lppm.polman.astra.ac.id...- 4 - Kata Pengantar Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha...

- 1 -

Sensor dan Aktuator: Dasar & Aplikasi di Industri Manufaktur

Syahril Ardi, PhD

Politeknik Manufaktur Astra

Jakarta, 2012

- 2 -


Syahril Ardi, PhD


Komplek Astra International

Jl. Gaya Motor Raya No. 8, Sunter II

Jakarta 14330, Indonesia

- 3 -


Syahril Ardi, PhD

Editor: Syahril Ardi

Cetakan: Pertama, Maret 2012

Diterbitkan oleh:


Jl. Gaya Motor Raya No. 8, Sunter II, Jakarta 14330, Indonesia

ISBN: 978-602-19043-1-1

- 4 -

Kata Pengantar

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Luas Ilmu-Nya, sehingga kami

dapat menyusun buku panduan teori sesor actuator dengan judul: Sensor dan

Aktuator, Dasar & Aplikasi di Industri Manufaktur. Buku panduan ini dapat

dijadikan bahan ajar bagi mahasiswa program studi mekatronika, elektronika,

maupun otomotif (autotronik).

Pada dua bab terakhir dari buku panduan ini penulis masukkan studi kasus aplikasi

sensor dan actuator, khususnya di Industri Manufaktur. Penulis berharap dengan

adanya bahasan studi kasus aplikasi ini, pembaca dapat lebih memahami dan

dapat memakai sensor & actuator sesuai dengan kebutuhan di industri kelak.

Penulis mengucapkan terimakasih khususnya kepada Mahasiswa Mekatronika Polman

Astra yang telah sama-sama mempelajari dan mengaplikasikan ilmunya di Industri

Astra Group. Kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan pada buku

panduan ini. Oleh karena itu, kritik dan saran akan senantiasa kami harapkan.

Jakarta, Maret 2012

Syahril Ardi, PhD

- 5 -

Daftar Isi Kata Pengantar Daftar Isi

1. Pengukuran Besaran Non-Elektrik …………….. 8 Pengukuran Suhu ……………………………………………………….. 9 Pengukuran Tekanan …………………………………………………… 13 Pengukuran Gaya dan Torsi …………………………………………… 20

2. Pengukuran Besaran Elektrik ………………….. 24 Sensor Induktif …………………………………………………………. 25 Sensor Kapasitif ……………………………………………………….. 32 Optical Sensor (Encoder) ………………………………………………. 39 Hall Effect Sensor ……………………………………………………… 46 Resolver Sensor ………………………………………………………… 53

3. Motor AC Asinkron ……………………………. 60 Pengertian …………………………………………………………….. 60 Komponen Utama Motor AC Asinkron …………………………………. 61 Prinsip Kerja …………………………………………………………… 62 Keuntungan dan Kerugian Motor Asinkron ……………………………… 65 Aplikasi …………………………………………………………………. 66

4. Motor Sinkron …………………………………… 70 Pengertian Motor Sinkron ……………………………………………….. 70 Perbedaan Motor Induksi (Asinkron) & Motor Sinkron …………………… 70 Bagian Dasar dari Motor Sinkron ……………………………………….. 71 Karakteristik Motor Sinkron ……………………………………………… 71 Prinsip Kerja Motor Sinkron ……………………………………………… 72 Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Motor Sinkron …………………….. 73 Pengaruh Perubahan Beban pada Motor Sinkron ………………………. 74 Pengaruh Pengubahan Arus Medan pada Motor Sinkron ………………. 74 Kondensor Sinkron ………………………………………………………. 75 Starting Motor Sinkron …………………………………………………… 75 Metode Excitation ……………………………………………………….. 77 Prinsip Brushless-Excitation ………………………………………………. 78 Prinsip Sikronisasi ……………………………………………………….. 79 Keuntungan dari Motor Sinkron ………………………………………… 82 Metode Pengereman (Braking) Motor Sinkron …………………………. 82

5. Motor Stepper …………………………………… 83 Aplikasi Motor Stepper …………………………………………………. 84 Kelebihan dan Kekurangan Motor Stepper ……………………………. 85 Tipe-tipe Motor Stepper ………………………………………………. 86 Perbedaan Motor Bipolar dan Motor Uniporal ............................................ 90 Cara Kerja Motor Stepper …………………………………………… 90

- 6 -

Pengendalian Motor Stepper …………………………………………… 94

6. Brushless DC Motor (BLDC) ……………………. 103 Pendahuluan ……………………………………………………………. 103 Bagian-bagian Utama …………………………………………………… 104 Hall Sensor ………………………………………………………………. 105 Rangkaian Pengendalian ………………………………………………… 106 Keunggulan ………………………………………………………………. 106 Kelemahan ……………………………………………………………….. 107 Aplikasi ………………………………………………………………… 108 Cara Kerja ……………………………………………………………… 109 Cara Kerja Hall Sensor …………………………………………………. 111 Skema Rangkaian Pengendalian ………………………………………. 112

7. Studi Kasus Aplikasi 1: Perancangan Alat Inspeksi Keberadaan & Posisi Stopper Hole Piston 5D9 dengan Menggunakan Kamera Sick Inspector I10 pada Mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier …..

116 Pendahuluan ……………………………………………………………. 116 Computer Vision dan Pengolahan Citra ………………………………… 117 Vision Sensor ......................................................................................................... 118 Stopper hole ……………………………………………………………. 121 Mesin Centre Bosh Cutting and Grafier ………………………………… 123 PLC OMRON-Sysmac CJ1M …………………………………………… 129 Pengolahan Input dan Output …………………………………………. 130 Perancangan dan Pengujian …………………………………………… 132 Penempatan Sensor Kamera Sick Inspector I10 di Line Machining ……… 134 Spesifikasi Sensor Kamera Sick Inspector I10 …………………………… 137 Prinsip Kerja Sensor Kamera ……………………………………………. 141 Rangkaian Elektrik Sensor kamera ……………………………………… 142 Pengaturan Sensor kamera SICK Inspectro I10 …………………………. 145 Pengaturan Koneksi Sensor kamera SICK Inspectro I10 ………………… 146 Penambahan Program PLC ……………………………………………… 149 Pengujian ………………………………………………………………… 155 Pengujian Sensor Kamera ……………………………………………… 159

8. Studi Kasus Aplikasi 2: Perancangan Simulasi Sistem Pendingin Otomasi pada Proses Reforming Industri Baja dengan Pengendali Berbasis Mikrokontroler ATMEGA16 ……………………………………..

165 Pendahuluan ……………………………………………………………. 165 Inframerah ……………………………………………………………… 166 Phototransistor …………………………………………………………. 167 LCD (Liquid Crystal Display) …………………………………………… 167 Spesifikasi Alat yang Dibutuhkan ………………………………………. 168 Motor DC ………………………………………………………………. 170 Limit Switch …………………………………………………………….. 171

- 7 -

Sensor Phototransistor dan inframerah …………………………………. 171 Driver Motor DC ………………………………………………………… 173 Perancangan dan Pembuatan ………………………………………….. 175 Spesifikasi Alat …………………………………………………………. 175 Mikrokontroler ATmega16 ………………………………………………. 178 Driver motor L298 ………………………………………………………. 180 Modul Power Supply 5 volt ……………………………………………… 182 Limit Switch ………………………………………………………………. 183 Pengujian Tegangan pada Sensor ……………………………………….. 184 Pengujian Cycle Time …………………………………………………….. 186 Kesimpulan ……………………………………………………………….. 188 Daftar Pustaka

Profil

- 8 -

1 Pengukuran Besaran Non-Elektrik

Dalam ilmu Fisika terdapat banyak besaran yang bersifat non-listrik misalnya:

besaran tekanan, gaya, kecepatan, percepatan atau suhu. Ketika besaran-besaran

tersebut perlu diukur dan diproses secara elektronik, maka sinyal non-elektris harus

diubah menjadi sinyal elektris. Untuk itu telah dikembangkan sensor yang dapat

mengubah komponen elektrik mereka sebagai fungsi dari variabel yang diukur.

Sebagai contoh, sebuah photoresistor dapat berubah nilai tahanannya sesuai

dengan kondisi pencahayaan di sekitarnya. Piezo-elemen dapat menghasilkan

tegangan listrik ketika mendapatkan suatu tekanan.

Di sini kita akan membahas beberapa pengukuran besaran-besaran non-elektris

tersebut, diantaranya:

1. Pengukuran suhu

2. Pengukuran tekanan

3. Pengukuran gaya dan torsi

- 9 -

1. Pengukuran Suhu

Di bidang proses permesinan, temperatur adalah salah satu yang paling penting

dari semua pengukuran besaran, selaian itu besaran ini adalah besaran yang paling

sering diukur karena hampir setiap proses teknis melibatkan penggunaan energi

panas sehingga perubahan suhu yang tidak dapat dihindari. Monitoring dan regulasi

suhu diperlukan dalam hampir setiap sektor industri.

Suhu yang akan diukur terutama terletak dalam kisaran antara -200 ° C dan

2000 ° C. Berbagai efek fisik yang digunakan dalam melakukan pengukuran suhu,

misalnya, deformasi benda padat, pemuaian benda cair dan gas, pertambahan

tegangan termo-elektris antara dua kawat logam yang berbeda atau juga

perubahan hambatan listrik.

Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk mengubah besaran panas menjadi

besaran listrik yang dapat dengan mudah dianalisis besarnya. Ada beberapa

metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara

menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai

dengan suhunya.

PTC (Positive Temperature Coefficient) Thermistor

PTC merupakan sensor suhu yang menggunakan bahan logam. Logam akan

bertambah besar hambatannya terhadap arus listrik jika panasnya bertambah. Hal

ini dapat dijelaskan dari sisi komponen penyusun logam. Logam dapat dikatakan

sebagai muatan positif yang berada di dalam elektron yang bergerak bebas. Jika

suhu bertambah, elektron-elektron tersebut akan bergetar dan getarannya semakin

besar seiring dengan naiknya suhu. Dengan besarnya getaran tersebut, maka

gerakan elektron akan terhambat dan menyebabkan nilai hambatan dari logam

tersebut bertambah

- 10 -

a. Karakteristik PTC

NTC (Negative Temperature Coefficient) Thermistor

NTC merupakan sensor suhu yang menggunakan bahan semikonduktor. Bahan

semikonduktor mempunyai sifat terbalik dari logam, semakin besar suhu, nilai

hambatan akan semakin turun. Hal ini dikarenakan pada suhu yang semakin tinggi,

elektron dari semikonduktor akan berpindah ke tingkat yang paling atas dan dapat

bergerak dengan bebas. Seiring dengan kenaikan suhu, semakin banyak elektron

dari semikonduktor tersebut yang bergerak bebas, sehingga nilai hambatan tersebut

berkurang.

Untuk mendapatkan sinyal listrik yang baik dengan sedikit kegaduhan, dapat

digunakan jembatan Wheatstone dan rangkaian Lock in Amplifier.

- 11 -

KTY (Silicone Temperature Sensor)

Bagian ini berisi sebuah jembatan Wheatstone dengan sebuah resistor termal KTY.

KTY adalah sensor silikon dengan koefisien temperatur positif.

Jembatan Wheatstone dioperasikan dengan menggunakan metode lendutan, yaitu

jembatan ini tidak dikalibrasi melainkan tegangan diferensial digunakan sebagai

ukuran untuk suhu.

Thermoelectricity

Dalam rangka untuk menghasilkan listrik melalui efek termoelektrik, suatu arus harus

dihasilkan oleh kombinasi dua bahan semikonduktor ditetapkan pada temperatur

yang berbeda. Efek termoelektrik yang menghasilkan listrik dalam situasi ini dikenal

sebagai efek Seebeck, dinamai ilmuwan yang menemukannya di tahun 1800an.

Seebeck membuktikan bahwa menggabungkan dua bahan konduktif, satu panas dan

satu didinginkan, menciptakan biaya yang melewati logam. Akhirnya, para ilmuwan

mengeksplorasi konsep ini dan menciptakan versi lebih maju dari sel Seebeck yang

menggunakan bahan konduktif sintetis dan memungkinkan pengguna untuk

mengumpulkan biaya yang dihasilkan sebagai arus listrik.

Termokopel. Termokopel terdiri dari semikonduktor penyaluran positif dan

negatif-penyaluran semikonduktor tergantung antara sumber panas dan

heat sink, atau permukaan yang dingin. Panas disalurkan dalam

semikonduktor positif, ketika sedang dikuras dari sisi negatif. Karena energi

panas berupaya untuk mencapai keseimbangan, secara alami akan

mencoba untuk mencari zat dingin, dan sejak semikonduktor dipanaskan

memiliki energi ekstra, ia memiliki elektron yang melompat tingkat dan

kreatif muatan positif. Bersama-sama, kedua efek menimbulkan arus

- 12 -

termoelektrik.

Sel termoelektrik memiliki aplikasi yang terbatas, terutama karena mereka

mahal untuk membuatnya dalam bentuk yang efisien dan membutuhkan

sumber energi yang signifikan untuk memberikan panas yang diperlukan di

tempat pertama. Salah satu aplikasi paling sukses telah di satelit, yang

menggunakan termokopel untuk menghasilkan energi sehingga mereka bisa

mandiri. Panas yang dihasilkan oleh sumber daya internal satelit, dan dingin

siap dipasok oleh ruang vakum, menciptakan proses termokopel yang kuat

yang dapat panen energi yang dapat digunakan.

Thermoelectric Sel. Sel termoelektrik juga digunakan untuk membuat sel

surya hibrida. Sel-sel hibrid menggunakan kombinasi sel fotovoltaik dan

thermoelectric untuk menghasilkan energi. Matahari memanaskan panel

semikonduktor, yang dirancang khusus untuk menciptakan biaya dari sinar

matahari. biaya tersebut kemudian ditarik dari dalam sebuah arus listrik

yang dibuat antara sisi positif dan negatif dari sel. Proses thermoelectric

datang ke dalam bermain sebagai sisi yang menghadap matahari dari

kehangatan sel keuntungan, sementara sisi yang berlawanan didinginkan.

Perbedaan ini, bersama dengan bahan-bahan yang diperlukan dan

komponen saat ini, menciptakan efek thermocoupling yang menghasilkan

energi ekstra.

Gambar Prinsip kerja elemen

- 13 -

2. Pengukuran Tekanan

Tekanan dapat diukur secara langsung maupun tidak langsung. Pengukuran tekanan

secara langsung menggunakan prinsip fisik dasar dan orientasi layar mereka untuk

menunjukkan besar tekanan sesuai dengan hubungan antara besar tekanan dan

perubahan fisik itu sendiri. Alat pengukur tekanan secara tidak langsung

menerapkan elastisitas atau kelenturan dari pegas atau medan listrik yang

dihasilkan untuk mendapatkan pembacaan tekanan.

Salah satu contoh peralatan ukur tekanan mekanis adalah manometer yang

mencakup elemen elastis (pegas) di mana tekanan diberikan. Deformasi elemen ini

berfungsi sebagai ukuran tekanan. Karena deformasi tersebut hanya sedikit,

mekanisme penunjukan digunakan untuk memperbesar efek. Skala tekanan ditandai

pada layar dan tekanan dapat dibaca langsung.

Semua jenis pengukuran tekanan secara elektris mengubah tekanan menjadi sinyal

listrik yang biasanya diperkuat dan kemudian ditampilkan. Semua peralatan ukur

dari titik tekan ke unit tampilan dapat disebut rantai pengukuran. Sebuah rantai

pengukuran dari tekanan sampai ke tampilan umumnya melibatkan tiga link:

transduser tekanan, amplifier dan unit display.

Metode yang paling umum untuk mengubah tekanan menjadi sinyal listrik adalah

dengan menggunakan penyimpangan membran sangat elastis yang berubah sesuai

tekanan yang diberikan. Penyimpangan ini dapat diukur baik menggunakan teknik

kapasitatif, induktif atau resistif.

Karena dengan deformasi sedikit saja dari sensitivitas (misalnya 1 µm untuk piezo-

elemen) dapat untuk menghasilkan sinyal yang cukup besar, hal ini memungkinkan

untuk membuat peralatan pengukuran tekanan yang sangat kecil.

Dalam metode kapasitif pengukuran tekanan membran berperan sebagai satu sisi

dari pelat kapasitor. Perubahan bentuk membran menyebabkan kapasitansicyang

kemudian dapat diukur dengan perubahan frekuensi yang ditimbulkan.

Dalam metode induktif penyimpangan membran akibat tekanan menyebabkan inti

besi berpindah melalui kumparan oleh jarak s sedemikian rupa sehingga perubahan

induktansi kumparan d terupatkur. Pada dasarnya sebuah transformator diferensial

digunakan sebagai elemen pengukur. Ini terdiri dari kumparan primer dan sekunder

yang diatur dalam pola konsentris.

- 14 -

Prinsip Kerja Sensor Tekanan

Mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Ukuran tegangan didasarkan

pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah sesuai dengan perubahan panjang

dan luas penampang atau membrane akibat dari adanya tekanan.

Konstruksi sensor tekanan:

Prinsip Kerja

Perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan

sehingga mengakibatkan perubahan induksi magnetik pada kumparan. Kumparan

yang digunakan adalah kumparan CT (center tap), dengan demikian apabila inti

mengalami pergeseran maka induktansi pada salah satu kumparan bertambah

sementara induktansi pada kumparan yang lain berkurang. Kemudian pengubah

sinyal berfungsi untuk mengubah induktansi magnetik yang timbul pada kumparan

menjadi tegangan yang sebanding. Pemanfaatan sensor tekanan: mengukur tinggi

suatu cairan.

Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan dengan

rumus :

P = d.g.h

Keterangan:

P = tekanan statis (pascal)

D = kepadatan cairan ( kg/m3)

G = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)

H = tinggi cairan (m)

- 15 -

LVDT (Linear Variable differential Transformer)

Prinsip kerja

Apabila tekanan dalam tabung bertambah,

maka tabung akan bergerak menyusut dan

bila tekanan pada tabung berkurang, maka

tabung akan bergerak mengembang.

Pergerakan tabung tersebut akam membuat inti

LVDT akan tertekan dan tertarik ujung tabug

sehingga LVDT akan menghasilkam nilai

induktansi magnetik.

Kontruksi LVDT :

- 16 -

pVRRVVout

Macam-macam Sensor Tekanan

Sensor Merkury. Pada sebuah tabung berbentuk U, diisi merkury, dimana

resistansinya sebanding dengan ketinggian merkury pada tiap bagian.

Resistor akan dihubungkan dengan rangkaian jembatan wheatshone,yg mana

jika posisi setimbang maka tekanan pada tabung adalah nol. Tekanan

diterapkan pada salah satu lengan tabung sehingga jembatan tidak

setimbang yang menghasilkan sinyal keluaran.

Maka tegangan keluarannya adalah:

Gambar Sensor Merkury

Bellows. Sebuah bellows yang diberikan tekanan untuk perpindahan yang

linear yang dapat diukur dengan sensor yang sesuai. Pada pengkonversian

tekanan menjadi sinyal listrik yang ditandai dengan luas permukaan yg

relatif besar, oleh karena itu perpindahannya juga besar pada tekanan yang

rendah.

- 17 -

Gambar . (a) Bellows (b) Prinsip Kerja Sensor Bellows

Bourdon Tube. Sejenis pipa pendek lengkung , dan salah satu ujungnya

tertutup. Jika bourdon tubes diberikan tekanan maka ia akan cenderung

untuk “menegang”. Perubahan yang dihasilkan sebanding dengan besarnya

tekanan yang diberikan.

Gambar Bourdon Tubes:

Kelebihan:

Tidak mudah terpengaruh perubahan temperatur

Baik dipakai untuk mengukur tekanan antara 30-100000 Psi

- 18 -

Kekurangan

• Pada tekanan rendah 0-30 psi kurang sensitif dibanding bellows.

Piezoresistive Sensors. Piezoresistivitas adalah

suatu kemampuan yang dimiliki sebagian kristal

maupun bahan-bahan tertentu lainnya yang dapat

menghasilkan suatu arus listrik jika mendapatkan

perlakuan tekanan.

Gambar. posisi piezoresistors pada diafragma

silicon

Karakteristik suhu dari suatu sensor tekanan piezoresistive:

SFB (Silicon Fusion Bonding). Adalah gabungan bersama dari dua wafer

silicon tanpa menggunakan perekat antara. SFB digunakan pada

accelerometers, sensor tekanan dengan temperature tinggi, sensor tekanan

ultraminiature, dan sensor tekanan tinggi.

- 19 -

Kelebihan

Memanfaatkan silikon sebagai bahan strain ukur dan diafragmanya,

rangkaian bisa terintegrasi

Lebih sensistif dari metal karena strain (displacement) dan sifat

piezoresistif muncul bersamaan

Kekurangan

Selalu menggunakan 4 gauge dalam jembatan sehingga:

Gauge tidak identik

Sangat sensitif terhadap temperatur

Aplikasi Sensor Tekanan

Pemantau cuaca

Pengukur ketinggian pesawat terbang

Pengukur tekanan ban

Ketinggian (Altimeter), bisa pada pesawat terbang, roket, satelit, balon

udara dll

- 20 -

3. Pengukuran Gaya dan Torsi

Sejarah

Sejarah teknologi pengukuran torsi dimulai pada tahun 1678. Pada tahun ini, Robert

Hooke mendeskripsikan proporsionalitas antara pemuaian material dan ketegangan

bahan terkait dalam hukum Hooke.

Tahun 1833 rangkaian jembatan kemudian dijelaskan oleh Hunter-Christie, di mana

perubahan tegangan terkecil yang dapat diukur. Namun demikian nama penemu

kedua Wheatstone yang terkenal, walaupun ketenaran sebenarnya milik Hunter

Christie.

Pada 1856, Thomson, yang kemudian disebut Kelvin (skala suhu yang dinamai

menurut namanya), menemukan koherensi antara tegangan mekanik dari kawat

resistensi dan perubahan resistansi.Setelah itu, percobaan dengan kabel resistansi

secara konsisten dilakukan; misalnya pada tahun 1917 Nernst mengadakan

percobaan untuk mengukur tekanan pada mesin pembakaran. Secara bersamaan,

sensor torsi diproduksi. Sensor ini membantu untuk memecahkan berbagai masalah

dalam pembangunan dan percobaan dengan cara pengukuran reaksi momentum.

Namun, pengukuran di garis poros berputar adalah yang paling penting dan juga

aplikasi yang paling sering untuk sensor torsi.

Jika poros dimuat di bawah sebuah torsi aksial, itu liku ke sudut, sebanding dengan

torsi. Sudut ini dapat diukur dengan sistem pengukuran sudut. Menurut prinsip ini,

sensor torsi pertama berputar dengan sistem pengukuran induktif sudah diproduksi

dan ditawarkan di pasar pada 1945. Carrier frekuensi ratusan kHz digunakan untuk

memasok sensor. Beserta, sistem kumparan yang diperlukan kecil. Amplitudo dari

sinyal AC-pengukuran tegangan berbanding lurus dengan sudut rotasi dari sistem

pengukuran dan memiliki frekuensi yang sama dengan tegangan suplai.

