkan Plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan membuka

kontak NC [5].

Kontak Normally Open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada

kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau

diberi tenaga. Kontak Normally Close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi

daya dan membuka ketika kumparan diberi daya [5].

Gambar 2.7. Relai elektromekanis ( an electromechanical relay = EMR) [5].

2.2.5. Proximity

Sensor proximity yaitu sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya

target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak fisik, sensor jenis ini biasanya

terdiri dari alat elektonis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindunginya

dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor ini

dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu

kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Prinsip kerjanya adalah

dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu lingkungan medan frekuensi

tinggi [9].

Mengapa digunakan sensor proximity, ada beberapa hal atau kondisi

digunakannya sensor ini, antara lain [9]:

a. Objek yang dideteksi terlalu kecil

b. Respon cepat dan kecepatan switching diperlukan

Contoh: Dalam menghitung atau eject control application.

c. Objek yang dideteksi harus diindera atau check dengan adanya pembatasan non

metalik (Non Logam) seperti kaca, plastik dan karton kertas.

d. Lingkungan yang berbahaya, dimana lingkungan tersebut tidak diijinkan

adanya kontak mekanik.

2.2.5.1 Jenis sensor proximity

a. Sensor kedekatan induktif, jika objeknya adalah logam. Terdiri dari kumparan,

osilator, rangkaian detektor dan output elektronis. Kelemahannya sensor ini

tidak sensitif terhadap kelembaban, debu dsb. Induktif proximity sensor terdiri

dari empat elemen yaitu Sensor coil (Ferrite Core), Oscillator Circuit,

Detection Circuit dan Solid State Output Circuit [9].

b. Sensor kedekatan kapasitif. Objeknya dapat konduktif atau non konduktif.

Sensor ini dapat diaktifkan dengan bahan non konduktif seperti kayu, tepung,

gula, dsb [9].

c. Sensor Photoelectric, prinsip kerja sensor ini yaitu mengkonversikan sinyal

yang dibangkitkan oleh emisi cahaya menjadi sinyal listrik [9].

d. Sensor Ultrasonic, Gelombang ultrasonik adalah gelombang yang dipancarkan

dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara [9].

2.2.5.2 Jarak Deteksi

Jarak diteksi adalah jarak dari posisi yang terbaca dan tidak terbaca sensor

untuk operasi kerjanya, ketika obyek benda digerakkan oleh metode tertentu [9].

Gambar 2.8. Jarak Deteksi Proximity [9].

Pengaturan jarak, mengatur jarak dari permukaan sensor memungkinkan

penggunaan sensor lebih stabil dalam operasi kerjanya, termasuk pengaruh suhu

dan tegangan. Posisi objek (standar) sensing transit ini adalah sekitar 70% sampai

80% dari jarak (nilai) normal sensing [9].

Gambar 2.9. Sensing Transit Proximity [9].

Nilai output dari Proximity Switch ada 3 macam, dan bisa diklasifikasikan

juga sebagai nilai NO (Normally Open) dan NC (Normally Close). Persis seperti

fungsi pada tombol, atau secara spesifik menyerupai fungsi limit switch dalam

suatu sistem kerja rangkaian yang membutuhkan suatu perangkat pembaca dalam

sistem kerja kontinyu mesin [9].

Gambar 2.10. Output dua kabel VDC [9].

Gambar 2.11. Output tiga dan empat kabel VDC [9].

Gambar 2.12. Output dua kabel VAC [9].

Dari gambar diatas kita dapat mengenali tipe sensor Proximity Switch ini,

yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Tipe inilah yang nanti bisa dikoneksikan dengan

berbagai macam peralatan kontrol semi digital yang membutuhkan nilai-nilai

logika sebagai input untuk proses kerjanya [9].

Tabel 2.1 Simbol Terminal [9].

Fungsi Warna Simbol

Positive Supply Voltage (+) Brown BN

Negative Supply Voltage (-) Blue BL

Switch Output Black BK

Antivalent Switch Output White WH

Pada prinsipnya fungsi Proximity Switch dalam suatu rangkaian pengendali

adalah sebagai kontrol untuk ON dan OFF suatu sistem interlock dengan bantuan

peralatan semi digital untuk sistem kerja berurutan dalam rangkaian kontrol [9].

2.2.6. Solenoid Valve

Solenoid valve adalah suatu perangkat otomasi yang digunakan untuk

membuka maupun aliran baik berupa cairan maupun gas, dalam sistem ini solenoid

valve digunakan sebagai kran keluaran oli dari tangki sentral menuju gearbox mesin

[11].

Gambar 2.13. Solenoid Valve [10].

Prinsip kerja solenoid valve tidak jauh berbeda dengan cara kerja sebuah

relay. Jika pada relay medan yang ditimbulkan dari aliran arus pada kumparan

digunakan untuk menarik lidah kontaktor, namun pada medan magnet yang

ditimbulkan untuk menggerakkan katup atau klep sehingga solenoid valve

berfungsi sebagai kran oli dalam kondisi terbuka [11].