- 21 -

Strain Gauge

Strain gauge adalah komponen elektronika yang dipakai untuk

mengukur tekanan (deformasi atau strain) pada alat ini. Alat ini

ditemukan pertama kali oleh Edward E. Simmons pada tahun 1938,

dalam bentuk foil logam yang bersifat insulatif (isolasi) yang

menempel pada benda yang akan diukur tekanannya. Jika

tekanan pada benda berubah, maka foilnya akan ter deformasi,

dan tahanan listrik alat ini akan berubah. Perubahan tahanan

listrik ini akan dimasukkan ke dalam rangkaian Jembatan

Wheatstone.

Besarnya tekanan akan dinyatakan dalam bentuk faktor gauge, GF yang

didefinisikan sebagai

di mana RG adalah tahanan sebelum ada deformasi, ΔR

adalah perubahan tahanan listrik yang terjadi, dan ε adalah

tekanannya.

Cara kerja Fisik

Strain gauge mengambil keuntungan dari perangkat fisik dari konduktansi listrik dan

ketergantungan bukan hanya pada konduktivitas listrik sebuah konduktor, yang

merupakan properti dari materialnya, tetapi juga geometri konduktor. Ketika

sebuah konduktor listrik ditarik dalam batas elastisitas sehingga tidak pecah, itu

akan menjadi lebih sempit dan lebih panjang, perubahan yang meningkatkan

hambatan listrik. Sebaliknya, bila konduktor dikompresi sedemikian rupa sehingga

tidak tertekuk, ia akan memperluas dan memperpendek, perubahan ini yang

mengurangi hambatan listrik. Dari hambatan listrik diukur dari strain gauge, jumlah

tegangan dapat disimpulkan. Strain gauges hanya mengukur deformasi lokal dan

dapat diproduksi cukup kecil untuk memungkinkan "elemen" hingga seperti analisis

tegangan yang dikenakan specimen, ini dapat digunakan dalam studi kelelahan

material.

- 22 -

Sebuah tegangan diterapkan untuk mengkonduksi masukan dari jaringan

gauge, dan pembacaan tegangan diambil dari output konduktor. Tegangan

masukan yang adalah 5 V atau 12 V dan pembacaan output khas dalam milivolt.

Pengukur regangan Foil digunakan dalam banyak situasi. Strain gauges melekat

pada substrat dengan lem khusus. Jenis lem tergantung pada masa pakai yang

dibutuhkan dari sistem pengukuran. Strain gauge berbasis teknologi umumnya

digunakan dalam pembuatan sensor tekanan. Alat pengukur yang digunakan dalam

sensor tekanan itu sendiri biasanya terbuat dari silikon, polysilicon, film logam, film

tebal, dan foil berikat.

Sensor Gaya

Berfungsi untuk mengubah gaya, beban, torsi dan regangan menjadi

resistansi/hambatan.

Sensor ini terbuat dari kawat tahanan tipis berdiameter sekitar 1 mm. Kawat

tahanan yang biasa digunakan adalah campuran dari bahan konstantan (60 % Cu

dan 40 % Ni).

Kawat tahanan ini dilekatkan pada papan penyangga membentuk strain gage

dengan tipe-tipe:

a. Bonded strain gage

Susunan kawat tahanan di dalamnya berliku-liku

sehingga memudahkan pendeteksian terhadap gaya

tekanan yang tegak lurus dengan arah panjang

lipatan kawat, karena tekanan akan menarik kabel

sehingga meregang. Dengan meregannya starin

gage, maka terjadi perubahan resistansi kawat.

b. Unbonded strain gage

Jenis strain gage yang dibentuk dengan kawat

tahanan yang terpasang lurus dan simetris. Jika

papan atau rangka mendapat tekanan dari luar,

maka resistansinya akan bertambah.

Konstruksi strain gage:

- 23 -

Strain gage dipasang/ditempelkan pada logam yang lentur yang dengan

permukaan yang rata agar saat logam meregang strain gage juga ikut meregang

tetapi tidak bergeser dari posisinya. Dengan melengkungnya besi/logam membuat

strain gage melengkung juga/meregang sehingga resistansinya berubah.

- 24 -

2 Pengukuran Besaran Elektrik

Sensor Perpindahan (Displacement), Sudut (Angle), dan Kecepatan (Speed)

Pada sistem instrumentasi listrik, terdapat perbedaan antara teknik pengukuran

analog dan digital. Teknik pengukuran analog adalah metode tampilan yang

digunakan menunjukkan nilai yang terus menerus. Sedangkan pada teknik

pengukuran digital, variabel yang diukur terdeteksi dalam bentuk quantised dengan

resolusi minimal diskrit.

Untuk mengukur variabel, sensor yang tepat ialah sensor yang dapat digunakan

untuk memberikan sinyal listrik analog atau digital. Sifat sinyal dapat diubah dari

satu jenis ke jenis lain dengan cara konversi analog-ke-digital atau digital-ke-analog.

Sensor perpindahan dan sensor sudut adalah sensor yang cocok untuk mengukur

jarak, panjang, posisi dan sudut rotasi. Versi Analog terutama digunakan sebagai

sensor perlawanan pasif dengan potensiometer (misalnya dengan wajah-piring atau

struktur heliks) atau dalam kombinasi dengan pengukur regangan. Mereka juga

dapat dibuat sebagai sensor induktif.

Untuk pengukuran di industri, biasanya digunakan sensor perpindahan atau sudut

analog meskipun tren modern ke arah digitalisasi. Hal ini terjadi karena sensor

dengan sistem induktif dan magnetik biasanya sangat unggul daripada sistem optik

dalam hal ketahanan dan ketahanan terhadap kotoran.

Adapun contoh – contoh displacement sensor ialah:

1. Sensor Induktif

2. Sensor Capasitif

- 25 -

1. Sensor Induktif Sensor induktif biasanya digunakan untuk pemgukuran perpindahan atau

pengukuran posisi. Salah satu contoh dari sensor induktif adalah LVDT (Linear

Variable Differential Transformer). LVDT hampir sama dengan transformator.

Operasinya menggunakan dua transformator dengan batang ferrit sama dan satu

buah kumparan utama. LVDT mempunyai satu koil utama, dua tambahan, dan

batang ferrit sebagaimana ditunjukan oleh Gambar 1 berikut.

Gambar 1. LVDT (Linear Variable Differential Transformer).

Cara kerja LVDT adalah sebagai berikut: Perhatikan kedua koil tambahan. Kedua

buah koil tersebut dihubungkan dengan kebalikan. Sambungan seperti ini membuat

output kedua koil saling ditambahkan pada satu titik tengah. Dari oscillator, arus AC

diberikan kepada koil utama. Arus AC yang diberikan ke koil utama sudah diatur

sedemikian rupa sehingga ketika koil berada pada titik tengah, sinyal tegangan

diberikan merata ke dua koil tambahan. Titik tengah ini disebut ‘electrical zero

position’ (EZP). Karena kedua koil tambahan dihubungkan secara berkebalikan,

maka ketika berada pada posisi tengah output kedua koil saling menghilangkan

sehingga menghasilkan tegangan nol.

- 26 -

Gambar 2. Electrical zero position

Ketika batang ferrit berpindah ke kanan atau ke kiri, jumlah tegangan pada kedua

koil tambahan akan bergantung pada gelombang yang dihasilkan oleh koil utama.

Oleh karena itu, pergerakan apapun pada batang akan mengakibatkan mutual

inductance pada masing-masing koil tambahan. Variasi dari mutual inductance dari

masing-masing koil berakibat menginduksi tegangan yang bevariasi pada koil

tambahan. Karena koil tambahan dihubungkan secara berlawanan, maka ketika

salah satu koil tambahan mengalami kenaikan tegangan, koil yang lain mengalami

penurunan tegangan.

Tegangan yang terinduksi pada koil tambahan berhubungan dengan jumlah

lilitan. Hubungan tersebut dapat dituliskan dengan :

V0 / V in = N0 / N in

Dimana V0 , V in , N0 , N in adalah tegangan keluaran, tegangan masukan,

jumlah lilitan pada koil keluaran dan jumlah lilitan pada koil masukan.

LVDT dapat dikalibrasikan dengan mengubah – ubah posisi dari batang

ferrit dan mengukur tegangan keluaran. Kalibrasi harus dilakukan agar dapat

mengukur secara tepat.

Keuntungan utama dari LVDT daripada sensor posisi yang lain adalah

derajat kelinearan yang sangat tinggi. Cara kerja LVDT sendiri berdasarkan

transfer magnet. Sementara transfer kemagnetan merupakan system yang sangat

akurat.

- 27 -

Aplikasi dari LVDT banyak dijumpai pada industry otomotif, mesin bangunan,

pneumatic dan hidrolik silinder, system control servo, industry kayu dan kertas, control

proses, otomasi, dan lain-lain.

Disain Sensor Induktif

Sensor induktif biasanya terdiri dari satu atau lebih

coil dengan induktansi variabel. Gambar sebelah

kanan menunjukkan sebuah contoh dari gulungan

silinder dan rumus untuk menentukan induktansinya L,

di mana l adalah panjang kumparan, A adalah luas

permukaan koil, N adalah jumlah gulungan M0 adalah

lapangan konstan dan Mr adalah permeabilitas relatif

medium di dalam kumparan.

Prinsip dari sensor induktif adalah melibatkan pengaruh

kuantitas yang akan diukur (jarak atau perpindahan)

memiliki induktansi lebih dari coil (s). Perubahan pada

induktansi dapat dideteksi menggunakan jembatan

pengukuran yang cocok.

Fungsi induktor diferensial

Gambar 3 memperlihatkan bagaimana induktor diferensial yang digunakan untuk

pengukuran perpindahan itu bekerja. Dua kumparan identik L1 dan L2 diletakkan di

dalam rumah silinder. Inti dari kumparan adalah dinamo yang bergerak sepanjang

sumbu dan mendeteksi perpindahan. Ketika angker bergerak, permeabilitas bahan

yang menyebabkan induktansi dari satu kumparan meningkat sedangkan induktansi

yang lain berkurang dengan jumlah yang sama.

Gambar 3. Induktor Diferensial

- 28 -

Rangkaian ini diberikan dengan tegangan AC U ~. Resistor R1 dan R2 membentuk

jembatan penuh bersama dengan dua induktor. Dari Um tegangan diukur dan

tegangan tersebut berbanding lurus dengan perpindahan dari dinamo.

Ketika batang ferid masuk kedalam perumahan silinder dan batang tersebut

terinduksi penuh didalam kumparan maka medan magnet yang dihasilkan dari

induksi tersebut semakain besar dan menghasilkan tegangan yang besar pula.

Sebaliknya ketika batang ferid terinduksi sebagian di dalam kumparan maka

medan magnet yang dihasilkan dari induksi tersebut semakin kecil dan menghasilkan

tegangan yang kecil pula.

Inductive Proximity Sensor

Sensor induktif ini mendeteksi kedekatan jarak antara

sensor dan obyek mendekat dan dapat digunakan untuk

pengukuran jarak atau detektor logam. Prinsip jenis ini

melibatkan sensor tingkat redaman oleh objek yang

terdeteksi dari medan magnet yang dihasilkan oleh

sebuah osilator. Karena itu objeknya harus terbuat dari

bahan logam.

Gambar 4 mengilustrasikan prinsip sensor jarak induktif.

Medan magnet yang dihasilkan oleh osilator menyebar

ke ruang sekitarnya karena inti shell terbuka. Jika objek yang terbuat dari bahan

logam mendekat, maka arus yang diinduksi di dalamnya menghasilkan redaman

yang dikarenakan hukum induksi dan itu dapat digunakan untuk pengurangan

amplitudo tegangan. Amplitudo tegangan dipengaruhi oleh ukuran jarak antara

objek dan sensor.

Gambar 4. Prinsip kerja sensor jarak induktif

- 29 -

Sensor Induktif dan Elektromagnet

Sensor induktif memanfaatkan perubahan induktansi sebagai akibat pergerakan inti

feromagnetik dalam koil yang disebabkan oleh bahan feromagnetik yang mendekat,

lihat Gambar 5.

Gambar 5. Sensor posisi: (a) Inti bergeser datar (b) Inti I bergser berputar,

(c) Rangkaian variable induktansi

Rangkaian perubahan induktansi dapat dihitung melalui dua induktor yang disusun

dalam rangkaian jembatan. Dan tegangan bias jembatan yang dihasilkan berupa

sinyal ac. Perubahan induktasinya dapat dikonversikan secara linier dengan rumus:

KL = sensistivitas induktansi terhadap posisi

Output tegangan ac dapat diubah menjadi dc dengan menggunakan detektor fasa.

Gambar 6. Rangkaian uji sensor posisi induktif

- 30 -

Sensor elektromagnetik memanfatkan gaya lorenz pada koil yang mengalami

perubahan medan magnet. Output tegangannya sebanding dengan kecepatan

perubahan posisi koil terhadap sumber magnet, lihat Gambar 6.

Perubahan medan magnet diperoleh dengan pergerakan sumber medan magnet

atau pergerakan koilnya (seperti pada mikrofon dan loudspeaker), lihat Gambar 7.

Gambar 7. Pemakaian sensor posisi: (a) pada microphone, (b) pada loudspeaker

Kelebihan Induktif Sensor

Dapat mendeteksi perubahan yang sangat kecil.

Mudah dikalibrasi.

Kelemahan Induktif Sensor

Hanya dapat mendeteksi logam,

Jarak pensensoran harus dekat dengan benda yang disensor.

Contoh-Contoh Penggunaan Induktif Sensor

Pendeteksi Logam Konveyor

- 31 -

Modul dan Alat yang Digunakan

1.8

Modul Induktif

Oscilloscope

Function Generator Voltmeter

- 32 -

2. SENSOR KAPASITIF

Sensor kapasitif banyak digunakan sebagai pendeteksi perpindahan yang sangat

kecil. Jadi sensor kapasitif ini terbentuk dari 2 plat sejajar dengan bahan dielektrik

sebagai pemisah. Terdapat 10 bahan dielektrik diantaranya vakum, air, silikon,

keramik. Setiap bahan dielektrik ini mempunyai nilai permitivitas sendiri, dimana nilai

ini sangat berpengaruh pada nilai kapasitansi yang dihasilkan.

Dari 2 plat sejajar dalam sensor kapasitif, 1 plat dengan posisi tetap dan 1

plat lainnya akan berubah sesuai perpindahan obyek yang diukur. Persamaan dari

sensor kapasitif ini adalah C = e0 er A/d. Salah satu jenis sensor kapasitif adalah

mikropon kapasitif. Selain untuk mendeteksi perpindahan, sensor kapasitif juga

dapat digunakan untuk mengukur tekanan (pressure). Sebenarnya pengukuran

tekanan ini juga bisa dianggap mengukur perpindahan, hanya saja perpindahan

secara vertikal. Dengan memanfaatkan karakteristik dari bahan dielektrik, sensor

kapasitif digunakan juga bisa untuk mengukur kelembapan.

Sensor kapasitif dapat mengindera langsung berbagai hal, seperti: gerakan,

komposisi kimia dan medan listrik. Sensor kapasitif juga dapat mengindera berbagai

variabel yang dikonversi terlebih dahulu menjadi konstanta gerak ataupun dielektrik,

seperti: tekanan, percepatan, tinggi dan komposisi fluida.

Sensor kapasitif menggunakan elektroda konduktif dengan dielektrik.

Rangkaian detektor hanya membutuhkan tegangan (listrik) 5 Volt yang akan

mengubah variasi kapasitansi menjadi variasi voltase, frekuensi, atau lebar pulsa.

Sensor kapasitif menjangkau hampir di seluruh kehidupan masyarakat, diantaranya

adalah:

Detektor gerakan yang dapat mendeteksi perpindahan hingga 10-14 m.

Detektor ini stabil, memiliki respon cepat dan tahan terhadap berbagai

kondisi lingkungan ekstrim. Sensor kapasitif dengan elektroda besar dapat

mendeteksi dan mengukur kecepatan sebuah automobile (kendaraan).

Teknologi kapasitif menggantikan peran piezoresistance pada implementasi

silikon dari akselerometer dan sensor tekanan. Aplikasi inovatif seperti

detektor sidik jari dan inframerah muncul pada silikon dengan dimensi

sensor ber-orde mikro serta kapasitansi elektroda 10 fF dengan resolusi

hingga 5 aF (10-18 F).

- 33 -

Saklar sentuh untuk meredupkan lampu di rumah menjadi lebih efektif dan

ekonomis jika menggunakan sensor kapasitif. Sensor kapasitif membantu

teknisi rumah dalam menyelesaikan pekerjaannya, seperti: wall stud sensor

dan digital construction level.

Komputer laptop menggunakan sensor kapasitif sebagai pengendali cursor

dua dimensi. Selain itu, sensor kapasitif transparan digunakan sebagai

monitor komputer di kios retail (pengecer).

Flow – Berbagai flow meter mengkonversi tekanan atau perpindahan

menggunakan sebuah lubang untuk volume flow atau efek Gaya Coriolis

untuk mass flow. Sensor kapasitif kemudian mengukur perpindahannya.

Tekanan – Sebuah diafragma dengan defleksi stabil dapat mengukur

tekanan dengan detektor yang sensitif terhadap jarak.

Tinggi fluida – Detektor tinggi fluida kapasitif mengindera tinggi fluida di

reservoir (tandon, kolam air) dengan mengukur perubahan kapasitansi

diantara pelat konduktif yang terbenam dalam air. Detektor tinggi fluida

kapasitif juga dapat dipasang di luar tangki non-konduktif.

Spasi – Jika objek logam dekat dengan elektroda kapasitor, kapasitansim

utual merupakan pengukur spasi yang sangat sensitif.

Sensor pemindai (scan) multi-pelat – Pengukuran spasi pelat tunggal dapat

dikembangkan menjadi pengukuran kontur menggunakan multi-pelat. Baik

permukaan konduktif maupun dielektrik dapat diukur menggunakan sensor ini

Limit switch – Limit switch dapat mendeteksi proksimitas (kedekatan)

komponen (mesin) logam yang sebanding dengan peningkatan kapasitansi.

Limit switch juga dapat medeteksi proksimitas komponen plastik berdasarkan

peningkatan konstanta dielektriknya di udara.

Tablet X-Y – Tablet input grafik kapasitif dengan berbagai ukuran dapat

menggantikan mouse komputer, yaitu sebagai devais input koordinat x-y.

Misalnya: finger-touch- sensitive, z-axis-sensitive dan devais stylus-activated.

Akselerometer – Analog Devices telah memperkenalkan IC akselerometer

dengan sensitivitas hingga 1.5 gram yang dapat berfungsi sebagai tiltmeter.

Menurut sebuah referensi, sensor kapasitif ditemukan diN at ure, 1907.

Sensor kapasitif merupakan teknologi murah dengan rangkaian pengkondisi sinyal

yang sederhana tapi memiliki kestabilan. Sensor kapasitif tidak memerlukan

penyesuaian terhadapoff set dangain. Kelembaban merupakan permasalahan klasik

- 34 -

pada berbagai tipe sensor (terutama sensor resistif), tetapi hal ini dapat dipecahkan

dengan menggunakan sensor kapasitif. Konstanta dielektrik udara yang lembab

hanya beberapa ppm (part per million) lebih tinggi dari udara kering.

Pengertian Kapasitor

Piranti yang tujuan utamanya adalah untuk memberikan kapasitas kepada

rangkaian listrik. Piranti ini pada dasarnya terdiri dari dua penghantar A

dan B yang permukaannya saling berhadapan, dan dipisahkan oleh bahan

penyekat (dielektrika) tipis.

Sistem ini dirancang agar muatan listrik yang ada pada A sama banyak

tetapi berlawanan jenis dengan muatan yang ada pada B.

Penghantar-penghantar A dan B disebut elektroda (atau keping) kapasitor

sedangkan bahan penyekatnya disebut dielektrika. Dielektrika dapat

berupa zat padat, cair atau gas.

Kapasitansi tergantung pada susunan geometris konduktor-konduktornya dan

bahan dielektrik antara kedua konduktor tersebut.

Prinsip Sensor Kapasitif

Sensor kapasitif pada dasarnya terdiri dari

kapasitor dengan kapasitansi variabel. Diagram

sebelah kanan menunjukkan piring sederhana

kapasitor dan rumus untuk menentukan kapasitansi

yang C. A adalah luas permukaan efektif piring, d

adalah pemisahan lempeng, E0 adalah lapangan

konstan dan Er adalah konstanta dielektrik medium

antara piring.

Prinsip dari sensor ini didasarkan pada perubahan variabel non listrik yang

menyebabkan perubahan kapasitansi dari kapasitor sehingga dapat diukur dengan

menggunakan sirkuit yang cocok. Perubahan kapasitansi dapat disebabkan baik

dari perubahan luas permukaan pelat,maupun dalam pemisahan piring atau dalam

permitivitas dielektrik relatif.

- 35 -

Perubahan Pemisahan Piring

Perubahan kapasitansi sebuah pelat kapasitor berbanding terbalik dengan jarak d

antara pelat. Oleh karena itu, jika efek eksternal menyebabkan jarak pemisah

meningkatkan,maka kapasitansinya menurun dan sebaliknya.

Gambar 8. Pelat Kapasitor

Perubahan Luas Permukaan Pelat Efektif

Jika kita mengukur dengan memvariasikan pemindahan pemisah lempeng, hal ini

menyebabkan luas permukaan efektif A kapasitor menurun dan hanya sebagian

piringang yang tumpang tindih. Dari sini akan menghasilkan penurunan kapasitansi.

Hal itu karena kapasitansi berbanding lurus dengan luas permukaan yang tumpang

tindih.

Gambar 9. Variasi pemindahan pemisah lempeng

Keuntungan Sensor Kapasitif

Sebagai sensor pemindahan mekanis yang memiliki kesalahan (error)

pembebanan minimum.

Memiliki stabilitas tinggi.

- 36 -

Tidak terlalu berpengaruh pada perubahan suhu dibanding sensor

resistif.

Resolusi pengukuran tinggi.

Tidak menghasilkan medan magnet atau medan listrik yang tinggi.

Studi Kasus

Kita sering bertanya-tanya tentang bagaimana cara kerja touchscreen? Sebuah

touchscreen dasar memiliki tiga komponen utama:

1. Touch sensor

2. Controller

3. Perangkat lunak driver

Touchscreen ini adalah perangkat input, sehingga perlu dikombinasikan dengan

tampilan dan PC atau perangkat lain untuk membuat sistem touch input lengkap.

Gambar 10. Touch screen

Kapasitif Touchscreen

Selama sentuhan, kapasitansi bentuk antara jari dan sensor grid yang tertanam

controller serial di layar sentuh, menghitung koordinat lokasi sentuhan dan

mengirimkan mereka ke komputer untuk diproses.

Gambar 11. Kapasitansi antara jari & sensor grid

- 37 -

Permukaan Layar Sentuh Kapasitif

Prinsip Kerja

Tubuh manusia adalah sebuah konduktor listrik, jadi ketika Anda menyentuh layar

dengan jari, sedikit jumlah muatan listrik ditarik saat kita menyentuh layar, hal

tersebut menciptakan drop tegangan. Masing-masing arus masuk ke elektroda pada

empat sudut. Secara teoritis, jumlah arus yang melayang melalui empat elektroda

harus sebanding dengan jarak dari titik sentuhan ke empat penjuru. Controller akan

tepat menghitung proporsi arus yang melayang melewati empat elektroda dan yang

keluar koordinat X / Y titik sentuh.

Gambar 12. Prinsip kerja layar sentuh

Beberapa Kekurangan Teknologi Resistif

Kejelasan dan proses pengukuran resistif touchscreen memiliki sumber

beberapa kesalahan.

Jika ITO (indium timah oksida) lapisannya tidak seragam, maka resistansi

tidak akan bervariasi secara linear di sensor.

- 38 -

Banyak touchscreens resistif yang ada juga membutuhkan kalibrasi

secara berkala untuk menyetel kembali poin dengan cara menyentuh

gambar LCD yang mendasarinya.

Contoh – Contoh Penggunaan Sensor Kapasitif

Modul dan Alat Yang Digunakan

OSCILLOSCOPE VOLTMETER

Mouse Pad Touchscreen HP

- 39 -

3. Optical Sensor (Encoder) Sensor Digital Optik (Encoder)

Digital optik encoder adalah sebuah alat yang

mengubah gerakan menjadi urutan pulsa digital.

Dengan menghitung satu bit atau oleh decoding

satu set bit, pulsa dapat dikonversi ke

pengukuran posisi relatif atau absolut. Encoders

memiliki konfigurasi linier dan putar, tapi jenis

yang paling umum adalah berputar. Rotary

encoders diproduksi dalam dua bentuk dasar:

Encoder Absolut

Encoder Absolut adalah sebuah encoder di mana logika digital yang sesuai

dengan setiap posisi rotasi poros akan diterjemahkan sesuai dengan respon

suatu sensor yang nantinya akan diterjemahkan menjadi urutan pulsa digital.

Jika menggunakan sensor yang cara kerjanya sama dengan photodiode

maka akan menghasilkan pulsa berlogika 1 ketika sensor tersebut

mendapatkan warna putih, dan jika menggunakan sensor yang cara

kerjanya sama dengan LDR maka akan menghasilkan pulsa berlogika 1

ketika sensor tersebut mendapatkan warna hitam.

Encoder Incremental

Encoder Incremental adalah sebuah encoder yang menghasilkan pulsa digital

sebagai poros berputar, yang memungkinkan pengukuran posisi relatif poros.

Gambar 13. Encoder

- 40 -

Cara Kerja Absolute Encoder

Disk optik encoder absolut dirancang untuk menghasilkan kata digital yang

membedakan posisi N berbeda dari porosnya. Sebagai contoh, jika ada 8 track,

maka encoder ini mampu memproduksi 256 posisi yang berbeda atau resolusi

angular 1,406 (360/256) derajat. Yang paling umum pengkodean numerik yang

digunakan dalam encoder absolute adalah gray dan kode biner. Untuk

menggambarkan acion dari encoder absolut, gray code dan alam pola dsisk kode

biner untuk melacak jalur 4 sederhana-(4-bit) encoder diilustrasikan pada Gambar

14. Pola linear dan diagram waktu terkait apa yang photodetectors akal sebagai

kode disk memutar trek melingkar dengan poros. Kode bit output untuk kedua skema

coding tercantum dalam Tabel di bawahnya.

Gambar 14. Cara kerja encoder

- 41 -

Gray code dirancang sedemikian rupa sehingga hanya satu jalur (satu bit) yang

akan mengubah keadaan untuk setiap transisi menghitung, tidak seperti kode biner

mana beberapa bit perubahan pada transisi jumlah tertentu. Efek ini dapat dilihat

dengan jelas pada Tabel. Untuk gray code, ketidakpastian selama masa transisi

adalah hanya satu hitungan, berbeda dengan kode biner, dimana ketidakpastian

bisa jumlah banyak.

Misalnya dari posisi 7 (0111) posisi 8 (1000), dimana semua empat digit perubahan

sekaligus. Jika peralatan sampling kehilangan penyesuaian yang sedikit dan tidak

lagi tepat selaras, hal ini dapat menyebabkan kesalahan. Hal ini dapat dihindari

jika kode tang digunakan hanya mengalami perubahan satu digit dari satu posisi ke

yang berikutnya. Satu kode tersebut adalah kode Gray. Seperti kita dapat lihat

pada Tabel.

Cara Kerja Incremental Encoder

Encoder Incremental, kadang-kadang disebut Encoder Relatif, lebih sederhana

dalam desain dari encoder absolut. Ini terdiri dari dua bit dan dua sensor yang

disebut saluran output A dan B. Kode disk pola dan output sinyal A dan B

diilustrasikan pada Gambar 5. Dengan menghitung jumlah pulsa dan mengetahui

resolusi disk, gerak sudut dapat diukur. Sinyal A dan sinyal B digunakan untuk

menentukan arah putaran dengan menilai sinyal 1 dengan yang sinyal yang lain.

Sinyal dari dua saluran adalah 1 / 4 siklus keluar dari fase satu sama lain dan

dikenal sebagai sinyal quadrature. Seringkali saluran ketiga output, disebut INDEKS,

yang akan diterjemahkan sebagai satu pulsa per putaran, yang berguna dalam

menghitung revolusi penuh. Hal ini juga berguna sebagai referensi untuk menentukan

dasar rumah atau posisi nol.

Gambar 15. Pola incremental encoder

- 42 -

Gambar 15 menggambarkan dua track terpisah untuk sinyal A dan B, tetapi

konfigurasi lebih umum menggunakan jalur tunggal dengan sensor A dan B offset

siklus 1 / 4 di jalur untuk menghasilkan pola sinyal yang sama.

Quadrature Sinyal A dan B dapat diterjemahkan untuk menghasilkan arah putaran

seperti pada Gambar 16.

Gambar 16. Quadrature Sinyal A dan B

Decoding transisi A dan B dengan menggunakan sirkuit logika sekuensial dengan

cara yang berbeda dapat memberikan tiga resolusi yang berbeda dari pulsa

output: 1X, 2X, 4X. 1X resolusi hanya menyediakan pulsa tunggal untuk setiap siklus

di salah satu A atau B sinyal, resolusi 4X menyediakan pulsa di tepi setiap transisi

dalam dua sinyal A dan B menyediakan empat kali resolusi 1X. Arah rotasi (searah

jarum jam atau berlawanan arah jarum jam) ditentukan oleh tingkat satu sinyal

selama transisi tepi sinyal kedua. Sebagai contoh, dalam modus 1X, A = ↓ dengan B

= 1 menyiratkan pulsa searah jarum jam, dan B = ↓ dengan A = 1 menyiratkan

pulsa berlawanan arah jarum jam. Jika kita hanya memiliki output kanal A tunggal

atau B, mustahil untuk menentukan arah rotasi. Selain itu, poros jitter di sekitar tepi

transisi dalam sinyal tunggal akan menghasilkan pulsa salah.

- 43 -

Menentukan Arah Putaran

Tambahan sensor konvensional tidak memungkinkan mendeteksi arah rotasi. Untuk

membuat ini mungkin, maka perlu dibuatkan tranducer tambahan dua channel seperti

terlihat pada Gambar 17 berikut:

Gambar 17. Transduser untuk mendeteksi arah rotasi

Modul sensor terdiri dari dua sensor incremental sederhana, sehingga selaras bahwa

urutan pulsa mereka keluaran (tegangan jejak u1 atau u2) adalah tepat 90 ° keluar

dari fase (yaitu seperempat dari satu unit dalam pola).

Rangkaian bersama, yang terdiri dari dua amplifier operasional dikonfigurasi

sebagai pembanding dan flip flop D-tipe menunjukkan bagaimana dua sinyal output

digunakan untuk menentukan arah putaran. Tergantung pada arah baik output atas

flip flop selalu HIGH atau output bawah selalu TINGGI, sedangkan output lain

dalam setiap kasus adalah LOW.

Kelebihan Optical Sensor (Encoder)

Dapat mendeteksi sangat cepat.

Sangat presisi.

Kelemahan Optical Sensor (Encoder)

Intensitas cahaya sangat berpengaruh besar terhadap hasil

penyensoran.

- 44 -

Contoh – Contoh Penggunaan Optical Sensor

Putaran Motor Robot Line Follower

- 45 -

Modul dan Alat Yang Digunakan Dalam Praktek

Modul Optical Sensor

Incremental Gray Code

Binary

Binary Encoder

- 46 -

4. Hall Effect Sensor

Pengertian Hall Sensor Hall Effect sensor merupakan sensor yang digunakan untuk mendeteksi medan

magnet. Hall Effect sensor akan menghasilkan sebuah tegangan yang proporsional

dengan kekuatan medan magnet yang diterima oleh sensor tersebut (Gambar 18).

Gambar 18. Hall sensor

Pendeteksian perubahan kekuatan medan magnet cukup mudah dan tidak

memerlukan apapun selain sebuah inductor yang bergunsi sebagai sensornya.

Kelemahan dari detektor dengan menggunakan induktor adalah kekuatan medan

magnet yang statis (kekuatan medan magnetnya tidak berubah) tidak dapat

dideteksi. Oleh sebab itu diperlukan cara yang lain untuk mendeteksinya yaitu

dengan sensor yang dinamakan dengan ‘hall effect’ sensor. Sensor ini terdiri dari

sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk mengalirkan arus listrik.

Gambar 19. Hall Effect sensor

- 47 -

Sensor hall effect ini hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah

elektroda pada masing-masing sisi silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan

tegangan pada outputnya ketika lapisan silikon ini dialiri oleh arus listrik. Tanpa

adanya pengaruh dari medan magnet maka arus yang mengalir pada silikon

tersebut akan tepat ditengah-tengah silikon dan menghasilkan tegangan yang sama

antara elektrode sebelah kiri dan elektrode sebelah kanan sehingga menghasilkan

tegangan beda tegangan 0 volt pada outputnya.

Ketika terdapat medan magnet mempengaruhi sensor ini maka arus yang mengalir

akan berbelok mendekati/menjauhi sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet.

Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi silikon sebelah kiri

maka terjadi ketidak seimbangan tegagan output dan hal ini akan menghasilkan

sebuah beda tegangan di outputnya.

Semakin besar kekuatan medan magnet yang mempengaruhi sensor ini akan

menyebabkan pembelokan arus di dalam lapisan silikon ini akan semakin besar dan

semakin besar pula ketidakseimbangan tegangan antara kedua sisi lapisan silikon

pada sensor. Semakin besar ketidakseimbangan tegangan ini akan menghasilkan

beda tegangan yang semakin besar pada output sensor ini.

Arah pembelokan arah arus pada lapisan silikon ini dapat digunakan untuk

mengetahui polaritas kutub medanhall effect sensor ini. Sensor hall effect ini dapat

bekerja jika hanya salah satu sisi yang dipengaruhi oleh medan magnet. Jika kedua

sisi silikon dipengaruhi oleh medan magnet maka arah arus tidak akan dipengaruhi

oleh medan magnet itu. Oleh sebab itu jika kedua sisi silikon dipengaruhi oleh medan

magnet yang mempengaruhi magnet maka tegangan outputnya tidak akan berubah.

Sensor yang digunakan di dalam proyek ini adalah sensor UGN3503U. Sensor ini

akan menghasilkan tegangan yang proporsional dengan kekuatan medan magnet

yang dideteksi oleh sesnor ini. Selain itu komponen ini dipilih karena relatif murah,

mudah digunakan dan mempunyai performa yang cukup baik. Sensor UGN3503 ini

mempunyai 3 pin antara lain:

Pin 1: VCC, pin tegangan suplai

Pin 2: GND, pin ground

Pin 3: Vout, pin tegangan output.

- 48 -

Gambar 20. Pinout Hall effect sensor UGN3503U

Di dalam sensor ini sudah dibangun sebuah penguat yang memperkuat sinyal dari

rangkaian sensor dan menghasilkan tegangan output ditengah-tengah tegangan

suplai. Pada sensor ini jika mendapat pengaruh medan magnet dengan polaritas

kutub utara maka akan menghasilkan pengurangan pada tegangan output

sebaliknya jika terdapat pengaruh medan magnet dengan polaritas kutub selatan

maka akan menghasilkan peningkatan tegangan pada outputnya. Sensor ini dapat

merespon perubahan kekuatan medan magnet mulai kekuatan medan magnet yang

statis maupun kekuatan medan magnet yang berubah-ubah dengan frekuensi sampai

20KHz.

Gambar 21. Blok Diagram rangkaian internal UGN3503U

Sensor hall effect UGN3503 ini mempunyai suplai tegangan yang cukup lebar yaitu

mulai 4.5V sampai 6V dengan kepekaan perubahan kekuatan medan magnet

sampai frekuensi 23KHz.

Cara Kerja Rangkaian

Inti dari sistem ini adalah sensor UGN3503U. Sensor ini akan menghasilkan

tegangan output 3V jika tidak ada pengaruh medan magnet pada sensornya.

- 49 -

Tegangan output yang dihasilkan tidaklah cukup kuat sehingga masih diperlukan

sebuah op amp yang digunakan untuk memperkuat perubahan sinyal dari sensor

UGN3503U.

Untuk itu digunakan sebuah op amp yang mempunyai karakteristik ‘precision

operational amplifier’. Salah satunya adalah OP77 atau TL071/TL081. Dasar

pemilihan OP77 adalah op amp ini mampu berooperasi dengan menggunakan

single supply tegangan yang cukup rendah yaitu 6 voltDC.

OP77 mempunyai gain yang cukup tinggi sekitar 100.000 pada struktur open loop.

Pada rangkaian ini OP77 dikonfigurasikan sebagai inverting amplifier dengan gain

‘close loop’ sekitar 300 dengan pengaturan nilai resistor R7 dan R1. Nilai gain ini

didapatkan dengan membagi nilai resistor R7 dengan nilai resistor R1. Tingginya

gain akan meningkatkan sensitivitas alat in namun juga menyebabkan opamp

semakin peka terhadap noise dan ‘drift’, pergeseran penguatan karena suhu atau

tegangan offset yang tidak tepat.

OP77 akan memperkuat beda tegangan antara tegangan di resistor R1 dan

tegangan pada pin non-inverting. Tegangan ini dapat diatur dengan mengatur

resistansi pada potensiometer R2 sehingga menghasilkan pembagian tegangan yang

diharapkan. Tegangan pada pin non inverting ini harus sama dengan tegangan

output sensor UGN3503 ketika tidak ada pengaruh dari medan magnet.

Kapasitor C3 berfungsi untuk mem-blok arus DC yang akan masuk ke earphone

karena dapat merusak earphone itu sendiri. Dengan adanya kapasitor ini maka

sinyal AC yang berasal dari perubahan kekuatan medan magnet dengan frekuensi

yang agak tinggi dapat didengarkan melalui earphone ini.

Gambar 22. Rangkaian detektor medan magnet

Resistor R4 dan R5 ini akan membagi tegangan menjadi setengah dari tegangan

suplai dan harus sama dengan tegangan output dari OP77 jika tidak ada pengaruh

- 50 -

dari medan magnet. Sehingga dengan kondisi ini (tidak ada pengaruh dari medan

magnet) akan meghasilkan pembacaan pada meter ‘0’.

VU meter yang digunakan adalah VU meter yang nilai 0-nya berada ditengah-

tengah karena pada alat ini dimungkinkan untuk bergerak ke kiri atau ke kanan

tergantung dari polaritas medan magnet. Sehingga ketika tidak ada pengaruh

medan magnet maka tegangan antara pin VU(+) dan pin VU(-) akan ) volt sehingga

VU meter tidak terjadi penyimpangan.

Penurunan tegangan output dari OP77 (sensor dipengaruhi medan magnet

berpolaritas utara) akan menghasilkan beda tegangan dimana tegangan pada pin

VU(-) akan lebih rendah daripada tegangan pada pin VU(+) sehingga terjadi aliran

arus dari pin VU(+) ke pin VU(-). Dalam kondisi seperti ini akan terjadi

penyimpangan jarum VU meter ke arah kanan. Pada kondisi sensor mendapatkan

pengaruh dari medan magnet negatif maka simpangan jarumnya akan menyimpang

ke arah kiri. Pemasangan polaritas VU meter akan menyebabkan arah simpangan

akan terbalik pula.

Pada kondisi pembacaan yang baik dibutuhkan medan magnet yang cukup kuta.

Semakin kuat medan magnet yang mempengaruhi sensor ini maka akan semakin

besar pula simpangan jarum pada VU meter. Sesuai dengan rangkaian pada

gambar 4, jika sensor dipengaruhi medan magnet negatif maka akan didapatkan

pembacaan negatif (ke kiri) sedangkan jika sensor mendapatkan pengaruh dari

medan magnet posistif maka akan didapatkan pembacaan pac\da VU meter

posistif (ke arah kanan).

Nilai R4 dan R6 akan mempengaruhi besarnya arus maksimum yang boleh lewat ke

VU meter sehingga dapat dkatakan nilai R4 dan R6 mengatur dari kondisi full scale

pembacaan VU meter pada suatu kondisi tertentu.

Gambar 23. Rangkaian lengkap detektor

- 51 -

Setting

Pada saat pertama kali dihidupkan, simpangan jarum VU meter harus pada

pembacaan ‘0’. Jika simpangan jarum VU meter tidak pada ‘0’ maka perlu

mengatur potensiometer R2. Untuk pengaturan pembacaan full scalenya, sensor

didekatkan dengan sebuah magnet. Jika sudah dilakukan ternyata masih belum

didapatkan simpangan penuh maka perlu dilakukan penggantian nilai R4 dan R6

menjadi lebih kecil menjadi 27KW sampai 30KW.

Ketika sensor diletakkan didekat kabel listrik maka pembacaan tidak akan

menghasilkan simpangan tetapi ketika didengarkan melaluui earphone akan

terdengar bunyi ‘hum’. Hal ini disebabkan karena medan magnet yang dihasilkan

polaritasnya berganti-ganti dengan frekuensi sekitar 50Hz (frekuensi tegangan AC).

Pengaruh medan magnet seperti ini tidak dapat direspon oleh VU meter karena

terlalu cepat dan tegangan pada pin VU(+) dan pin VU(-) akan saling

menghilangkan dengan cepat.

Kelebihan Hall Sensor

Dapat mendeteksi medan magnet dengan cepat dan presisi.

Kekurangan Hall Sensor

Jarak pensensoran harus dekat.

Dapat terpengaruh oleh medan magnet di sekitarnya.

- 52 -

Contoh – Contoh Pemakain Hall Sensor

Gambar 24. BLDC motor

Modul dan Alat Yang Digunakan Dalam Praktek

Modul Hall Sensor Hall Encoder

- 53 -

5. Resolver Sensor Pengertian Resolver Sensor

Resolver adalah jenis rotari listrik transformator yang digunakan untuk mengukur

derajat rotasi. Hal ini dianggap sebagai perangkat analog, dan memiliki mitra

digital, encoder (atau pulsa) rotary .

Prinsip Suatu Resolver

Resolver mengubah posisi sudut mekanik menjadi sinyal listrik analog. Sinyal ini

kemudian dapat disampaikan lebih lanjut dan diproses. Mereka adalah terbuat dari

rotor berputar dan stator tetap. Poros rotor dapat dihubungkan ke rumahan dengan

menggunakan bantalan bola (self-bearing rotor) atau tidak terhubung langsung ke

rumahan sama sekali (external-bearing rotor). Dalam kasus terakhir, desain poros

harus kosong.

Resolver adalah perangkat induktif yang berfungsi menurut prinsip transformator

berputar. Ketika rotor belitan transformator berputar dengan tegangan AC UR, AS

tegangan diinduksi di stator. Itu sudut rotor amplitudo dan fase tergantung pada

stator dari resolver memiliki dua gulungan 90 ° terpisah.

Gambar 25. Resolver

Menentukan Sudut Rotor

Sebuah AC tegangan frekuensi tinggi (2 ... 10 kHz) diumpankan ke rotor resolver.

Hal ini membangkitkan tegangan AC dari frekuensi yang sama di kedua gulungan

stator. Amplitudo ini tergantung pada masing-masing sudut rotor dari setiap

- 54 -

gulungan stator. Amplitudo maksimum terjadi ketika = 0) kedua kumparan memiliki

orientasi sudut yang sama. Dalam hal ini kumparan berada pada sudut yang tepat

untuk satu sama lain tidak ada tegangan induksi.

Tegangan pada kedua belitan mengambil bentuk sebagai berikut:

Faktor k merupakan rasio transformasi antara stator dan rotor. Dua tegangan stator

adalah 90 ° keluar dari fase. sudut rotor diturunkan dengan membagi dua

tegangan stator.

Animasi berikut ini mengilustrasikan prinsip suatu resolver. Hal ini dapat dilihat

bahwa jika rotor berputar pada kecepatan kontinu, tegangan di dua belitan stator

adalah amplitudo modulasi sesuai dengan sinus atau kosinus dari sudut rotor.

Resolver ini memberikan sinyal posisi absolut antara dua kutub berdekatan. Sinyal

dari resolver juga dapat digunakan untuk menurunkan kecepatan rotasi dan

perpindahan simulasi tambahan untuk pengaturan posisi. Resolver dapat

diimplementasikan dalam sensor tanpa menggunakan komponen elektronik. Karena

itu kuat dan murah. Gambar 26 memperlihatkan resolver industri.

Gambar 26. Resolver industri

Kalibrasi dari Amplifier Pengukuran Resolver

Sebelum eksperimen dapat dilakukan dengan menggunakan resolver, amplifier

pengukuran atas perlu dikalibrasi. Gambar 27 memperlihatkan rangkaian untuk

kalibrasi.

- 55 -

Gambar 27. Kalibrasi amplifier pengukuran resolver

Motor induksi pada umumnya berputar dengan kecepatan konstan mendekati

kecepatan sinkronnya, meskipun demikian pada penggunaan tertentu dikehendaki

juga adanya pengaturan putaran. Pengaturan putaran motor induksi memerlukan

biaya yang agak tinggi.

Biasanya pengaturan ini dapat dilakukan dengan beberapa cara :

Mengubah jumlah kutub motor. Karena ns = maka perubahan jumlah kutub

(p) atau frekuensi (f) akan mempengaruhi putaran. Jumlah kutub dapat

diubah dengan merencanakan kumparan stator sedemikian rupa sehingga

dapat menerima tegangan masuk pada posisi kumparan yang berbeda-

beda. Biasanya diperoleh dua perubahan kecepatan sinkron dengan

mengubah jumlah kutub dari 2 menjadi 4, seperti terlihat pada gambar

berikut :

Mengubah frekuensi jala-jala. Pengaturan putaran motor induksi dapat

dilakukan dengan mengubah-ubah harga frekuensi jala. Hnya saja untuk

menjaga keseimbangan kerapatan fluks, perubahan tegangan harus

dilakukan bersamaan dengan perubahan frekuensi. Persoalannya sekarang

adalah bagaimana mengatur frekuensi dengan cara yang efektip dan

ekonomis.