Jadi pada saat kumparan dialiri arus listrik terjadi medan magnet di sekitar

solenoid dan diantara dua solenoid ini diberi inti yang dapat bergerak bebas ke atas

dan ke bawah, inti atau core terbuat dari bahan yang dapat ditarik oleh magnet

sehingga ketika terjadi medan magnet disekitar kumparan inti tersebut tertarik ke

atas. Inti yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah ini dihubungkan dengan katup

atau klep sehingga jika inti tertarik ke atas klep juga ikut tertarik ke atas yang berarti

solenoid valve dalam keadaan terbuka [11].

Sebaliknya, jika arus dalam kumparan dimatikan maka medan magnet di

sekitar kumparan juga akan hilang dan inti besi bergerak turun karena tertekan oleh

gaya pegas yang dipasang berlawanan dengan arah gaya medan magnet kumparan.

Gaya pegas ini mendorong klep tertutup dan menyumbat laju aliran, sehingga

solenoid valve akan tertutup [11].

Solenoid valve merupakan gabungan dari dua unit fungsional [11], yaitu:

a. Solenoid (elektromagnet) beserta inti dan Plunger.

b. Badan kran yang berisi lubang mulut pada tempat piringan dan stop kontak

untuk membuka dan menutup aliran cairan.

1. Valve body

2. Inlet port

3. Outlet port

4. Coil/Solenoid

5. Coil winding

6. Lead wires

7. Plunger or piston

8. Spring

9. Orifice

Gambar 2.14. Bagian-bagian Solenoid Valve [12].

2.2.7. Human Machine Interface (HMI)

Human Machine Interface (HMI) merupakan suatu sistem penghubung antara

manusia dengan mesin sehingga manusia dapat berkomunikasi dengan mesin.

Dalam HMI ditampilkan proses-proses yang sedang terjadi pada mesin melalui

simbol-simbol grafik. Pada sistem otomasi, HMI pada umumnya tersusun oleh

beberapa komputer. Ada dua jenis HMI berdasarkan kegunaannya [8], yaitu;

1. Stasiun Operasi (Operating Station), berupa konsul komputer yang

mempunyai fungsi pendukung pengoperasian.

2. Stasiun Perencanaan (Engineering Station), berupa komputer yang mendukung

fungsi (Engineering) sistem otomasi yang meliputi fungsi konfigurasi dan

pemrograman.

2.2.8. Sistem Hidrolik

Hidrolik adalah sebuah sistem untuk mentransfer dan mengontrol tenaga

dengan menggunakan media cairan. Sistem hidrolik memanfaatkan sifat fisik cairan

sehingga memungkinkan untuk merubah gaya yang relatif kecil menjadi gaya yang

sangat besar. Tipe-tipe pompa hidrolik, antara lain [13]:

1. Gear Pump. Pompa jenis gear ini adalah jenis pompa yang paling umum

digunakan. Memiliki karakteristik sebagai berikut :

- Tekanan yang dihasilkan sedang (moderate).

- Hanya memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) minimal.

- Tidak terlalu sensitif terhadap kontaminan.

Gambar 2.15. Gear Pump [13]

2. Vane Pump. Sistem hidrolik dengan pompa tipe ini memiliki karakteristik

sebagai berikut:

- Tekanan yang dihasilkan menengah sampai tinggi.

- Memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) yang maksimal.

- Sangat sensitif terhadap kontaminasi.

Gambar 2.16. Vane Pump [13]

3. Piston Pump. Sistem hidrolik dengan pompa tipe ini, memiliki desain yang

kompleks. Memiliki karakteristik sebagai berikut:

- Tekanan yang dihasilkan sangat tinggi.

- Memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) sedang.

- Sangat sensitif terhadap kontaminasi.

Gambar 2.17. Piston Pump [13]

2.2.9. Motor Induksi 3 Fasa

Motor induksi 3 fasa adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi

energi mekanik. Motor induksi sering juga disebut motor tidak serempak atau motor

asinkron [14].

Gambar 2.18. Penampakan Motor Listrik Tiga Fasa [14]

Kontruksi motor induksi secara detail terdiri atas dua bagian stator dan bagian

rotor. Stator adalah bagian motor yang diam terdiri : badan motor, inti stator,

belitan stator, bearing dan terminal box. Bagian rotor adalah bagian motor yang

berputar terdiri atas rotor sangkar, poros rotor [14].

Motor induksi akan berputar pada kecepatan konstan saat dihubungkan pada

tegangan dan frekuensi yang konstan, kecepatannya sangat mendekati kecepatan

sinkronnya. Bila torsi beban bertambah, maka kecepatannya akan sedikit

mengalami penurunan, sehingga motor induksi sangat cocok digunakan untuk

menggerakkan sistem yang membutuhkan kecepatan konstan [14].

Penggunaan motor listrik di industri terkadang dikehendaki juga adanya

pengaturan kecepatan. Pengaturan kecepatan sebuah motor induksi memerlukan

biaya yang relatif mahal. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan dengan beberapa

cara seperti dengan mengubah jumlah kutub, mengatur frekuensi yang ditunjukkan

pada persamaan (2.1) [14].

= 120

(2.1)

Ns : kecepatan sinkron medan stator (rpm)

f : frekuensi (Hz)

P : jumlah kutub