Mengatur tegangan jala-jala. T = (V1)2 . Dari persamaan kopel motor

induksi, diketahui bahwa kopel sebanding dengan pangkat dua tegangan

yang diberikan. Untuk karakteristik beban seperti terlihat pada gambar,

kecepatan akan berubah dari n1 ke n2 untuk tegangan masuk setengah

- 56 -

tegangan semula. Cara ini hanya menghasilkan pengaturan putaran yang

terbatas (daerah pengaturan sempit).

Pengaturan Tahanan Luar. Tahanan luar motor rotor belitan dapat diatur,

dengan demikian dihasilkan karakteristik kopel kecepatan yang berbeda-

beda. Putaran akan berubah dari n1 ke n2 ke n3 dengan bertambahnya

tahanan luar yang dihubungkan ke rotor.

Cara Kerja dan Jenis-jenis Resolver Sensor

Jenis yang paling umum dari resolver adalah

pemancar resolver brushless. Di samping itu,

jenis resolver mungkin terlihat seperti motor

listrik kecil memiliki stator dan rotor. Di

bagian dalam, konfigurasi gulungan kawat

membuatnya berbeda. Bagian stator dari

rumah resolver terdapat tiga gulungan:

exciter yang berkelok-kelok dan dua dua-

fasa belitan (biasanya berlabel "x" dan "y") (seperti pada

resolver brushless). Exciter yang berkelok-kelok terletak di

atas, itu sebenarnya suatu kumparan transformator (rotari)

berputar. transformator ini memberdayakan rotor, sehingga

tidak perlu sikat, atau ada batas rotasi rotor. Dua belitan lainnya berada di bawah.

Mereka dikonfigurasi 90 derajat dari satu sama lainnya. Rotor rumah koil, yang

merupakan gulungan sekunder transformator berputar, dan lilitan primer terpisah

dalam sebuah laminasi, menarik dua gulungan fasa pada stator.

Gulungan utama transformator ke stator akan tertarik oleh arus listrik sinusoidal,

yang di induksi oleh elektromagnetik dan menginduksi arus pada rotor. Saat ini

lilitan disusun pada sumbu resolver, arus yang sama diinduksi tidak peduli apapun

posisinya. Arus mengalir berkelok-kelok pada rotor, lalu arus menginduksi belitan

- 57 -

sekunder, setelah itu ke gulungan dua fase dan kembali ke stator. Kedua dua fasa

belitan, tetap di sebelah kanan (90°) sudut satu sama lain pada stator, dan

menghasilkan umpan balik sinus dan kosinus. Besarnya relatif dari dua-fasa

tegangan diukur dan digunakan untuk menentukan sudut rotor relatif ke stator.

Setelah satu revolusi penuh, sinyal-sinyal umpan balik mengulangi bentuk gelombang

mereka. Perangkat ini juga dapat muncul dalam jenis non-brushless, yaitu hanya

terdiri dalam dua tumpukan laminasi, rotor dan stator.

Untuk evaluasi posisi, kita dapat menggunakan resolver-to-Digital Converter , yang

mengubah sinyal sinus dan kosinus untuk sinyal biner (10 sampai 16 bit lebar).

Resolver resolver dasar adalah dua-kutub, yang berarti bahwa informasi sudut

adalah sudut mekanis stator. Perangkat ini dapat memberikan posisi sudut mutlak.

jenis lain adalah resolver resolver multipole. Mereka memiliki kutub * 2 p, dan

dengan demikian dapat memberikan siklus p di salah satu putaran dari rotor: listrik

sudut sudut mekanik = * p. dimana p adalah pasangan tiang. Beberapa jenis

resolver termasuk pada resolver jenis ini, dengan gulungan 2-pole digunakan untuk

posisi mutlak dan gulungan multipole untuk posisi yang akurat. resolvers dua-kutub

biasanya bisa mencapai akurasi sudut sampai sekitar + -5 derajat, sedangkan

multipole resolver dapat memberikan tingkat akurasi yang lebih baik, sampai

dengan 10 derajat untuk resolvers 16-tiang. Bahkan dapat mencapai 1derajat untuk

resolvers 128-tiang.

Resolvers multipole dapat juga digunakan untuk memantau motor listrik multipole.

Perangkat ini dapat digunakan dalam setiap aplikasi di mana rotasi yang tepat

dari suatu objek relatif terhadap objek lain diperlukan, misalnya di dalam rotary

antena platform atau robot. Dalam prakteknya, resolver biasanya langsung

dipasang ke motor listrik. Resolver sinyal umpan balik yang biasanya dimonitor untuk

beberapa revolusi oleh perangkat lain. Hal ini memungkinkan untuk pengurangan

diarahkan dari majelis yang diputar dan meningkatkan akurasi dari sistem resolver.

Karena daya yang dipasok ke resolver tidak menghasilkan pekerjaan yang

sebenarnya, tegangan yang digunakan biasanya rendah (<24 VAC) untuk semua

resolver. Resolver dirancang untuk penggunaan terestrial cenderung didorong di 50-

60) Hz listrik utama (frekuensi, sedangkan untuk atau penerbangan penggunaan

marin cenderung beroperasi pada 400 Hz (frekuensi-board generator digerakkan

oleh mesin). Kontrol sistem cenderung menggunakan frekuensi yang lebih tinggi (5

kHz).

- 58 -

Jenis lain dari Resolver

Penerima resolver. Resolvers ini digunakan dengan cara yang berlawanan

dengan resolver pemancar (tipe yang diuraikan di atas). Dua gulungan

diphased adalah energi, rasio antara sinus dan kosinus mewakili sudut listrik.

Sistem ini memutar rotor untuk mendapatkan tegangan nol pada rotor

belitan. Pada posisi ini, sudut mekanik rotor sama dengan sudut listrik

diterapkan pada stator.

Diferensial resolver. Jenis ini menggabungkan dua gulungan primer

diphased di salah satu tumpukan lembaran, sebagai dengan penerima, dan

dua diphased windings sekunder yang lain. Hubungan dari sudut listrik

disampaikan oleh dua gulungan sekunder dan sudut lainnya adalah sudut

listrik sekunder, sudut mekanik, dan sudut listrik primer. Jenis digunakan,

misalnya, sebagai fungsi trigonometri kalkulator analog.

Kelebihan Resolver

Dapat menghitung putaran motor secara presisi.

Dapat mensensor posisi rotor dengan sudut yang sangat kecil.

Kelemahan Resolver

Pemasangannya agak sulit

Desainnya lumayan rumit.

Contoh – Contoh Penggunaan Resolver Sensor

Resolver Brushless Integral Resolver

- 59 -


Oscilloscope

Encoder Resolver Modul Resolver

Function Generator

- 60 -

3 Motor AC Asinkron

Pengertian

Motor induksi adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi energy

mekanik. Listrik yang diubah adalah listrik 3 phasa. Motor induksi sering juga disebut

motor tidak serempak atau motor asinkron. Disebut motor Asinkron karena putaran

motor tidak sama dengan putaran fluks magnet stator, atau dengan kata lain bahwa

antara rotor dengan fluks magnet stator terdapat selisih perputaran yang disebut

slip.

Motor asinkron merupakan motor yag paling banyak

digunakan di dalam perusahaan karena sederhana, kuat,

dan murah pembuatannya. pemanfaatan energi dari stator

ke rotor dengan elektromagnet.

Motor asinkron 3-fasa ada 2 macam, yaitu motor asinkron

belitan dan motor asinkron rotor sangkar. Motor asinkron

rotor sangkar mempunyai bagian-bagian stator (bagian

yang diam) dan rotor (bagian yang berputar). Stator terdiri dari rumah motor

(enclosure). Pada bagian dalam terdapat inti stator yang berupa laminasi pelat-

pelat baja tipis terisolasi satu sama lain, slot belitan stator (alur) yaitu tempat

menempatkan belitan pada stator .

Pada bagian luar stator sirip pendingin motor, yang berguna untuk membuang

panas yang berasal dari rugi-rugi pada motor, juga terdapat terminal motor di

mana hubungan ke rangkaian luar motor dilakukan. Pada bagian lain terdapat

papan nama (name plate) motor, berisi data motor yang meliputi tegangan, arus,

frekuensi kerja serta jumlah fasa, kelas isolasi, hubungan belitan dan lain-lain.

Bantalan dan as terdapat pada sumbu motor dan merupakan pertemuan bagian

stator dan rotor.

- 61 -

Rotor terdiri dari suatu massa inti rotor dengan batang-batang Al atau Cu

yang merupakan belitan rotor yang dihubung singkat dengan suatu ring pada kedua

ujung sisi rotor. Rotor menyatu konstruksi dengan as motor. Pada ujung as sebelah

lain sisi beban, sering dipasang sudut-sudut fan pendingin yang ikut berputar

dengan putaran as- rotor.

Komponen Utama Motor AC Asinkron

Gambar 1. Komponen utama motor AC asinkron

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

belitan stator, bearing, dan terminal box.

Gambar 2. Rotor

- 62 -

Ciri-ciri Stator:

Konstruksi statornya belapis-lapis dan mempunyai alur untuk melilitkan

kumparan.

Stator mempunyai tiga buah kumparan, ujung-ujung belitan kumparan

dihubungkan melalui terminal untuk memudahkan penyambungan dengan

sumber tegangan.

Masing-masing kumparan stator mempunyai beberapa buah kutub, jumlah

kutub ini menentukan kecepatan motor tersebut.

Semakin banyak jumlah kutubnya maka putaran yang terjadi semakin rendah.

Rotor. Rotor adalah bagian motor yang berputar, terdiri atas rotor sangkar, dan

poros rotor.

Gambar 3. Rotor

Prinsip Kerja

Prinsip kerja motor induksi dapat dilihat seperti pada Gambar 4.

Gambar 4. Prinsip kerja

Ketika tegangan phasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub S (south =

selatan), garis-garis gaya mahnet mengalir melalui stator, sedangkan dua kutub

- 63 -

lainnya adalah N (north = utara) untuk phasa V dan phasa W. Kompas akan saling

tarik-menarik dengan kutub S.

Berikutnya kutub S pindah ke phasa V, kompas berputar 120°, dilanjutkan kutub S

pindah ke phasa W, sehingga pada belitan stator timbul medan magnet putar.

Buktinya kompas akan memutar lagi menjadi 240°. Kejadian berlangsung silih

berganti membentuk medan magnet putar sehingga kompas berputar dalam satu

putaran penuh, proses ini berlangsung terus menerus. Dalam motor induksi kompas

digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya. Karena ada

perbedaan putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, maka disebut

motor induksi tidak serempak atau motor asinkron.

Susunan belitan stator motor induksi dengan dua kutub, memiliki tiga belitan yang

masing-masing berbeda sudut 120°. Ujung belitan phasa pertama U1-U2, belitan

phasa kedua V1-V2 dan belitan phasa ketiga W1-W2.

Prinsip kerja motor induksi dijelaskan dengan gelombang sinusoidal Gambar di

bawah, terbentuknya medan putar pada stator motor induksi. Tampak stator dengan

dua kutub, dapat diterangkan dengan empat kondisi.

Gambar 5. Stator dua kutub dengan 4 kondisi

1. Saat sudut 0°.

Arus I1 bernilai positip dan arus I2 dan arus I3 bernilai negatif dalam hal

ini belitan V2, U1 dan W2 bertanda silang (arus meninggalkan

- 64 -

pembaca), dan belitan V1, U2 dan W1 bertanda titik (arus listrik menuju

pembaca). Terbentuk fluk magnet pada garis horizontal sudut 0°. Kutub S

(south = selatan) dan kutub N (north = utara).

2. Saat sudut 120°.

Arus I2 bernilai positip sedangkan arus I1 dan arus I3 bernilai negatif,

dalam hal ini belitan W2, V1, dan U2 bertanda silang (arus

meninggalkan pembaca), dan kawat W1, V2, dan U1 bertanda titik (arus

menuju pembaca). Garis fluk magnit kutub S dan N bergeser 120° dari

posisi awal.


Arus I3 bernilai positip dan I1 dan I2 bernilai negatip, belitan U2, W1,

dan V2 bertanda silang (arus meninggalkan pembaca), dan kawat U1,

W2, dan V1 bertanda titik (arus menuju pembaca). Garis fluk magnit

kutub S dan N bergeser 120° dari posisi kedua.


Posisi ini sama dengan saat sudut 0°, di mana kutub S dan N kembali

keposisi awal sekali. Dari keempat kondisi di atas saat sudut 0°, 120°,

240°, dan 360°, dapat dijelaskan terbentuknya medan putar pada

stator, medan magnet putar stator akan memotong belitan rotor.

Kecepatan medan putar stator ini sering disebut kecepatan sinkron, tidak

dapat diamati dengan alat ukur tetapi dapat dihitung secara teoritis

besarnya :

putaran per menit.

Rotor ditempatkan di dalam rongga stator, sehingga garis medan magnet putar

stator akan memotong belitan rotor. Rotor motor induksi adalah beberapa batang

penghantar yang ujung-ujungnya dihubungsingkatkan menyerupai sangkar tupai,

maka sering disebut rotor sangkar tupai (Gambar 6), kejadian ini mengakibatkan

pada rotor timbul induksi elektromagnetis. Medan magnet putar dari stator saling

- 65 -

berinteraksi dengan medan magnet rotor, terjadilah torsi putar yang berakibat rotor

berputar.

Gambar 6. Rotor sangkar tupai

Kecepatan medan magnet putar pada stator:

Rpm

Ns = kecepatan sinkron medan stator (rpm) slip = selisih kecepatan stator

dan rotor

f = frekuensi (Hz)

nr = kecepatan poros rotor (rpm)

Keuntungan dan Kerugian Motor Asinkron

Keuntungan

Mempunyai konstruksi yang sederhana. Relatif lebih murah harganya

bila dibandingkan dengan jenis motor yang lainnya.

Menghasilkan putaran yang konstan.

Mudah perawatannya.

Untuk pengasutan tidak memerlukan motor lain sebagai penggerak

mula.

Tidak membutuhkan sikat-sikat, sehingga rugi gesekan bisa dikurangi.

Kerugian

Putarannya sulit diatur.

- 66 -

Arus asut yang cukup tinggi, berkisar antara 5 s/d 6 kali arus nominal

motor.

Pengasutan Motor Asinkron

Saat motor induksi distarting secara langsung, arus awal motor besarnya antara

500% sd 700% dari arus nominal. Ini akan menyebabkan drop tegangan yang

besar pada pasokan tegangan PLN. Untuk motor daya kecil sampai 5 kW, arus

starting tidak berpengaruh besar terhadap drop tegangan. Pada motor dengan

daya di atas 30 kW sampai dengan 100 kW akan menyebabkan drop tegangan

yang besar dan menurunkan kualitas listrik dan pengaruhnya pada penerangan

yang berkedip.

Pengasutan motor induksi adalah cara menjalankan pertama kali motor, tujuannya

agar arus starting kecil dan drop tegangan masih dalam batas toleransi. Ada

beberapa cara teknik pengasutan, di antaranya:

1. Hubungan langsung (Direct On Line = DOL)

2. Tahanan depan Stator (Primary Resistor)

3. Transformator

4. Segitiga-Bintang (Start-Delta)

5. Pengasutan Soft starting

6. Tahanan Rotor lilit

Aplikasi Motor Asinkron

Motor Ac Asinkron banyak diaplikasikan dalm berbagai bidang, seperti pada

bidang industry, rumahtangga, dll.

Windmill Mesin Cuci

- 67 -


Mesin Potong Mesin Pemotong Rumput

Modul Asinkron Voltmeter A

- 68 -

Amperemeter B

DC Motor Supply

Oscilloscope

- 69 -

Motor Control Unit 3-Phase Power Supply

- 70 -

4 Motor Sinkron

Pengertian Motor Sinkron

Motor Sinkron adalah motor AC tiga-fasa yang dijalankan pada kecepatan sinkron,

tanpa slip. Motor Sinkron adalah mesin sinkron yang digunakan untuk mengubah

energi listrik menjadi energi mekanika.

Motor sinkron adalah motor AC, yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistem

frekuensi tertentu. Motor ini memerlukan arus DC untuk pembangkitan daya dan

memiliki torsi awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk

penggunaan awal untuk beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan

frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu memperbaiki faktor daya

sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang menggunakan banyak listrik.

Mesin sinkron mempunyai kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan

pada rotor. Kumparan jangkarnya berbentuk sama dengan mesin induksi,

sedangkan kumparan medan mesin sinkron dapat berbentuk kutub sepatu (salient)

atau kutub dengan celah udara sama rata (rotor silinder). Arus searah (DC) untuk

menghasilkan fluks pada kumparan medan dialirkan ke rotor melalui cincin dan sikat.

Perbedaan Motor Induksi (Asinkron) & Motor Sinkron

Motor induksi (Asinkron):

Motor induksi adalah yang paling populer di industri karena kehandalan dan

lebih mudah dalam perawatannya.

Motor induksi AC cukup murah dan juga memberikan rasio daya yang cukup

tinggi

Konstruksi dan pemeliharaan yang sederhana

Faktor daya relatif rendah dan efisiens

Motor sinkron:

Pada Motor sinkron sangat menarik untuk drive kecepatan rendah

- 71 -

Faktor daya selalu dapat menyesuaikan hingga 1,0 dengan efisiensi tinggi

Dapat meningkatkan faktor daya

Dapat dirancang untuk memberikan torsi awal yang lebih tinggi

Bagian Dasar dari Motor Sinkron

Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dan motor induksi adalah

bahwa rotor mesin sinkron berjalan j pada kecepatan putar yang sama

dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan

magnet rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus

DC excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila di

hadapkan pada medan magnet lainnya.

Stator. Menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan

frekuensi yang dipasok. Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang

diberikan oleh persamaan berikut;

Di mana;

F = frekuensi

P = jumlah kutub

Karakteristik Motor Sinkron

Gambar 1. Motor sinkron

Sinkron motor ac digunakan untuk mengubah tenaga listrik menjadi tenaga

mekanik.

Rotasi dari sinkron motor dibentuk oleh rangkaian fase dari tiga fasa AC

yang diterapkan ke stator motor. Seperti dengan tiga fase motor induksi,

rotasi sinkron motor dapat berubah dengan membalik tiap dua stator

penunjuk.

- 72 -

Polaritas rotor tidak berpengaruh pada rotasi.

Sinkron motor seringkali langsung digabungkan ke beban dan dapat

berbagi sebuah poros bersama dan bantalan dengan beban.

Sinkron motor yang besar biasanya dimulai sebagai across the line.

Kadang-kadang, metode mengurangi tegangan, seperti autotransformer

atau bagian yang berliku dapat digunakan.Sebuah motor sinkron, seperti

namanya, berjalan pada kondisi stabil pada kecepatan tetap disebut

kecepatan sinkron.

Kecepatan sinkron bergantung pada (a) frekuensi tegangan dan (b) jumlah

kutub dalam mesin. Dengan kata lain, kecepatan motor sinkron independen

dari beban selama beban dalam kemampuan motor.

Jika beban melebihi torsi maksimum yang dapat dikembangkan oleh motor,

motor berhenti dan torsi rata-rata yang dikembangkan adalah nol.

Kebanyakan motor sinkron memiliki nilai antara 150 kW (200 hp) dan 15

MW (20,000 hp) dan kecepatan berkisar 150-1.800 r / min. Akibatnya,

mesin-mesin ini digunakan dalam industri berat.

Motor sinkron dibangun di unit besar dibandingkan dengan motor induksi

(motor induksi lebih murah untuk peringkat yang lebih kecil) dan digunakan

untuk industri kecepatan konstan

Prinsip Kerja Motor Sinkron

Apabila kumparan jangkar (pada stator) dihubungkan dengan sumber tegangan

tiga fasa maka akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga fasa pada

kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen (BS). Berbeda dengan

motor induksi, motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal yang

dihubungkan ke rangkaian rotor melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor ini

menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang tetap. Kutub medan rotor mendapat

tarikan dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan

yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron merupakan fungsi sudut torsi

( ). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet, maka torsi yang dihasilkan

akan semakin besar

Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu kumparan

medan ( = 0). Setiap penambahan beban membuat medan motor “tertinggal”

- 73 -

dari medan stator, berbentuk sudut kopel ( ); untuk kemudian berputar dengan

kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika = 90o.

Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor

disebut kehilangan sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua

sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah

(DC) pada rotor, maka ketika arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan

fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus

magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika

arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), stator akan menarik arus

magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya terbelakang

(lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor belebih (penguat berlebih),

kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang

bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada faktor daya

mendahului (leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur

dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF)

Kurva Karakteristik Torsi-Kecepatan Motor Sinkron

Motor sinkron pada dasarnya merupakan alat yang menyuplai tenaga ke beban

pada kecepatan konstan. Kecepatan putaran motor adalah terkunci pada frekuensi

listrik yang diterapkan, oleh karena itu kecepatan motor adalah konstan pada

beban bagaimanapun. Kecepatan motor yang tetap ini dari kondisi tanpa beban

sampai torsi maksimum yang bisa disuplai motor disebut torsi pullout. Bentuk

karakteristik torsi terhadap kecepatan ini diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Torsi maksimum motor terjadi ketika = 90°. Umumnya torsi maksimum

motor sinkron adalah tiga kali torsi beban penuhnya. Ketika torsi pada motor sinkron

melebihi torsi maksimum maka motor akan kehilangan sinkronisasi.

Pengaruh Perubahan Beban pada Motor Sinkron

Jika beban dihubungkan pada motor sinkron, maka motor akan membangkitkan torsi

yang cukup untuk menjaga motor dan bebannya berputar pada kecepatan sinkron.

Misal mula-mula motor sinkron beroperasi pada faktor daya mendahului (leading).

Jika beban pada motor dinaikkan, putaran rotor pada asalnya akan melambat.

Ketika hal ini terjadi, maka sudut torsi menjadi lebih besar dan torsi induksi akan

- 74 -

naik. Kenaikan torsi induksi akan menambah kecepatan rotor, dan motor akan

kembali berputar pada kecepatan sinkron tapi dengan sudut torsi yang lebih

besar.

Pengaruh Pengubahan Arus Medan pada Motor Sinkron

Kenaikan arus medan IF menyebabkan kenaikan besar Ea tetapi tidak

mempengaruhi daya real yang disuplai motor. Daya yang disuplai motor berubah

hanya ketika torsi beban berubah. Oleh karena perubahan arus medan tidak

mempengaruhi kecepatan dan beban yang dipasang pada motor tidak berubah

sehingga daya real yang disuplai motor tidak berubah, dan tegangan fasa sumber

juga konstan, maka jarak daya pada diagram fasor (Ea.sin dan Ia.cos ) juga

harus konstan. Ketika arus medan dinaikan, maka Ea naik, tetapi ia hanya bergeser

di sepanjang garis dengan daya konstan.

Ketika nilai Ea naik, besar arus Ia mula-mula turun dan kemudian naik lagi.

Pada nila Ea rendah, arus jangkar Ia adalah lagging dan motor bersifat induktif. Ia

bertindak seperti kombinasi resitor-induktor dan menyerap daya reaktif Q. Ketika

arus medan dinaikkan, arus jangkar menjadi kecil dan pada akhirnya menjadi

segaris (sefasa) dengan tegangan. Pada kondisi ini motor bersifat resistif murni.

Ketika arus medan dinaikkan lebih jauh, maka arus jangkar akan menjadi

mendahului (leading) dan motor menjadi beban kapasitif. Ia bertindak seperti

kombinasi resistor-kapasitor menyerap daya reaktif negatif –Q (menyuplai daya

reaktif Q ke sistem). Hubungan antara arus jangkar Ia dengan arus medan IF untuk

satu beban (P) yang tetap akan merupakan kurva yang berbentuk V

Arus jangkar minimum terjadi pada faktor daya satu dimana hanya daya

real yang disuplai ke motor. Pada titik lain, daya reaktif disuplai ke atau dari motor.

Untuk arus medan lebih rendah dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus

jangkar akan tertinggal (lagging) dan menyerap Q. Oleh karena arus medan pada

kondisi ini adalah kecil, maka motor dikatakan under excitation. Untuk arus medan

lebih besar dari nilai yang menyebabkan Ia minimum, maka arus jangkar akan

mendahului (leading) dan menyuplai Q. Kondisi ini disebut over excitation.

- 75 -

Kondensor Sinkron

Telah diterangkan sebelumnya bahwa apabila motor sinkron diberi penguatan

berlebih, maka untuk mengkompensasi kelebihan fluks, dari jala-jala akan ditarik

arus kapasitif. Karena itu motor sinkron (tanpa beban) yang diberi penguat berlebih

akan berfungsi sebagai kapasitor dan mempunyai kemampuan untuk memperbaiki

faktor daya. Motor sinkron demikian disebut kondensor sinkron.

Starting Motor Sinkron

Pada saat start (tegangan dihubungkan ke kumparan stator) kondisi motor adalah

diam dan medan rotor BR juga stasioner, medan magnet stator mulai berputar pada

kecepatan sinkron. Saat t = 0, BR dan BS adalah segaris, maka torsi induksi pada

rotor adalah nol. Kemudian saat t = ¼ siklus rotor belum bergerak dan medan

magnet stator ke arah kiri menghasilkan torsi induksi pada rotor berlawanan arah

jarum jam. Selanjutnya pada t = ½ siklus BR dan BS berlawanan arah dan torsi

induksi pada kondisi ini adalah nol. Pada t = ¾ siklus medan magnet stator ke arah

kanan menghasilkan torsi searah jarum jam. Demikian seterusnya pada t = 1 siklus

medan magnet stator kembali segaris dengan medan magnet rotor.

Selama satu siklus elektrik dihasilkan torsi pertama berlawanan jarum jam

kemudian searah jarum jam, sehingga torsi rata-rata pada satu siklus adalah nol. Ini

menyebabkan motor bergetar pada setiap siklus dan mengalami pemanasan lebih.

Tiga pendekatan dasar yang dapat digunakan untuk men-start motor sinkron

dengan aman adalah:

Mengurangi kecepatan medan magnet stator pada nilai yang rendah

sehingga rotor dapat mengikuti dan menguncinya pada setengah siklus

putaran medan magnet. Hal ini dapat dilakukan dengan mengurangi

frekuensi tegangan yang diterapkan.

Menggunakan penggerak mula eksternal untuk mengakselarasikan motor

sinkron hingga mencapai kecepatan sinkron, kemudian penggerak mula

dimatikan (dilepaskan).

Menggunakan kumparan peredam (damper winding) atau dengan membuat

kumparan rotor motor sinkron seperti kumparan rotor belitan pada motor

induksi (hanya saat start).

- 76 -

Gambar 2. Rotor motor sinkron

Sumber tegangan tiga fasa akan mengalir arus tiga fasa pada kumparan. Arus tiga

fasa pada kumparan jangkar ini menghasilkan medan putar homogen (BS). Berbeda

dengan motor induksi, motor sinkron mendapat eksitasi dari sumber DC eksternal

yang dihubungkan ke rangkaian rotor melalui slip ring dan sikat. Arus DC pada rotor

ini menghasilkan medan magnet rotor (BR) yang tetap. Kutub medan rotor mendapat

tarikan dari Gambar 2.1 memperlihatkan keadaan terjadinya torsi pada motor

sinkron. Keadaan ini dapat dijelaskan sebagai berikut: apabila kumparan jangkar

(pada stator) dihubungkan dengan kutub medan putar stator hingga turut berputar

dengan kecepatan yang sama (sinkron). Torsi yang dihasilkan motor sinkron

merupakan fungsi sudut torsi ( ). Semakin besar sudut antara kedua medan magnet,

maka torsi yang dihasilkan akan semakin besar seperti persamaan di bawah ini.

T = k .BR .Bnet sin (2.1)

Pada beban nol, sumbu kutub medan putar berimpit dengan sumbu

kumparan medan ( = 0). Setiap penambahan beban membuat medan motor

“tertinggal” dari medan stator, berbentuk sudut kopel ( ); untuk kemudian berputar

dengan kecepatan yang sama lagi. Beban maksimum tercapai ketika = 90o.

Penambahan beban lebih lanjut mengakibatkan hilangnya kekuatan torsi dan motor

disebut kehilangan sinkronisasi. Oleh karena pada motor sinkron terdapat dua

sumber pembangkit fluks yaitu arus bolak-balik (AC) pada stator dan arus searah

(DC) pada rotor, maka ketika arus medan pada rotor cukup untuk membangkitkan

fluks (ggm) yang diperlukan motor, maka stator tidak perlu memberikan arus

magnetisasi atau daya reaktif dan motor bekerja pada faktor daya = 1,0. Ketika

arus medan pada rotor kurang (penguat bekurang), stator akan menarik arus

magnetisasi dari jala-jala, sehingga motor bekerja pada faktor daya terbelakang

- 77 -

(lagging). Sebaliknya bila arus pada medan rotor belebih (penguat berlebih),

kelebihan fluks (ggm) ini harus diimbangi, dan stator akan menarik arus yang

bersifat kapasitif dari jala-jala, dan karenanya motor bekerja pada faktor daya

mendahului (leading). Dengan demikian, faktor daya motor sinkron dapat diatur

dengan mengubah-ubah harga arus medan (IF).

Metode Excitation

Dua metode yang umumnya digunakan untuk aplikasi dari medan arus DC ke

rotor synchronous motor.

Sistem tipe brush menerapkan output dari suatu generator DC yang terpisah

(Exciter) ke cincin slip dari rotor.

Sistem brushless excitation memanfaatkan suatu integral exciter dan

perakitan penyearah yang berputar yang menghilangkan kebutuhan akan

brushes.

Gambar 3. Sistem brushless excitation

- 78 -

Prinsip Brushless-Excitation

Gambar 4. Prinsip brushless excitation

Metode eksitasi ini menghilangkan kebutuhan akan brushes atau sikat, baik di

exciter dan motor.

Ketika motor mulai dinyalakan (Std Device #52), mesin breaker menutup dan

menerapkan sistem AC tiga fasa ke gulungan stator motor. Motor dimulai

sebagai motor induksi menggunakan Amortisseur winding pada rotor.

Mesin breaker 52a membantu kontak juga menutup dan menerapkan output

DC dari solid-state control bidang ke stasioner exciter yang berliku. Sebuah

sistem tiga fasa AC diinduksi ke dalam gulungan rotor exciter dan tegangan

induksi ini disearahkan oleh penyearah putaran.

Ketika rotor mendekati tegangan sinkron, aplikasi SCR (Synchronizing Control

Package) dan rectifier DC diterapkan pada synchronous motor. Lihat skema

di halaman berikutnya untuk tambahan rincian.

- 79 -

Prinsip Sikronisasi

Field Application Circuit dalam suatu sistem eksitasi motor sinkron harus memenuhi

tiga fungsi:

Menyediakan jalur bebas untuk arus yang diinduksi ke wound rotor selama

proses awal dan membuka sirkit ini ketika eksitasi diterapkan. Selama proses

awal, motor beroperasi sebagai motor induksi dengan torsi yang diproduksi

oleh squirrel cage winding. Wound rotor juga dipotong oleh fluks stator

berputar dan memiliki tegangan yang terinduksi di dalamnya. Selama fase

start-up ini, SCR2 dalam diagram di atas merupakan gerbang “on” oleh

Field Application Circuit dan menyediakan jalur bebas untuk arus rotor

induksi yang melalui Field Discharge Resistor (FDR) seperti yang ditunjukkan

oleh panah merah putus-putus. Frekuensi arus rotor yang diinduksi ini

“memberitahu” rangkaian aplikasi bahwa kecepatan yang ada pada rotor

sedang berjalan. Lihat bentuk gelombang pada oscilloscope di bawah.

Ketika kecepatan rotor mencapai sekitar 97% dari sinkronisasi dan polaritas

rotor telah mencapai sinkronisasi, SCR2 akan berubah menjadi “off” dan

SCR1 merupakan gerbang “on” memungkinkan koreksi arus DC dari putaran

rectifier tiga fasa ke melewati bidang putaran, seperti yang ditunjukkan oleh

panah hijau, menghasilkan Synchronizing Torque yang diperlukan untuk rotor

untuk menarik dengan putaran fluks stator.

- 80 -

Field Application Circuit harus menghapus eksitasi segera jika motor di luar

kendali.

Salient-Pole Synchronous Motor

Motor sinkron dengan bentuk kutub salient (kutub sepatu/menonjol).

Gambar 5. Rotor jenis kutub salient

Rotor

Bentuk dan macam rotor.

Gambar 6. Bentuk dan macam rotor

- 81 -

Salient Motor Machine

Gambar 7. Rotating stator magnetic field (medan magnet stator putar)

Keuntungan dari Motor Sinkron

Pengaturan ketepatan kecepatan membuat synchronous motor sebagai

pilihan ideal untuk proses industri tertentu dan sebagai penggerak utama

generator.

Synchronous motor memiliki kecepatan atau karakterisik torsi yang cocok

untuk penggerak langsung dari mesin bertenaga kuda yang besar, beban

RPM rendah seperti kompresor maju-mundur.

- 82 -

Synchronous motor beroperasi pada faktor daya yang ditingkatkan, dengan

demikian dapat meningkatkan faktor daya sistem secara keseluruhan dan

menghilangkan atau mengurangi utilitas faktor daya.

Peningkatan faktor daya juga mengurangi dropnya tegangan sistem dan

dropnya tegangan pada terminal motor.

Metode Pengereman (Braking) Motor Sinkron

• Karena inersia dari rotor dan beban, SM yang besar dapat memakan waktu

beberapa jam untuk berhenti setelah putus dari baris. Untuk mengurangi waktu,

metode pengereman berikut dapat digunakan:

– Menjaga DC eksitasi penuh dengan angker hubungan arus pendek.

– Menjaga DC eksitasi penuh dengan angker terhubung ke tiga resistor eksternal.

– Terapkan mekanis pengereman.

• Dalam metode 1 dan 2, motor melambat karena berfungsi sebagai generator,

sehingga menghilangkan energi didalam elemen resistif dari rangkaian.

• Pengereman mekanik biasanya diterapkan pada saat motor telah mencapai

setengah kecepatan atau kurang. Kecepatan yang lebih rendah bisa mengurangi

pemakaian sepatu rem.

- 83 -

5 Motor Stepper

Motor stepper adalah motor yang mengubah pulsa-pulsa listrik yang diberikan

menjadi gerakan-gerakan diskrit rotor yang disebut langkah (steps). Nilai rating dari

suatu motor stepper diberikan dalam langkah per putaran (steps per revolution).

Setiap motor stepper mampu berputar untuk setiap stepnya dalam satuan sudut

(0.75, 0.9, 1.8), makin keil sudut per step-nya maka gerakan per step-nya motor

stepper tersebut makin presisi. Motor stepper umumnya mempunyai kecepatan dan

[torsi] yang rendah.

Motor stepper bekerja berdasarkan pulsa-pulsa yang diberikan pada lilitan

fasanya dalam urut-urutan yang tepat. Selain itu, pulsa-pulsa itu harus juga

menyediakan arus yang cukup besar pada lilitan fasa tersebut. Karena itu untuk

pengoperasian motor stepper pertama-tama harus mendesain suatu sequencer logic

untuk menentukan urutan pencatuan lilitan fasa motor dan kemudian menggunkan

suatu penggerak (driver) untuk menyediakan arus yang dibutuhkan oleh lilitan fasa

Elemen-elemen berikut menentukan karakteristik suatu motor stepper:

Tegangan. Motor stepper biasanya mempunyai tegangan nominal.Tegangan

yang diberikan kadang-kadang melebihi tegangan nominal untuk

mendapatkan torsi yang dibutuhkan, tetapi dapat menyebabkan panas

berlebih dan mempersingkat usia motor.

Hambatan. Karakteristik lainnya adalah hambatan-per-lilitan. Hambatan ini

akan menentukan arus yang ditarik oleh motor, dan juga memengaruhi kurva

torsi dan kecepatan kerja maksimum motor.

Derajat per langkah (step angle). Faktor ini menentukan berapa derajat

poros akan berputar untuk setiap langkah penuh (full step). Operasi setengah

langkah (half step) akan melipat-gandakan jumlah langkah-per-revolusi, dan

mengurangi derajat-per-langkahnya. Derajat-per-langkah sering disebut

sebagai resolusi motor.

- 84 -

Aplikasi Motor Stepper

Di dalam kehidupan, aplikasi yang menggunakan motor dapat di bagi menjadi

beberapa bagian menurut fungsi kerjanya, salah satunya adalah yang mempunyai

operasi linear dan mereka yang mempunyai operasi hal pemutaran.

Berikut ini adalah salah satu contoh penggunaan motor yang hanya dapat dilakukan

oleh motor stepper jenis ini, yaitu dengan operasi linear dengan operasi hal

pemutaran. Beberapa contoh lain dalam aplikasinya yaitu terhadap alat pemilihan

makanan dan di susun secara tepat dan rapih. Maka dalam aplikasinya harus

menggunakan motor yang tepat dan terpenuhi dalam kecepatan dan memposisikan

ketepatan pada setiap pengerjaannya.

Gambar 1. Contoh penggunaan motor stepper

Aplikasi motor stepper dengan ketilitian dan memposisikan suatu jalur ulir sekrup.

Gambar 2. Aplikasi motor stepper dengan jalur sekrup

Pemindahan jarak yang di inginkan dan bergeraknya berdasarkan jumlah satuan

terhadap jalur ulir sekrup yang di tempuh, sehingga poin-poin yang penting adalah

resolusi dan melangkah dengan tepat.

- 85 -

Motor stepper juga banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang biasanya cukup

menggunakan torsi yang kecil, seperti :

1. Ink-jet printer:

2. Floppy drive:

3. Panel display:

Kelebihan dan Kekurangan Motor Stepper

Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan

penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya adalah:

Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah

diatur.

Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak.

Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi.

- 86 -

Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik.

Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor

seperti pada motor DC.

Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat

dikopel langsung ke porosnya.

Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada

range yang luas.

Kelemahan Motor Stepper:

Akan slip jika start up awal menggunakan frekuensi yang tinggi.

Membutuhkan rangkaian pengontrol yang agak rumit.

Tipe-tipe Motor Stepper

Pada dasaranya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu:

a. Motor stepper tipe Variable Reluctance (VR)

Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara

struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak

dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi

dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika

gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator.

Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance

(VR):

Gambar 3. Motor stepper tipe variable reluctance

- 87 -

b. Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)

Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can)

yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang

berlawanan (perhatikan Gambar 4). Dengan adanya magnet permanen, maka

intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat

menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi

langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48

hingga 24 langkah setiap putarannya.

Gambar 4. Motor stepper tipe Permanent Magnet

c. Motor stepper tipe Hybrid (HB)

Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua

tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi seperti pada

motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada

batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan

dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat

menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per

langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya.

- 88 -

Gambar 5. Motor stepper tipe hibrid

Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat

dibagi menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper

unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor

setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan

menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground)

pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu

dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan.

Gambar 6. Motor stepper dengan lilitan unipolar

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-

ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B)

harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan

sebaliknya (perhatikan Gambar 7). Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali

yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar.

- 89 -

Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper

unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.

Gambar 7. Motor stepper dengan lilitan bipolar

- 90 -

Perbedaan Motor Bipolar dan Motor Uniporal

Motor Bipolar

Arus pada koil dapat berbolak balik untuk mengubah arah putar motor

Lilitan motor hanya satu dan dialiri arus dengan arah bolak-balik

Motor Unipolar

Arus mengalir satu arah , dan perubahan arah putar motor tergantung dari

lilitan (koil) yang dialiri arus

Lilitan terpisah dalam 2 bagian dan masing-masing bagian hanya dilewati

arus dalam satu arah saja.

Gambar 8. Perbedaan motor stepper unipolar dan bipolar

Kelemahan jenis Bipolar adalah bahwa rangkaian drivernya lebih kompleks, karena

harus dapat mengalirkan arus dalam 2 arah (bolak-balik) lewat koil yang sama.

Sedangkan jenis Unipolar, selain motor stepper tersebut lebih mudah diperoleh di

pasaran juga memerlukan rangkaian driver yang lebih sederhana.

Cara Kerja Motor Stepper

Dalam hal kecepatan, kecepatan motor stepper cukup cepat jika dibandingkan

dengan motor DC. Motor stepper merupakan motor DC yang tidak memiliki

komutator. Pada umumnya motor stepper hanya mempunyai kumparan pada

statornya sedangkan pada bagian rotornya merupakan magnet permanent. Dengan

model motor seperti ini maka motor stepper dapat diatur posisinya pada posisi

tertentu dan atau berputar ke arah yang diinginkan, searah jarum jam (CW = Clock

Wise) atau sebaliknya.

- 91 -

Gambar 9. Cara kerja motor stepper

Kecepatan motor stepper pada dasarnya ditentukan oleh kecepatan pemberian

data pada komutatornya. Semakin cepat data yang diberikan maka motor stepper

akan semakin cepat pula berputarnya. Pada kebanyakan motor stepper

kecepatannya dapat diatur dalam daerah frekuensi audio dan akan menghasilkan

putaran yang cukup cepat.

Stator terdiri dari beberapa kutub, makin banyak kutub makin sulit konstruksinya.

Setiap kutub memilki lilitan yang menghasilkan medan magnet yang akan

menggerakkan rotor. Pemberian arus yang berurutan pada kutub-kutubnya

menyebabkan medan magnet berputar yang akan menarik rotor ikut berputar.

Untuk mengatur gerakan motor per step-nya dapat dilakukan dengan 2 cara

berdasarkan simpangan sudut gerakannya yaitu full step dan half step.

Tabel 1. Motor Stepper dengan Gerakan Full Step

Step S3 S2 S1 S0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 0

3 0 1 0 0

4 1 0 0 0

1 0 0 0 1

STATOR

ROTOR

- 92 -

Gambar 10. Mekanisme gerakan full step

Tabel 2. Motor Stepper dengan Gerakan Half Step

Step S3 S2 S1 S0

1 0 0 0 1

2 0 0 1 1

3 0 1 0 0

4 0 1 1 0

5 0 1 0 0

6 1 1 0 0

7 1 0 0 0

8 1 0 0 1

1 0 0 0 1

III IV

- 93 -

Gambar 11. Mekanisme gerakan half step

Off

Off

Off Off On Off

Off

On

Off Off

Off

On

On

Off

On

Off

Off

IV V VI

VII VIII

- 94 -

Pengendalian Motor Stepper Berikut ini akan diberikan contoh perancangan dan perhitungan rangkaian

pengendali motor stepper sederhana. Motor stepper yang digunkan pada contoh ini

bertipe hibrid unipolar, memiliki empat fasa dan panjang langkah sebesar 1,80 per

langkah. Motor diharapkan dapat berputar dalam dua arah dan memiliki dua

kecepatan. Karena itu diperlukan pengendali motor stepper yang memiliki empat

keluaran pulsa dengan kemampuan dua arah perputaran dan dua macam frekuensi

pulsa guna mengatur kecepatan motor.

Rangkaian pengendali motor stepper (stepper motor driver) menggunakan komponen

utama berupa sebuah IC logika XOR (74LS86) dan sebuah IC JK flip-flop (74LS76).

Rangkain dengan kedua IC tersebut berfungsi untuk menghasilkan empat pulsa

keluaran berurutan yang dapat berbalik urutannya dengan menerapkan logika

tertentu pada rangkaian. Rangkaian tersebut memerlukan pulsa clock untuk dapat

beroperasi. Sebagai sumber clock digunkan rangkaian berbasis IC timer 555.

Rangkain pembangkit clock ini dapat menghasilkan dua macam frekuensi pulsa

keluaran guna mendukung dua kecepatan motor stepper. Kemudian untuk

mendukung pulsa-pulsa dengan arus besar (sekitar 1 - 3 A) digunakan transistor

daya NPN tipe TIP31 sebagai solid state switch. Untuk lebih jelasnya perhatikanlah

rangkaian utama dari pengendali motor stepper di bawah ini :

Gambar 12. Rangkaian Pengendali motor

- 95 -

Gambar di atas adalah skema rangkaian pengendali motor stepper yang dapat

bergerak ke dua arah. Keluaran pengendali motor stepper ini ada empat (pena 15,

14, 11, 10 dari IC 74LS76). Pena-pena tersebut akan menghasilkan pulsa yang

dapat menggerakkan motor stepper. Berikut ini adalah ilustrasi struktur motor

stepper sederhana dan pulasa yang dibutuhkan untuk menggerakkannya:

Gambar 13. (a) bentuk pulsa keluaran dari pengendali motor stepper (b)

penerapan pulsa pengendali pada motor stepper dan arah putaran yang

bersesuaian.

Arah putaran motor dapat diatur dengan mengatur kondisi logika masukan pada

pena 13 dari IC 74LS86. Jika diterapkan logika 0, maka motor akan berputar

berlawanan dengan arah jarum jam (counter clock wise) sedangkan jika diterapkan

logika 1, maka motor akan berputar dengan arah sesuai dengan ajah jarum jam

(clockwise). Gambar 13a di atas adalah contoh bentuk pulsa keluaran yang

menggerakkan motor stepper pada arah sesuai dengan jarum jam (clockwise)

(Gambar 13 b).

Kecepatan motor ditentukan oleh frekuensi masukan clock yang berbentuk

gelombang persegi empat. Pulsa clock ini dibangkitkan oleh rangkaian osilator

pembangkit pulsa berbasis IC timer 555. Berikut ini adalah rangkaian pembangkit

pulsa clock berbasis IC 555:

- 96 -

Gambar 14. Skema rangkaian pembangkit pulsa clock berbasis IC 555

Rangkaian pada Gambar 14 di atas adalah rangkaian berbasis IC 555 yang

bekerja pada mode astabil. Dalam mode ini, rangkian bekerja sebagai osilator

pembangkit pulsa/gelombang. Rangkaian di atas akan membangkitkan pulsa

berbentuk persegi empat pada keluarannya secara periodik.

Gambar 15. Bentuk gelombang keluaran rangkaian pembangkit pulsa

Pulsa di atas memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dari satu

gelombang penuh adalah Tt (Time total). Th (Time high) adalah periode sinyal positif

atau tinggi sedangkan Tl (Time low) adalah periode sinyal nol atau rendah. Periode

gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh VR1, VR2, R1, R2 dan C1. Kapasitor

C2 hanya berfungsi sebagai penstabil rangkaian. Untuk menghitung Periode

keluaran, dapat dilakukan dengan rumus berikut ini:

Th = 0,693 x C1 x (VR1 + R1 + R2)

- 97 -

Tl = 0,693 x C1 x R2

Tt = Th + Tl

Pada rangkaian osilator di atas digunakan C1 = 1 mF = 0,000001 F, VR1= 200

kW =

200000 W, R1 = 1 kW = 1000 W dan R2 = 1,2 kW = 1200 W.

Jika VR1 diatur pada posisi maksimum dan R1 terhubung dengan VR1, maka:

Th = 0,693 x 0,000001 x (200000 + 1000 + 1200)

Th = 0,1401246 detik

Tl = 0,693 x 0,000001 x 1200 W

Tl = 0,0008316 detik

Tt = 0,1401246 + 0,0008316

Tt = 0.1408562 detik

Jadi periode gelombang (Tt) adalah 0,1408562 detik sehingga frekuensinya

adalah:

Jika VR1 berada pada posisi minimum maka perhitungannya menjadi:

Th = 0,693 x 0,000001 x (0 + 1000 + 1200)

Th = 0,0015246 detik

Nilai Tl tetap = 0,0008316 detik karena harga R2 tetap.

Tt = 0,0015246 + 0,0008316

Tt = 0,0023562 detik

Dari perhitungan di atas, diperoleh bahwa rangkaian pembangkit gelombang

tersebut dapat membangkitkan pulsa dengan frekuensi 7,09 – 424,41 Hertz.

f = 1/Tt = 1 / 0,0023562 = 424,41

Hz

f = 1/Tt = 1 / 0,1408562 = 7.09 Hz

- 98 -

Karena motor yang digunakan terdiri atas 4 phase dan memiliki kecepatan sudut

1,80 per langkah, maka:

Jika frekuensi clock = 7,09 Hz, maka kecepatan motor adalah:

v = 1,8 / 360 x 7,09 = 0,03545 putaran / detik

v = 2,127 rpm

Jika frekuensi clock = 424,41 Hz, maka kecepatan motor adalah:

v = 1,8 / 360 x 424,41 = 2,12205 putaran / detik

v = 127,323 rpm

Jadi pada sistem ini motor stepper dapat digerakkan pada kecepatan antara

2,127 rpm hingga 127,323 rpm. Dalam penerapannya pada sistem Triaxial, VR1

pada rangkaian osilator Gambar 2.3 di atur tahanannya hingga diperoleh

kecepatan yang sesuai. Untuk dapat menghasilkan dua kecepatan, maka digunakan

dua buah tahanan variabel (VR1 dan VR2). Masing-masing tahanan variabel diatur

pada harga tahanan yang berbeda. Untuk harga tahanan yang lebih kecil akan

dihasilkan pulsa clock yang lebih tinggi frekuensinya sehingga kecepatan motor

stepper lebih tinggi. Untuk berpindah di antara dua kecepatan digunakan relay

untuk memindah terminal R1 ke VR1 atau VR2. Jika relay off, maka terminal R1

terhubung ke terminal VR1 sedangkan jika relay on, maka terminal R1 terhubung ke

terminal VR2.

Motor stepper umumnya memerlukan arus listrik yang relatif besar yaitu antara 1

hingga 2 A. Untuk itu keluaran dari pengendali motor stepper perlu dikuatkan

sehingga dapat mengalirkan arus yang besar. Penguat tersebut dapat dianggap

sebagai solid state switch karena hanya menghasilkan sinyal tinggi dan rendah (1

dan 0). Berikut ini adalah skema rangkaian solid state switch:

- 99 -

Gambar 16. Rangkaian solid state switch

Pada rangkaian di atas digunakan transistor bipolar (BJT) tipe TIP31 yang disusun

sebagai open collector switch. Transistor TIP31 adalah tergolong transistor daya

menengah yang mampu mengalirkan arus puncak hingga 5 A. Transistor-transistor ini

harus dilengkapi oleh lempengan pendingin dari aluminium untuk mengurangi panas

yang terjadi akibat besarnya arus yang mengalir. L1 - L4 adalah lilitan (wound)

dalam motor stepper. Dioda D1 - D4 berfungsi sebagai pelindung rangkaian dari

tegangan tinggi (back EMF) yang mungkin timbul dari lilitan motor stepper.

Keluaran dari rangkain pengendali motor stepper (phase1 - phase4) dihubungkan

ke masukan dari empat transistor tersebut melalui R1 - R2. Jika masukan bernilai

sinyal rendah, maka transistor akan berada pada keadaan cut-off sehingga arus

dalam lilitan motor stepper tidak mengalir. Jika masukan bernilai tinggi (diatas

tegangan ambang transistor), maka transistor akan on sehingga tegangan antara

kolektor dengan emitor (VCE ) turun dan arus dapat mengalir ke tanah (ground).

Dengan demikian motor stepper berputar.

- 100 -

Modul dan Alat Yang Digunakan

Modul Motor Stepper

Oscilloscope

Speed Control

- 101 -

Kesimpulan

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah

pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak

berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk

menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang

membangkitkan pulsa-pulsa periodik.

Pada dasaranya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu:

Motor stepper tipe Variable reluctance (VR)

Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)

Motor stepper tipe Hybrid (HB)

Motor diharapkan dapat berputar dalam dua arah dan memiliki dua kecepatan.

Karena itu diperlukan pengendali motor stepper yang memiliki empat keluaran pulsa

dengan kemampuan dua arah perputaran dan dua macam frekuensi pulsa guna

mengatur kecepatan motor.

Stepper Control Unit Motor Positioner

- 102 -

6 BRUSHLESS DC MOTOR (BLDC MOTOR)

Pendahuluan

Brushless DC motor telah digunakan secara komersial sejak Tahun 1886. Motor BLDC

mulai populer pada tahun 1992. Keterbatasan motor DC (menggunakan sikat

sebagai media hantar arus dari sumber ke komutator), telah diatasi oleh motor BLDC

ini, penggunaan sumber DC untuk pengontrolan, dan tanpa adanya brush adalah ciri

utama dari motor BLDC.

BLDC motor menghasilkan torsi maksimal saat putaran awal, selanjutnya torsi akan

menurun seiring dengan bertambahnya kecepatan motor.

Gambar 1. Grafik torsi terhadap kecepatan motor

BLDC motor adalah suatu jenis motor sinkron. Artinya medan magnet yang dihasilkan

oleh stator dan medan magnet rotor berputar di frekuensi dan kecepatan yang

sama. BLDC motor tidak mengalami slip, tidak seperti yang terjadi pada motor

induksi biasa.

BLDC Motor merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi

listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar impeller

pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll.

Digunakan di industri mapun di rumah, seperti: mixer, bor listrik, kipas angin. BLDC

- 103 -

Motor kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri sebab diperkirakan bahwa

motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Bagian-bagian Utama

Motor ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu: rotor, stator, hall sensor, dan

rangkaian kontrol.

Stator. Stator suatu BLDC motor terdiri dari tumpukan baja laminasi dengan lilitan

ditempatkan di slot. Secara kebiasaan, stator menyerupai motor induksi; tetapi

lilitannya dibuat sedikit berbeda. Kebanyakan BLDC motor mempunyai tiga

gulungan-stator dihubungkan secara bintang. Masing-Masing ini lilitan dibangun

dengan banyak coil saling behubungan untuk membentuk suatu lilitan. Satu atau lebih

coil ditempatkan dalam slot dan mereka saling behubungan untuk membuat suatu

lilitan. Masing-Masing ini lilitan dibagi-bagikan diatas batas luar stator untuk

membentuk suatu bilangan genap kutub.

Ada dua jenis gulungan-stator: bentuk trapesium dan motor sinusoidal. Pembedaan

ini dibuat atas dasar interkoneksi coil di dalam gulungan-stator untuk memberikan

tipe yang berbeda terhadap Back Electromotive Force (EMF) terdapat dua macam

koneksi gulungan yang digunakan pada stator motor BLDC,yaitu koneksi bintang dan

segitiga.

Bentuk stator Bentuk koneksi pada stator

Rotor. Rotor dibuat dari magnet tetap dan dapat desain dari dua sampai delapan

kutub Magnet Utara (N) atau Selatan (S).

Material magnetis yang bagus sangat diperlukan untuk mendapatkan kerapatan

medan magnet yang bagus pula. Biasanya magnet ferit yang dipakai untuk

membuat magnet tetap. Tetapi dewasa ini dengan kemajuan teknologi, campuran

logam sudah kurang populer untuk digunakan.Benar sekali magnet Ferrit lebih

- 104 -

murah, tetapi material ini mempunyai kekurangan yaitu flux yang rendah untuk

ukuran volume material yang diperlukan untuk membuat rotor.

Seakarang ini sedang dikembangkan material campuran logam yang diharapkan

bisa memberikan perbandingan size-to-weight yang lebih tinggi dan tenaga putaran

yang lebih untuk motor ukuran sama yang menggunakan magnit ferrite.

Neodymium (Nd), Samarium Unsur kimia/kobalt (Smco) dan campuran logam

Neodymium, dan Ferrite Borium ( Ndfeb) adalah beberapa contoh logam magnit

yang sudah mulai jarang.

Sebuah motor BLDC mempunyai magnet permanen yang berputar dengan tetap

pada sumbu motor, dengan menggunakan rotor berupa magnet maka tidak

dibutuhkan lagi komutator.

Gambar 2. Rotor BLDC motor

Hall Sensor

Tidak sama dengan DC motor brushed, putaran suatu BLDC motor dikendalikan

secara elektronis. Dalam proses berputarnya motor BLDC, gulungan-stator harus

diberi tenaga dengan suatu urutan. Hal ini penting untuk mengetahui posisi rotor

sehingga kontrol dapat mengetahui lilitan mana yang harus diberi tegangan sesuai

urutan.Posisi rotor, digunakanlah Hall Sensor yang ditempelkan ke dalam stator.

Pemasangan Hall sensor ini harus benar-benar sesuai dengan posisi magnet pada

rotor. Kesalahan posisi pada pemasangan akan menyebabkan kesalahan pula pada

saat pemberian tegangan pada lilitan stator. Biasanya Hall sensor ini dipasang

pada suatu board atau PCB dengan posisi yang sudah fix kira-kira selisih 60°

sampai 120° antara sensor yang satu dengan yang lain.

- 105 -

Gambar 3. Bentuk hall sensor

Namun sekarang hall sensor mulai ditinggalkan, dan diganti dengan resolver. Fungsi

dari Resolver ini sama dengan Hall Sensor hanya bentuk dan cara menentukan posisi

magnet rotor berbeda. Resolver sebenarnya gabungan dari Rotary Encoder dan

Hall Sensor. Satu sisi Encoder difungsikan sebagai Speed feedback sekaligus juga

sebagai penentu posisi rotor, sedangkan hall sensor untuk melihat posisi medan

magnet rotor.

Rangkaian Pengendalian

Untuk menghasilkan medan putar pada motor DC,koneksi sumber ke rotor

menggunakan brush namun pada BLDC motor,pemberian sumber dilakukan oleh

sebuah rangkaian pengontrol,rangkaian ini mendapat sumber dari listrik DC yang

kemudian diolah sehingga menghasilkan gelombang sinusoida atau kotak stator,

Kontrol ini mendapat masukan data dari hall sensor utuk mengatur pemberian

sumber pada stator.

Gambar 4. Rangkaian kontrol

Keunggulan

Jika dibandingkan antara motor DC dan motor AC, maka BLDC motor mempunyai

banyak keunggulan, diantaranya adalah:

- 106 -

Torsi lebih besar. Motor BLDC pada umumnya mempunyai torsi yang lebih

besar,hal ini disebabkan medan tarik yang dihasilkan oleh stator sepenuhnya

diterima oleh rotor karena rotor terbuat dari medan magnet permanen.

Tidak menyebabkan kebisingan. Saat kita menggunakan motor dc,gesekan

antara komutator dan brush akan menghasilkan suara,hal ini akan

menghasilkan ketidak nyamanan,tetapi tidak sama halnya dengan motor

BLDC,dengan tidak adanya komutatot,menyebabkan tidak adanya

kebisingan yang ditimbulkan.

Lebih tahan lama. Bagian yang sering diganti pada penggunan motor DC

adalah Brush dan komutator,hal ini karena pada saat motor DC

bekerja,terjadi gesekan secara terus menerus antara komutator dan

brush,permukaan brush akan menipis sedikit demi sedikit seiring berjalannya

waktu,sehingga kita harus melakukan penggantian brush motor,tetapi jika

kita menggunakan BLDC motor,dengan tidak adanya brush dan komutator

maka motor akan tahan lama.

Tidak adanya bunga api pada komutator. Hubungan antara brush dan

komutator yang longgar menyebabkan terjadinya percikan api diantara

keduanya,hal ini akan berbahaya jika motor digunakan pada industri yang

sensitif terhadap percikan api,tetapi dengan menggunakan BLDC

motor,dengan tidak adanya komutator dan brush menyebabkan tidak

adanya percikan api yang dirimbulkan oleh motor.

Tidak adanya belitan pada rotor. Motor BLDC tidak mengalami gaya

sentrifugal, karena gulungan didukung oleh suatu body sehingga motor

dapat didinginkan dengan mudah. Jadi, tidak membutuhkan aliran udara

untuk mendinginkan motor. Hal ini menyebabkan motor BLDC tersebut dapat

sepenuhnya tetutup dan terlindung dari kotoran atau bahan asing lainnya.

Area pengaplikasiannya dapat diperluas, termasuk daerah-daerah ledakan

berbahaya.

Kelemahan

Selain keunggulan yang dimiliki, motor BLDCpun memiliki kelemahan. Diantaranya

adalah:

- 107 -

Biaya pengadaan yang tinggi. Hal ini disebabkan karena Hall sensor

mempunyai berbgai alat pengontrol untuk menjalankannya,sedangkan pada

motor DC hanya menggunakan pengontrol berupa variable resistor.

membutuhkan pengendali kecepatan elektronik untuk menjalankannya.

Namun dari kelebihan dan kelemahan yang dimiliki,Motor BLDC tetap lebih

efisien untuk mengkonversi listrik menjadi energi mekanik dari motor DC

bersikat. kelebihan ini terutama disebabkan tidak adanya kerugian listrik

dan gesekan brush. Di bawah beban mekanik tinggi, motor BLDC dan motor

dengan sikat berkualitas tinggi sebanding dalam efisiensinya.

Ada 2 konfigurasi listrik yang digunakan untuk menjalankan stator yaitu kofigurasi

delta dan wye. Motor yang menggunakan konfigurasi delta mempunyai torsi yang

rendah pada kecepatan yang rendah, namun dapat menghasilkan putaran yang

tinggi. Sedangkan konfigurasi wye mempunyai torsi yang tinggi pada kecepatan

yang rendah, tetapi tidak bisa menghasilkan putaran yang tinggi. Meskipun efisiensi

sangat dipengaruhi oleh konstruksi motor, konfigrasi bintang biasanya lebih efisien.

Meskipun BLDC motor identik dengan motor DC permanen, namun sinyal sinusoida

yang menyuplai stator BLDC dihasilkan dari suatu sumber DC yang diolah oleh

pengontrol. Vector drive adalah pengendali motor yang mengubah sinyal DC

menjadi AC. Alat ini adalah suatu alat inverter yang sangat canggih.

Inverter atau alat pengubah arus DC ke AC biasanya mahal dan kurang efisien.

Tetapi inverter ini memiliki keuntungan, yaitu dapat menjalankkan motor dengan

lancar pada kecepatan yang rendah. Lain halnya dengan motor DC, yang

putarannya tidak konstan saat kecepatannya rendah.

Aplikasi

Aplikasi Motor BLDC yang dapat kita jumpai pada kehidupan sehari-

hari,diantaranya adalah pada :

Cooling fan pada CPU computer

- 108 -

Motor penggerak pada disket

CD atau DVD player

Baling-baling pada helikopter mainan

Pada kendaraan listrik dan kendaraan hibrida

Pada motor yang digunakan di industri, aplikasi motor BLDC semakin meningkat.

Karena daya motor BLDC lebih kecil dibandingkan dengan motor AC. Tidak adanya

kapasitor dan motor DC secara keseluruhan lebih efisisen. Daya yang kecil, putaran

yang tinggi, dan torsi yang besar, tersedianya berbagai macam ukuran, menjadikan

prodesen memilih motor BLDC dibandingkan dengan motor DC biasa.

Cara Kerja

Cara kerja motor BLDC ini adalah sebagai berikut:

1. Arus U masuk ke lilitan L1, arus tersebut akan melewati dan keluar dari L2 menuju

V.

- 109 -

2. Arus W masuk ke lilitan L3, arus tersebut akan melewati dan keluar dari L2 menuju

V.

3.Arus W masuk ke lilitan L3, arus tersebut akan melewati dan keluar dari L1 menuju

U.

4. Arus V masuk ke lilitan L2, arus tersebut akan melewati dan keluar dari L1 menuju

U.

- 110 -


W.

6. Arus V masuk ke lilitan L2, arus tersebut akan melewati dan keluar dari L3 menuju

W.


V.

Cara Kerja Hall Sensor

Magnet pada stator mengalami perubahan kutub-kutub yang konstan, sehingga

rotor akan berputar mengikuti perubahan muatan pada stator.

- 111 -

Gambar 5. Cara kerja hall sensor

Berdasarkan percobaan dan praktek yang dilakukan pada modul ini, keluaran dari

suatu motor BLDC sendiri adalah pulsa kotak-kotak dan pulsa sinusoidal.

Gambar 6. Pulsa Kotak-Kotak

Gambar 7. Pulsa sinusoidal

Skema Rangkaian Pengendalian

Skema pengontrolan pada motor BLDC adalah Sumber listrik DC masuk ke dalam

rangkaian decoder (background hijau). Keluaran dari decoder adalah listrik 3 fase,

listrik ini digunakan untuk memberi suplay pada stator,sehingga menghasilkan

putaran medan magnet pada stator (background merah). Mikrokontroler digunakan

- 112 -

untuk sinkronisasi putaran medan magnet antara stator dengan rotor.

Gambar 8. Rangkaian motor BLDC

Gambar 9. Rangkaian ‘Close loop control of BLDC’

Gambar 10. Rangkaian Close loop current control

- 113 -

Gambar 11. Skema rangkaian pada saat sebelum ‘Braking’ dan sesudah ‘Braking’.

Gambar 12. Sebelum ‘Braking’, Motor masih berputar.

Gambar 13. Pada saat ‘Braking’, motor berhenti berputar.

Pada saat motor dalam keadaan berputar, hanya terdapat 2 sumber arus yang

masuk kedalam stator untuk membuat medan magnet yang dapat memutarkan

- 114 -

stator. Dalam hal ini, untuk memberhentikan putaran rotor yang bergantung pada

magnet stator adalah dengan memberikan arus yang sama pada ketiga masukan.

- 115 -

7 Studi Kasus Aplikasi 1:

Perancangan Alat Inspeksi Keberadaan & Posisi Stopper Hole Piston 5D9 dengan Menggunakan Kamera Sick Inspector I10

pada Mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier Pendahuluan

PT. XYZ merupakan sebuah perusahaan yang bergerak dibidang otomotif khususnya

dalam pembuatan piston. Dalam proses produksinya setiap jumlah reject merupakan

hal yang sangat diperhitungkan karena berpengaruh pada production cost. Salah

satu diantaranya adalah jumlah reject pada proses stopper hole drilling pada piston

tipe 5D9. Pada proses tersebut terdapat beberapa karakteristik reject diantaranya

yaitu tidak adanya stopper hole dan posisi stopper hole yang terbalik. Jika piston

reject tersebut sampai lolos dari proses visual dan ikut terkirim ke customer, maka di

khawatirkan akan mendapat claim dari customer.

Untuk menanggulangi masalah tersebut dibuatkan suatu sistem pengecekan stopper

hole secara otomatis sehingga mencegah piston yang reject agar tidak diproses

pada tahap berikutnya. Alat pendeteksi stopper hole dirancang dengan

menggunakan sensor kamera Sick Inspector I10 yang telah ada dan tidak terpakai

di PT XYZ. Dalam perancangan ini kamera pendeteksi ditempatkan pada mesin

Automation Centre Bosh Cutting and Grafier. Upaya penambahan sensor kamera ini

tidak akan menambah proses produksi yang membebankan operator, karena

memanfaatkan proses positioning pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and

Grafier

Berdasarkan latar belakang yang telah disebutkan maka didapatlah suatu rumusan

masalah yaitu :

Bagaimana membuat alat untuk mendeteksi piston 5D9 yang lolos tanpa

stopper hole ?

Bagaimana mencegah piston 5D9 yang lolos dengan posisi stopper hole yang

terbalik?

- 116 -

Computer Vision dan Pengolahan Citra

Computer vision adalah salah satu cabang dari artificial intelligence (kecerdasan

buatan) yang difokuskan pada pengembangan algoritma untuk menganalisa isi dari

suatu citra. Computer vision mempunyai tujuan utama untuk menganalisa obyek fisik

yang nyata berdasarkan citra yang ditangkap dari sensor. Dalam pengambilan

keputusan tentang obyek nyata, selalu dibutuhkan beberapa deskripsi obyek-obyek

tersebut dari citra yang ada.

Pengolahan citra adalah suatu metode yang digunakan untuk memproses atau

memanipulasi citra dalam bentuk 2 dimensi. Pengolahan citra berkutat pada usaha

untuk melakukan transformasi suatu gambar menjadi citra lain dengan menggunakan

teknik tertentu.

Konsep dasar pemrosesan suatu obyek yang menggunakan pengolahan citra diambil

dari kemampuan indera penglihatan manusia yang selanjutnya dihubungkan dengan

kemampuan otak manusia. Pada umumnya, obyektif dari pengolahan citra adalah

mentransformasikan atau menganalisis suatu citra sehingga informasi baru tentang

citra dibuat lebih jelas. Ada 4 klasifikasi dasar dalam pengolahan citra, yaitu: point,

area, geometric, dan frame.

Point memproses nilai pixel citra berdasarkan nilai atau posisi dari pixel

tersebut. Contoh dari proses point adalah adding, subtracting, contrast

stretching, dan lainnya.

Area memproses nilai pixel-pixel suatu citra berdasarkan nilai pixel tersebut

beserta nilai pixel tetangga sekelilingnya. Contoh dari proses area adalah

convoluting, blurring, sharpening, filtering, dan lainnya.

Geometric digunakan untuk merubah posisi dari pixel-pixel. Contoh dari

proses geometric adalah scaling, rotation, mirroring, dan lainnya.

Frame memproses nilai pixel berdasarkan operasi dari 2 buah citra atau

lebih. Contoh dari proses frame adalah addition, subtraction, and/or, dan

lainnya. Perbedaan proses frame disini dengan proses point yaitu pada

proses point, nilai-nilai pixel diproses (ditambahkan, dikurangkan, dan

lainnya) dengan suatu nilai tertentu, sedangkan pada proses frame,

pemrosesan nilai-nilai pixel dilakukan antara 2 citra.

- 117 -

Sistem Warna RGB

Semua warna yang ada merupakan perpaduan dari 3 macam warna primer, yaitu :

Warna merah

Warna hijau

Warna biru

Perpaduan dari ketiga warna primer ini dipakai pada sistem warna RGB. Bila

ketiga warna primer dicampur, maka akan dihasilkan suatu warna tertentu,

tergantung dari komposisi ketiga warna primer tersebut.

Citra pada sisitem digital dapat diwakili dengan format RGB untuk setiap titiknya,

dimana setiap komponen warna diwakili dengan satu byte. Jadi untuk masing-masing

komponen R, G, dan B mempunyai variasi dari 0 sampai 255. Total variasi yang

dihasilkan untuk sistem warna digital ini adalah 256 x 256 x 256 atau 16.777.216

jenis warna. Karena setiap komponen warna diwakili dengan 1 byte atau 8 bit,

maka total bit yang digunakan untuk mempresentasikan warna RGB adalah 8 + 8 +

8 atau 24 bit.

Sistem Warna Gray-Scale

Kalkulasi pemrosesan citra dengan sistem RGB sangat memboroskan memori dan

juga waktu. Untuk itu diperlukan reduksi warna. Dalam pemrosesan citra terutama

pengenalan obyek, sistem RGB tidak memberikan respon yang baik, sehingga

digunakan sistem format gray-scale atau gray level, dimana format citra dikonversi

menjadi format citra abu-abu. Sistem gray-scale memerlukan 1 byte (8 bit) untuk

penyimpanan data, mempunyai kemungkinan warna dari 0 (hitam) sampai 255

(putih).

Vision Sensor

Vision sensor merupakan suatu sensor yang difungsikan untuk mendeteksi dan

membandingkan suatu warna, karakter, bentuk dan luas benda berdasarkan hasil

kamera terhadap objek yang disensor. Aplikasinya sangat luas misalnya

membedakan tanda berupa huruf pada cap karton, membandingkan bearing yang

baik atau cacat dengan kurangnya butir bearing atau membedakan botol produk

kosmetik berdasarkan warna produk. Vision sensor menggunakan LED sebagai sistem

pencahayaan. Vision sensor bekerja menyesuaikan image yang telah dijadikan

referensi (master Image). Master image dibuat pada saat awal sensor akan

- 118 -

digunakan. Pada sensor kamera jenis SICK Inspector I10, alat pembantu yang

digunakan dalam kamera tersebut untuk mencocokkan gambar yang ditemukan

dengan master image yaitu:

Search Region

Search region merupakan daerah gambar yang ditangkap oleh sensor yang

nantinya akan di cocokan dengan master image dengan bantuan object locator dan

detailed inspections. Jika gambar yang akan di cek berada di luar search region

maka gambar tersebut dianggap tidak sesuai atau gagal. Gambar 1

memperlihatkan search region. Daerah yang berwarna hijau merupakan search

region.

Gambar 1. Search region

Object Locator

Object locator merupakan alat yang digunakan untuk menempatkan objek / gambar

yang telah ditangkap. Object locator akan mengenali objek yang telah di tangkap,

dan menyesuaikan dengan master image yang telah ditentukan. Sensor kamera

menempatkan referensi gambar pada object locator. Dalam sebuah referensi

gambar hanya bisa memiliki satu object locator. Gambar 2 memperlihatkan tampilan

dari object locator.

Gambar 2. Object locator

Search Region

Object Locator

- 119 -

Detailed Inspections

Detailed Inspections merupakan salah satu alat yang digunakan dalam sensor

kamera SICK Inspector I10. Detailed inspections akan membandingkan kontur, jumlah

piksel atau tepi piksel setelah objek ditemukan. Terdapat tiga jenis detailed

inspections yang bisa digunakan yaitu:

Contour

Contour akan membandingkan sebuah kontur dengan kontur yang lain dalam daerah

pencarian yang sama pada objek referensi. Semakin sesuai antara kedua kontur,

maka akan semakin besar nilai match dalam detailed inspections. Gambar 3

menjelaskan tentang contour.

Gambar 3. Contour

Pixel counter

Pixel Counter menghitung banyaknya piksel dalam daerah pencarian dengan

mencocokan intensitasnya (skala abu-abu). Penempatan piksel dapat diabaikan, dan

hanya mempertimbangkan banyaknya piksel dalam daerah pencarian. Gambar 4

menjelaskan tentang pixel counter.

Gambar 4. Pixel counter

Edge Pixel Counter

Edge Pixel Counter hampir sama dengan pixel counter, akan tetapi tipe pencarian

berdasarkan banyaknya tepi piksel dalam daerah pencarian. Penempatan edge

- 120 -

pixel counter tidak diperhitungkan, edge pixel counter hanya memperhitungkan

banyaknya jumlah piksel. Gambar 5 menjelaskan tentang edge pixel counter.

Gambar 5. Edge pixel counter

Pengumpulan Data

Stopper hole Stopper hole merupakan salah satu bagian yang terdapat pada piston. Jenis piston

yang memiliki stopper hole yang di produksi oleh PT. XYZ yaitu piston jenis 5D9.

Gambar 6 menjelaskan stopper hole.

Gambar 6. Stopper hole

Dari Gambar di atas dapat dilihat letak dari stopper hole berada di atas oil hole.

Dalam kondisi baik, posisi stopper hole satu garis dengan oil hole yang ada

dibawahnya. Gambar 7 menjelaskan posisi stopper hole terhadap oil hole.

Gambar 7. Posisi stopper hole

Stopper hole Oil hole

- 121 -

Besar lubang stopper hole berdiameter 0.8 mm dan membentuk sudut 24 derajat

dengan sumbu pin hole. Sudut tersebut berfungsi sebagai penentuan letak dari

sensor kamera karena dalam proses pengecekan stopper hole harus dilakukan

dengan tegak lurus terhadap objek yang akan dicari. Gambar 8 menjelaskan sudut

dari stopper hole.

Gambar 8. Sudut stopper hole

Fungsi stopper hole pada sistem motor bakar yaitu menjaga ring piston agar tidak

bergerak. Dikhawatirkan jika sambungan ring satu dengan ring yang lain pada satu

garis lurus maka pembakaran akan menjadi bocor sehingga tanda – tanda yang

terjadi yaitu akan keluar asap yang cukup banyak pada knalpot motor dan mesin

akan cepat panas karena oli yang ada akan ikut terbakar. Gambar 9 menjelaskan

tentang ring piston

Gambar 9. Ring piston

kompresi

- 122 -

Pada piston tipe 5D9 terdapat 3 ring oli. Letak stopper hole berada pada ring

paling bawah. Pada ring tersebut terdapat lubang oli dan stopper hole menjaga

agar ring tersebut tidak bergerak.

Mesin Centre Bosh Cutting and Grafier

Mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier merupakan mesin yang berjalan

secara otomatis dan memproses beberapa tahapan pembuatan piston. Gambar 10

menjelaskan posisi station yang ada pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and

Grafier.

Gambar 10. Station mesin Automation CBC dan Grafier

Alur proses mesin centre bosh cutting and grafier dimulai dari penempatan piston

pada konveyor 1 sampai akhirnya ke kenveyor 2 melalui beberapa tahapan proses

yang ada pada mesin. Gambar 11 dan Gambar 12 menjelaskan tentang alur

proses pada mesin centre bosh cutting and grafier.

- 123 -

Gambar 11. Alur Proses mesin CBC and Garfier

Gambar 12. Flow Proses Unload

Proses-proses yang terdapat pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier

yaitu:

Positioning. Proses positioning adalah proses awal pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier. Pada proses ini piston dari konveyor diambil oleh unload untuk diposisikan dari keadaan yang acak ke posisi yang benar dengan patokan pin hole berhadapan dengan operator. Proses positioning bertujuan agar posisi piston tepat jika diletakkan terhadap jig centre bosh cutting dan jig grafier. Selain itu proses positioning juga dapat mempermudah

Konveyor 1 Positioning CBC Grafier Washing Konveyor 2

START

UNLOAD TURUN

GRIPE ON

UNLOAD NAIK

UNLOAD GESER KIRI

UNLOAD TURUN

GRIPE OFF

UNLOAD GESER KANAN

UNLOAD NAIK

PROSES POSITIONING AKTIF

PROSES CBC AKTIF

PROSES GRAFIER AKTIF

PROSES WASHING AKTIF

MAIN LOOP

- 124 -

operator dalam peletakan piston pada konveyor. Gambar 13 memeprlihatkan motor positioning.

Gambar 13. Positioning

Proses Centre Bosh Cutting (CBC). Gambar di bawah menjelaskan bentuk

centre bosh. Setelah proses posisi, dilanjutkan dengan proses centre bosh cutting.

Gambar 14. Centre bosh

Centre bosh merupakan sisa dari proses pencetakan piston. Proses centre bosh

cutting merupakan proses untuk menghilangkan centre bosh yang ada pada

bagian atas piston. Proses menghilangkan centre bosh menggunakan

Selfeeder dengan penambahan cutting tool pada ujung Selfeeder. Pada

proses ini terdapat vakum sebagai penyedot sisa material centre bosh.

Proses Grafier. Gambar 15 menjelaskan label yang di proses oleh grafier. Dalam proses grafier ini membuat tanda berupa tipe piston dan kode piston.

CB (centre bosh)

- 125 -

Gambar 15. Grafier

Pada proses grafier terdapat alat pokayoke berupa pengarah pin yang

memanfaatkan sumbu offset piston. Jika arah piston terbalik, maka grafier

akan memproses pemberian label dengan letak yang berlawanan. Proses

pemberian label menggunakan Telesis pinstamp TMP 1700. Gambar 16

menjelaskan grafier telesis pinstamp TMP 1700.

Gambar 16. Telesis pinstamp TMP 1700

Station 1. Pada station ini tidak terdapat proses apapun. Station ini dibuat agar mencukupi jumlah unload yang terdapat 6 gripper.

Proses Pencucian. Proses Pencucian adalah proses pembersihan piston dari coolant yang menempel pada piston. Proses pencucian menggunakan air hangat agar coolant yang menempel cepat hilang dalam proses pembersihan. Pencucian piston dilakukan dengan cara menyemprotkan air yang dicampur dengan angin. Gambar 17 menjelaskan tentang proses pencucian piston.

Label pada piston

- 126 -

.

Gambar 17. Pencucian piston

Pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier terdapat motor posisi

yang memposisikan piston dari arah yang sembarang ke arah yang dituju. Proses

posisi memanfaatkan pin hole sebagai titik acuannya. Pada proses posisi terdapat

sensor photoelectric untuk mengindikasikan posisi piston terhadap pin hole.

Apabila sensor menemukan pin hole selama piston berputar, maka pemancar

dan penerima sinyal sensor akan saling berhadapan dan sensor tersebut aktif. Jika

sensor tersebut aktif maka akan mematikan motor posisi. Gambar 18 menjelaskan

proses posisi.

Gambar 18. Proses Posisi

Pada mesin Automation centre bosh cutting and grafier terdapat panel box

sebagai pengoperasian mesin. Panel tersebut terdapat beberapa tombol yang

memiliki fungsi untuk menjalankan mesin. Gambar 19 dan Tabel 2 menjelaskan

tentang panel box mesin automation centre bosh cutting and grafier.

Sensor photoelectric

Pinhole

- 127 -

Gambar 19. Panel mesin centre bosh cutting and grafier

Tabel 2. Penjelasan gambar panel mesin

No Penjelasan Keterangan 1 Lampu Power On 2 Lampu Start Position 3 Lampu Wash Tank Empty 4 Lampu LS Grafier NG 5 Counter Counter 6 Selector Switch Manual / Auto 7 Selector Switch Vakum OFF / ON 8 Selector Switch Konveyor OFF / ON 9 Push Button Selector Switch Unloader Left / Right

10 Buzzer Buzzer 11 Push Button Unloader Up / Down 12 Push Button Unloader Clamp / Unclamp 13 Push Button Slider Grafier Advance / Back 14 Push Button Spindle OFF / ON 15 Push Button Reset 16 Push Button Selector Switch Spindle Up / Down 17 Push Button Jog 18 Push Button Auto Start 19 Push Button Emergency Emergency 20 Selector Switch TL OFF / ON

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

11 12 13 14 15

16 17 18 19 20

- 128 -

PLC OMRON-Sysmac CJ1M Jenis PLC yang digunakan pada mesin centre bosh cutting and grafier adalah

OMRON-Sysmac CJ1M CPU-21. PLC OMRON-Sysmac CJ1M tersusun dari power

supply, CPU, input module dan output module. Sedangkan perangkat network

seperti Ethernet module, Profibus module dan DeviceNet module tidak digunakan,

karena PLC ini tidak diprogram untuk melakukan fungsi networking pada suatu

sistem manufaktur, melainkan hanya diprogram untuk fungsi dua arah antara

mesin CBC dan PLC.

Spesifikasi dari PLC OMRON-Sysmac CJ1M ditampilkan pada Gambar 20.

Gambar 20. PLC PLC OMRON-Sysmac CJ1M

CPU Unit. Tipe CPU (Central Processing Unit) yang digunakan adalah

OMRON CJ1M CPU-21, dengan jumlah I/O sebanyak 160 points dan

jumlah unit yang terhubung maksimal sebanyak 10 units, kapasitas

programnya yaitu 5 Ksteps dengan kapasitas memori data 32 Kwords.

CPU ini juga dilengkapi dengan connection ports yaitu peripheral port dan

RS-232C port.

Power Supply (Catu daya). Power supply yang digunakan adalah power

supply dengan tipe OMRON CJ1W-PA205R dan tegangan sumber yang

dipergunakan adalah sebesar 220 V a.c. dengan maksimum daya keluaran

sebesar 25 Watt.

CPU unit Power Supply Input dan Output Module

- 129 -

Input Module (Perangkat masukan). Perangkat masukan yang digunakan

adalah tipe OMRON CJ1W-ID211 yaitu input DC unit sebanyak 16 points,

input module yang digunakan sebanyak 3 unit, sehingga input d.c. yang

digunakan sejumlah 48 points, dengan tegangan untuk masukan (input)

sebesar 24 V DC.

Output Module (Perangkat keluaran). Perangkat keluaran yang digunakan

adalah tipe OMRON CJ1W-OD211 yaitu output unit transistor sebanyak

16 points, output module yang digunakan sebanyak 3 unit, sehingga

output yang digunakan sejumlah 48 points, dengan tegangan sebesar 24 V

DC.

Pengolahan Input dan Output

Pada mesin Automation centre bosh cutting and grafier terdapat beberapa input dan

output yang digunakan. Gambar 21 menjelaskan skema dari input dan output dari

mesin Automation centre bosh cutting and grafier.

Perangkat Masukan (Input Device)

Input device yang digunakan pada mesin centre bosh cutting and grafier berupa

push button, photoelectric dan proximity sensors yang berguna untuk mendeteksi

piston Perangkat ini dihubungkan ke tiga buah input module (48 points).

Perangkat Keluaran (Output Device)

Output device yang digunakan pada mesin centre bosh cutting and grafier berupa

motor DC, motor AC, silinder pneumatic, selfeeder, grafier, dan buzzer. Semua

output device tersebut dihubungkan ke tiga buah output module (48 points).

- 130 -

Gambar 21 memperlihatkan skema input dan output pada mesin centre bosh cutting

and grafier.

Gambar 21. Skema Masukan dan Keluaran PLC

Push Button, Selector Switch

Photoelectric

Motor DC

Silinder

Grafier

Proximity

Motor AC

Masukan

Keluaran

PLC

Self feeder

Buzzer

- 131 -

Perancangan dan Pengujian

Penentuan Permasalahan

Data quality control Tahun 2010 yang diperoleh dari unit PPC yaitu tentang data

reject yang terlihat pada Tabel 3. Dari data ini terlihat bahwa terdapat beberapa

kategori piston reject. Yang jadi permasalahan yaitu pada stopper hole yang tidak

ada, stopper hole yang terbalik dan posisi stopper hole yang tidak tepat.

Tabel 3. Data reject Tahun 2010 pada line 22

Dari Tabel 3 didapatkan jumlah reject stopper hole tidak ada yaitu 16, dan stopper

hole terbalik 12. Jumlah tersebut sangat mengkhawatirkan jika terjadi kelalaian

dalam proses visual yang dilakukan oleh operator.

Jenis piston yang memiliki stopper hole yaitu jenis piston 5D9. PT YIMM merupakan

pelanggan dari jenis piston tersebut. Jenis piston 5D9 digunakan pada sepeda

motor.

Apabila piston reject stopper hole telah sampai ke tangan pelanggan maka akan

mengakibatkan kerugian pada perusahaan. Pelanggan akan mengembalikan piston

yang telah terkirim dan meminta ganti rugi, proses pengiriman barang akan

terhambat dan terbuangnya waktu untuk memproses ulang pembuatan piston.

Selama ini dalam proses pengecekan stopper hole dilibatkan peran pegawai visual

sebagai penyeleksi piston reject. Proses visual dapat dilihat pada Gambar 22.

Gambar 22. Proses Visual

BULAN KETERANGAN JAN FEB MAR APR MEI JUN JUL AGST SEP OKT NOV

TOTAL (pcs)

STOPPER HOLE TERBALIK 0 0 0 1 5 1 0 2 3 0 0 12 STOPPER HOLE TIDAK ADA 0 0 2 2 1 2 2 2 2 3 0 16

- 132 -

Proses visual tidak hanya mengecek stopper hole melainkan berbagai parameter

piston seperti ukuran guide bor, pin hole, piston baret dan sebagainya. Dikarenakan

proses visual yang banyak dan cepat maka kemungkinan terdapat piston yang lolos

dengan stopper hole yang reject.

Beberapa faktor yang mengakibatkan reject pada stopper hole yaitu:

Operator yang lupa memproses stopper hole

Drill mesin stopper hole yang sudah pendek

Drill mesin stopper hole patah dan tidak diketahui oleh operator

Untuk menanggulangi masalah tersebut, maka seksi Machining Process

Development divisi Engineering PT. XYZ membuat suatu perancangan alat pendeteksi

stopper hole secara otomatis sebagai langkah awal pencegahan piston reject dengan

parameter tidak ada stopper hole dan stopper hole yang terbalik. Alat yang

digunakan untuk mengecek stopper hole yaitu sensor kamera jenis SICK Inspector I10

yang dapat dilihat pada Gambar 23.

Gambar 23. Sensor Kamera SICK Inspector I10

Sensor kamera bisa mendeteksi ukuran yang cukup kecil yang bisa disesuaikan

dengan ukuran stopper hole dengan diameter 2mm, karena didalam sensor kamera

terdapat fasilitas zoom terhadap objek yang akan dideteksi.

- 133 -

Penempatan Sensor Kamera Sick Inspector I10 di Line Machining

Proses pembuatan piston di PT. XYZ terbagi menjadi 2 proses. Yang pertama yaitu

proses foundry yaitu proses peleburan dan pencetakan piston dilakukan. Selanjutnya

yaitu proses machining, setelah proses foundry selesai maka piston – piston tersebut

di kirim ke area machining untuk diproses. Pada proses machining inilah stopper hole

di buat. Berikut alur proses dari area machining yang dapat dilihat pada Gambar

24.

Gambar 24. Alur proses machining

Proses machining piston tipe 5D9 terdapat pada line 12, 22, dan 18. Line 12 dan 18

telah menggunakan kamera jenis OMRON dalam pengecekan stopper hole, akan

tetapi masih terdapat kekurangan-kekurangan yang terdapat pada kamera

tersebut yaitu:

Tidak bisa mengecek terbalik atau tidaknya letak stopper hole.

Masih menggunakan penampang berupa TV AV, sehingga tampak dari

pencitraan kamera tidak jelas dan sulit dalam penyetingan.

Konfigurasi kamera harus menggunakan driver yang menyulitkan proses

perawatan.

Dari beberapa kekurangan yang ada maka dilakukan perbaikan untuk

mengatasi kendala yang ada pada kamera OMRON. Seksi Machining Process

Development divisi Engineering PT. XYZ mencoba menggunakan jenis sensor kamera

yang berbeda. Jenis sensor kamera tersebut yaitu SICK Inspector I10. Penambahan

alat pendeteksi stopper hole ini di harapkan tidak akan menambah proses kerja

yang memberatkan kerja operator. Perancangan menempatkan proses pengecekan

- 134 -

stopper hole pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier. Hal-hal yang

menjadi pertimbangan penempatan sensor kamera yaitu harus sesudah proses

stopper hole drilling dan memungkinkan untuk dipasang sensor kamera. Pada mesin

Automation Centre Bosh Cutting and Grafier terdapat motor posisi untuk memposisikan

piston dari konveyor yang di bawa oleh gripper. Proses posisi pada mesin

Automation Centre Bosh Cutting and Grafier digunakan agar mempermudah operator

dalam meletakkan piston ke konveyor, sehingga operator bisa menempatkan piston

dengan arah yang sembarang. Perancang memanfaatkan proses posisi piston

tersebut untuk mengecek keadaan stopper hole sehingga tidak menambah proses

yang memberatkan operator dalam bekerja. Untuk fungsi peringatan memanfaatkan

alarm yang ada pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier. Gambar

25 menjelaskan letak sensor kamera.

Gambar 25. Letak Sensor Kamera SICK Inspector I10

Dalam proses posisi tersebut, arah pin hole diposisikan menghadapkan ke arah

operator, karena proses selanjutnya adalah Centre Bosh Cutting dan proses grafier

yang terdapat pin pengarah sehingga posisi piston menjadi lurus. Pada proses

grafier label terletak pada kanan atau kiri pin hole. Gambar 26 menjelaskan

tentang grafier

Gambar 26. Proses Grafier

- 135 -

Peletakan kamera harus menyesuaikan posisi dari stopper hole. Letak stopper

hole membentuk sudut dengan sumbu piston dengan besar sudut 24 derajat. Pada

mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier tinggi jig dari base mesin yaitu 123

mm dan jarak stopper hole dari base mesin yaitu 143 mm. Oleh karena itu sensor

kamera mengikuti tinggi dari stopper hole. Gambar 27 memperlihatkan tinggi sensor

kamera dari base mesin.

Gambar 27. Tinggi sensor kamera

Dalam penempatan sensor kamera maka dibuatkan dudukan sebagai tempat

untuk memproses pengecekan stopper hole. Dudukan diupayakan bisa diatur,

sehingga letak sensor kamera bisa dirubah sesuai dengan kebutuhan. Gambar 28

menjelaskan dudukan sensor kamera.

Gambar 28. Dudukan sensor kamera

z

Y

143 mm

- 136 -

Dari gambar di atas dudukan sensor kamera bisa diubah posisinya searah

sumbu Y dan sumbu Z. Pada proses pengecekan stopper hole sensor kamera harus

lurus menghadap stopper hole sehingga tampilan stopper hole terlihat berada pada

tengah sensor kamera. Hal ini dilakukan agar proses pengecekan berjalan lancar.

Pada mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier terdapat motor posisi

yang memposisikan piston dari arah yang sembarang ke arah yang dituju. Proses

posisi memanfaatkan pin hole sebagai titik acuannya. Pada proses posisi terdapat

sensor photoelectric untuk mengindikasikan posisi piston terhadap pin hole.

Spesifikasi Sensor Kamera Sick Inspector I10

Sensor kamera Sick Inspector I10 merupakan sebuah sensor yang bekerja sebagai

pengganti mata dalam sebuah pengecekan. Sensor kamera mempunyai prinsip kerja

menangkap gambar atau penampang dari sebuah pencitraan dan kemudian

dikelola berdasarkan pengaturan yang telah dilakukan. Sensor kamera ini bisa

menangkap gambar berdasarkan dari nilai exposure-nya. Semakin kecil nilai

exposure semakin cepat sensor kamera tersebut bekerja. Waktu terpendek exposure

yaitu 0.025 ms atau 1/40.000 detik dan waktu terpanjang exposure yaitu 100 ms

atau 1/10 detik. Dalam cakupan sensor kamera ini bisa mengambil gambar 40.000

gambar dalam satu detik. Pengaturan besar nilai exposure dilakukan pada aplikasi

sensor kamera Sick Inspector yang terinstal dalam komputer. Gambar 29

menjelaskan tentang pengaturan exposure.

Gambar 29. Pengaturan Exposure

Nilai Exposure

- 137 -

Tipe sensor kamera yang digunakan yaitu tipe dome. Pada sensor kamera ini dome

adalah berupa cangkang atau mangkuk yang memusatkan penyinaran dalam

proses pengambilan gambar. Gambar 30 memperlihatkan perbedaan bentuk sensor

kamera dengan menggunakan dome dan tidak menggunakan dome.

Gambar 30. Sensor kamera dome dan tidak dome

Gambar 30 di atas memperlihatkan perbandingan bentuk sensor kamera dengan

mengunakan dome dan tidak menggunakan dome. Sensor kamera Sick Inspector I10

memiliki berbagai macam masukan dan keluaran yang dapat digunakan sesuai

kebutuhan. Tabel 4 dan Gambar 31 menjelaskan tentang koneksi yang ada pada

kamera beserta fungsi dan karakteristiknya.

Gambar 31. Port transfer data Sensor kamera

Dome

- 138 -

Tabel 4. Port transfer data Sensor kamera

Tabel 4 menjelaskan koneksi data dalam pengaturan sensor kamera. Pengaturan

dilakukan pada komputer dan dengan menggunakan software Sick Inspector I10.

Pengiriman data dilakukan dengan menghubungkan sensor kamera dengan

komputer melalui kabel Ethernet 4 pin M12 dan akan terkoneksi ke jaringan LAN

pada komputer.

Gambar 32. Masukan dan keluaran sensor kamera

Inspector connector pinning – Ethernet 4 pin M12

Pin Signal Signal description

1 Tx+ Transmit +

2 Rx+ Receive +

3 Tx- Transmit –

4 Rx- Receive –

- 139 -

Tabel 5. Masukan dan keluaran sensor kamera.

Pada Tabel 5 dan Gambar 32 terdapat 12 masukan dan keluaran yang

terdapat pada sensor kamera Sick Inspector I10. Namun dalam sistem pengecekan

stopper hole hanya membutuhkan 5 masukan dan keluaran yang digunakan dengan

masing-masing fungsi. Masukan dan keluaran yang digunakan yaitu:

Pin 1 (Brown). Pin 1 digunakan sebagai sumber tegangan sensor kamera

dengan besar tegangan 24 volt DC. Sumber tegangan sensor kamera

berasal dari power supply DC 24 volt yang terhubung juga dengan PLC.

Pin 2 (Blue). Pin 2 merupakan ground untuk sensor kamera.

Pin 3 (White). Pin 3 atau In3 adalah masukan untuk sensor kamera. In3

digunakan sebagai image trigger yaitu mengambil gambar sebanyak satu

kali, sehingga image yang terlihat hanya satu gambar Sebagai contoh

ketika kita akan mengambil foto dengan kamera, kita harus menekan tombol

capture jika kita ingin mengambil gambar. Sekali tekan maka akan diperoleh

satu gambar. Tombol capture pada kamera tersebut kita analogikan sebagai

In3 atau Image Trigger. Pada proses pengecekan stopper hole, In3 digunakan

untuk mengecek keberadaan stopper hole.

Pin 10 (Violet). Pin 4 atau In4 adalah masukanan untuk sensor kamera selain

In3. Pin 4 digunakan dalam proses scanning pin hole. Pada pin 4 terdapat

fungsi encoder sebagai pengidentifikasi objek yang dicari. Encoder tersebut

memberikan sinyal kepada kamera tentang objek yang dicari.

Inspector connector pinning – Power In/Out, 12 pin, M12 connector Pin Colour* Signal Signal description 1 Brown Power 24 V power supply 2 Blue GND Ground 0V 3 White In3 Image trigger + External object selection (24 V) 4 Green Out1 Keluaran 1 – Object not located (B-type) 5 Pink In2 External teach + External object selection (24 V) 6 Yellow Out2 Keluaran 2 – Inspection failed (B-type) 7 Black Out3 Keluaran 3 – All pass (B-type) 8 Grey In1 External object selection (24 V) 9 Red Ext trigger External trigger, external illumination, (5 V TTL) 10 Violet In4 Encoder + External object selection (24 V) 11 Grey/pink TRB Reserved 12 Red/blue TRA Reserved

- 140 -

Pin 7 (Black). Pin 7 atau Out 3 merupakan salah satu dari keluaran yang ada

pada sensor kamera. Out 3 aktif pada saat all passed berarti aktif pada

saat semua indikasi pengecekan terpenuhi. Pada pengecekan stopper hole

terdapat dua indikasi yaitu object locator dan detailed inspection. Gambar 33

menjelaskan tentang object locator dan detailed inspection.

Gambar 33. Object locator dan detailed inspections Pada software sensor kamera out3 dicantumkan pada hasil akhir. Gambar 34

menjelaskan all passed

Gambar 34. Passed Out3 Prinsip Kerja Sensor Kamera Sensor kamera SICK Inspector I10 bekerja mencocokan image sebuah pencitraan

dengan master image yang telah dibuat. Pada awal penggunaan sensor kamera

Object Locator

Detailed Inspections

Out3

- 141 -

dibuat terlebih dahulu master image sebagai patokan atau referensi image yang

akan ditangkap oleh sensor kamera. Gambar 35 menjelaskan cara kerja dari

sensor kamera.

Gambar 35. Cara Kerja Sensor Kamera

Rangkaian Elektrik Sensor kamera

Pada masukan keluaran sensor kamera, terdapat lima pin yang dipakai dua pin

untuk power dan tiga pin untuk data. Dari tiga pin data tersebut dua pin masukan

dan satu pin keluaran. Untuk menggunakan tiga masukan keluaran tersebut

dibutuhkan relay sebagai perantara sensor kamera ke PLC. Relay yang digunakan

yaitu relay 24 volt DC Omron MY2N. Pin masukan dihubungkan ke NO (normaly

open) relay. Jika relay aktif maka masukan tersebut akan tersambung. Sedangkan

pin keluaran disambungkan ke common relay, jika keluaran tersebut aktif maka akan

mengaktifkan relay. Gambar 36 akan menjelaskan tentang rangkaian pada sensor

kamera.

Master Image Image yang didapat

OK

NG

- 142 -

Gambar 36. Rangkain Sensor kamera

Dalam Gambar 36, rangkaian relay satu disimbolkan dengan RY 100 relay dua

dengan RY 101 dan relay tiga dengan RY 102. NO relay satu dihubungkan dengan

In3 yang berfungsi sebagai trigger. NO relay dua dihubungkan dengan In4 yang

berfungsi sebagai switch screen atau scanning sedangkan common relay tiga

dihubungkan dengan Out3 yaitu keluaran dari sensor kamera. Untuk rangkain pada

PLC akan dijelaskan pada Gambar 37.

Gambar 37. Rangkain Masukan sensor kamera

Pada Gambar 37, common dari relay RY 100 dihubungkan ke alamat 05.11 PLC.

Alamat 05.11 merupakan keluaran dari PLC untuk mengaktifkan relay dan

mengaktifkan in3 sebagai trigger sensor kamera. Untuk alamat 05.12 dihubungkan

- 143 -

ke common relay RY 101 untuk mengaktifkan in4 sebagai scanning sensor kamera.

COM dari PLC dihubungkan ke netral sehingga alamat dari PLC bernilai negatif dan

common relay yang satu lagi dihubungkan ke P24. Untuk rangkaian keluaran sensor

kamera dijelaskan pada Gambar 38.

Gambar 38. Rangkain Keluaran sensor kamera

Pada Gambar 37 keluaran dari NO relay RY 102 dihubungkan ke alamat 04.03

PLC. Alamat 0.03 merupakan masukan untuk PLC, sehingga jika sensor kamera

mengindikasikan bahwa pengecekan stopper hole tersebut berhasil, maka akan

memberikan masukan kepada PLC dan PLC akan melanjutkan proses mesin. COM

dari alamat 0.03 dihubungkan ke P24 sehingga relay bernilai negatif. Pada

perancangan stopper hole dibuatkan switch untuk mengaktifkan dan mematikan

sensor kamera. Hal ini dilakukan jika sensor kamera tidak digunakan atau sensor

kamera sedang mengalami perbaikan sehingga tidak menggangu proses produksi.

Selector switch tidak ditempatkan bersamaan dengan panel box mesin auotomation

centre bosh cutting and grafier, dikarenakan tidak ada ruang yang cukup untuk

menambah selector switch tersebut. Selector switch ditempatkan disamping panel box

PLC. Gambar 39 menjelaskan tentang selector switch untuk sensor kamera.

Gambar 39. Selector switch sensor kamera.

0.03

- 144 -

04.15

COM

P24N

SS Kamera On

Untuk rangkaian elektrik selector switch sensor kamera dijelaskan pada Gambar 40.

Gambar 40. Rangkain Elektrik Switch On/Off Sensor kamera

Gambar 40 memperlihatkan COM dari PLC bernilai P24, sehingga selector switch

dihubungkan ke netral dan alamat 04.15 sebagai masukan PLC. Jika selector switch

aktif maka proses pengecekan stopper hole dilakukan sedangkan jika selector switch

tidak aktif fungsi atau proses dari sensor kamera dilewatkan sehingga PLC tidak

perlu menunggu masukan dari sensor kamera sebagai tanda bahwa proses

dilanjutkan atau tidak dilanjutkan.

Pengaturan Sensor kamera SICK Inspectro I10

Pengaturan sensor kamera dapat dilakukan melalui sebuah PC atau laptop sebagai

media perantara antara software sensor kamera dengan sensor kamera tersebut.

Software yang digunakan yaitu bawaan dari sensor kamera SICK Inspector I10 yaitu

SOPAS Engineering Tool. Antara laptop dan sensor kamera dihubungkan melalui

kabel Ethernet 4 pin M12. Gambar 41 dan Gambar 42 memperlihatkan alat-alat

yang digunakan untuk mengatur sensor kamera.

Gambar 41. SOPAS Engineering Tool

- 145 -

Gambar 42. Koneksi Sensor kamera

Pengaturan Koneksi Sensor kamera SICK Inspectro I10

Untuk menghubungkan sensor kamera dengan PC laptop maka dilakukan konfigurasi

agar koneksi tersebut bisa terhubung. Ada beberapa hal yang harus dilakukan agar

sensor kamera bisa terhubung dengan software SOPAS Engineering Tool antara lain:

Untuk pertama kali menghubungkan sensor kamera dengan PC laptop, maka

harus dilakukan pengaturan IP address. IP address PC harus sesuai dengan

software SOPAS Engineering Tool. Apabila sudah terhubung, maka jika akan

menghubungkan kembali sensor kamera dengan SOPAS Engineering Tool

tidak lagi mengatur IP address karena sudah terdeteksi pada saat pertama

kali pengaturan.

Pengaturan IP addres pada pc laptop bisa dilakukan melalui network

connection yang ada pada control panel. Pada network connection terdapat

pilihan dial up dan LAN connection, koneksi Ethernet merupakan koneksi

jaringan LAN.

Pengaturan View Sensor kamera SICK Inspector I10

Pengaturan sensor kamera SICK Inspector I10 dilakukan pada software SOPAS

Engineering Tool. Didalam software tersebut terdapat beberapa pengaturan seperti

pengaturan resolusi, edge strength dll. Gambar 43 memperlihatkan software sensor

kamera.

- 146 -

Gambar 43. Software SOPAS Engineering Tools

Pada awal penggunaan sensor kamera perlu dibuat master image sebagai referensi

gambar yang akan dicari. Untuk membuat master image tersebut dapat dilakukan

dengan cara membuat baru yaitu add reference image dan menimpah master yang

lama dengan yang baru dengan cara replace reference image. Gambar 44

memperlihatkan add dan repalce reference image.

Gambar 44. Add dan Replace Reference Image

Jika akan mengatur resolusi dari sensor kamera maka cara pengaturan dilakukan

pada tab Image setting. Pada tab object locator dan detailed inspections terdapat

pengaturan edge strength sebagai pengatur warna dari objek yang akan dicari.

Gambar 44 memperlihatkan tab-tab yang ada pada SOPAS Engineering Tool.

- 147 -

Gambar 45. Pengaturan Pada Software

Pada sensor kamera SICK Inpector I10 terdapat beberapa alat bantu dalam proses

pengecekan stopper hole. Semua alat tersebut terdapat pada software SOPAS

Engineering Tool. Alat tersebut yaitu:

Search Region.

Object Locator

Detailed Inspection

Gambar 46 menjelaskan tentang alat pada SOPAS Engineering tool.

Gambar 46. Alat SOPAS Engineering Tool

Dalam perancangan terdapat perubahan metode pengecekan stopper hole.

Perubahan metode tersebut dilakukan karena mencari hasil yang terbaik. Pada

awal perancangan hanya memasukkan fungsi object locator dan detailed inspection.

Object locator dan detailed inspection diatur sesuai dengan letak stopper hole.

Detailed inspection yang digunakan yaitu jenis contour, pemilihan jenis detailed

inspection disesuaikan dengan proses pengecekan stopper hole. Dipilih detailed

inspection jenis contour karena sifatnya yang memperhatikan lokasi stopper hole. Jadi

dalam proses pengecekan, apabila letak stopper hole tidak sesuai dengan master

program maka dianggap salah. Nilai detailed inspection diatur pada kisaran 60 % -

Search region

Object locator

Detailed inspection

- 148 -

Mask

98 %. Nilai tersebut didapat dari hasil coba yang menunjukkan setiap proses

pengecekan nilai dari detailed inspection berkisar antara 60 – 98. Pada awal

perancangan masih banyak terjadi error karena penampang stopper hole yang

sangat kecil pada tampilan SOPAS Engineering Tool. Dari masalah tersebut maka

digunakan fasilitas zoom pada SOPAS Engineering Tool agar tampilan dari stopper

hole terlihat besar, sehingga mudah dalam pembentukan master program. Dengan

menggunakan zoom dapat mengatasi masalah penampang stopper hole yang kecil,

namun terdapat masalah pada ring groove. Letak stopper hole berada pada ring

groove dan pada proses pengecekan, penampang ring groove membuat nilai dari

detailed inspection menjadi berkurang karena ikut terinspeksi. Untuk mengatasi hal

tersebut dilakukan perubahan metode dalam pengecekan yaitu merubah bentuk dari

detailed inspection dan object locator. Pembentukan tersebut menggunakan fungsi

mask yang dapat diatur sesuai dengan rancangan. Gambar 47 memperlihatkan

tentang mask.

Gambar 47. Mask

Pembentukan detailed inspection dan object locator mengikuti alur dari ring groove.

Gambar 48 menjelaskan tentang pembentukan detailed inspection dan object locator

Gambar 48. Mask pada detailed inspection dan object locator

Penambahan Program PLC

Dalam proses pengecekan stopper hole pada mesin CBC dan Grafier perlu

ditambahkan program pengecekan pada PLC sebagai komunikasi antara sensor

- 149 -

kamera dengan mesin CBC dan Grafier. Proses pengecekan dimulai pada saat

motor posisi berputar. Alur pengecekan stopper hole dimulai ketika tombol start

ditekan dan unload akan mengambil piston dari setiap station pada mesin

automation centre bosh cutting and grafier. Unload merupakan serangkaian silinder

pneumatic untuk mengambil piston dengan cara mengripper piston tersebut.

Gambar 49 memperlihatkan flow proses dari sensor kamera.

Gambar 49. Flow Proses Unload

START

UNLOAD TURUN

GRIPE ON

UNLOAD NAIK

UNLOAD GESER KIRI

UNLOAD TURUN

GRIPE OFF

UNLOAD GESER KANAN

UNLOAD NAIK

PROSES POSITIONING AKTIF

PROSES CBC AKTIF

PROSES GRAFIER AKTIF

PROSES WASHING AKTIF

MAIN LOOP

- 150 -

Gambar 50. Flow proses Positioning Piston

MOTOR BERPUTAR

SENSOR PHOTOELECTRIC

AKTIF

MOTOR BERHENTI

CAPTURE IMAGE

MOTOR BERPUTAR DAN SCANNING PINHOLE

SENSOR PHOTOELECTRIC AKTIF

ALARM

MOTOR BERHENTI

RESET

ADA STOPPER

HOLE

CAPTURE > 4 KALI

PINHOLE TERBALIK

TIDAK

YA TIDAK

TIDAK

YA

YA

GOTO MAIN LOOP

GOTO START

PROSES POSISIONING

- 151 -

Gambar 50 memperlihatkan flow proses pada motor positioning. Penambahan

program PLC hanya pada proses motor posisi karena sensor kamera bekerja pada

saat motor posisi aktif. Dari flow proses sensor kamera tercantum bahwa proses

capture akan dilakukan maksimal sebanyak empat kali dan menyesuaikan waktu

proses mesin Otomation CBC dan Grafier. Hal tersebut dilakukan untuk

menanggulangi proses capture sebelumnya. Jika proses pengecekan stopper hole

berhasil akan dilanjutkan ke proses scanning pin hole untuk mengecek apakah posisi

stopper hole terbalik apa tidak dan jika tidak berhasil maka ditandakan dengan

alaram yang berupa buzzer dan proses mesin tidak akan berjalan kembali sebelum

tombol reset ditekan. Pada proses scanning akan diiringi oleh gerakan motor

posisioning. Jika proses scanning berhasil maka proses mesin akan lanjut, dan jika

tidak akan ditandakan dengan alaram. Gambar 51 memperlihatkan penambahan

program PLC ketika sensor kamera mengecek stopper hole.

Gambar 51. Program PLC Capture Sensor kamera

- 152 -

Gambar 52. Trigger kamera

Gambar 52, alamat 85.00 menandakan motor posisi berhenti. Ketika motor posisi

berhenti akan mengaktifkan alamat 184.00 sebagai trigger sensor kamera dengan

delay T0184 dan setiap trigger akan mengaktifkan keluaran Q 5.11. Apabila sensor

kamera mengalami kerusakan maka terdapat fungsi langsung (bypass) tanpa proses

sensor kamera dengan menggunakan switch On/Off. Gambar 53 menjelaskan

program PLC tentang fungsi langsung (bypass).

Gambar 53. Fungsi Bypass

Proses pada mesin Automation CBC dan Grafier akan kembali bekerja jika hasil dari

pengecekan stopper hole berhasil, jika tidak mesin akan berhenti.

- 153 -

Gambar 54. Inspeksi NG dan OK

Jika proses pengecekan stopper hole sudah selesai dan berhasil, maka dilanjutkan ke

proses scanning untuk mendeteksi apakah stopper hole tersebut terbalik posisinya

atau tidak. Gambar 55 memperlihatkan tambahan program pada proses scanning.

Gambar 55. Program Scanning

Setelah proses pengecekan dan scanning telah selesai maka menunggu proses yang

lainnya juga selesai. Apabila pengecekan stopper hole berhasil maka akan

memberitahukan informasi ke mesin dengan alamat 184.01sebagai inspeksi stopper

hole dan 185.02 sebagai inspeksi posisi stopper hole.

- 154 -

Jika hasil inspeksi gagal, maka buzzer akan menyala dan mesin centre bosh cutting

and grafier akan berhenti. Untuk mengembalikannya seperti semula, maka langkah

awal yaitu menekan memindahkan ke mode manual dan menekan tombol reset. Hal

ini dilakukan agar setiap bagian-bagian mesin kembali ke posisi semula. Setelah di

reset kembalikan ke mode otomatis dan tekan tombol AutoStart.

Pengujian

Pengujian Mesin Automation Centre Bosh Cutting and Grafier

Dalam penambahan proses inspeksi stopper hole pada mesin automation centre bosh

cutting and grafier maka fungsi dan kerja dari mesin tersebut tidak terganggu oleh

proses inspeksi stopper hole. Untuk mengetahui apakah kerja dari mesin automation

centre bosh cutting and grafier berjalan tanpa kendala, maka dilakukan pengujian

dengan cara mengecek secara manual setiap station yang ada pada mesin

automation centre bosh cutting and grafier. Pengecekan proses dilakukan mulai dari

konveyor 1 sampai dengan konveyor 2. Gambar 56 menjelaskan gambaran sistem

dari mesin automation centre bosh cutting and grafier.

Gambar 56. Mesin automation centre bosh cutting and grafier

3. Konveyor 1

5. Posistioning 6. CBC 7. Grafier 8. Washing

4. Konveyor 2

2. Unload 1

1. Unload 2

- 155 -

1. Konveyor 1

Pengujian konveyor 1 dilakukan dengan cara manual dan memperhatikan

beberapa parameter yang ada. Tabel 6 memperlihatkan hasil pengujian

konveyor.

Tabel 6. Pengujian konveyor 1 mesin CBC dan grafier

No Parameter pengujian Cara Pengujian Fungsi

1 Motor konveyor dapat berjalan Manual OK

2 Sensor proximity dapat mendeteksi piston

Manual OK

3

sensor proximity dapat memberikan inputan ke motor sehingga motor berhenti

Manual OK

2. Positioning

Pengujian pada proses positioning dilakukan dengan cara manual dan

melihat fungsi beberapa parameter pada proses tersebut.Flow proses

dari proses positioning berawal dari motor positioning berputar. Ketika

sensor photoelectric aktif melalui pinhole, maka akan mematikan motor

positioning. Tabel 4.5 memperlihatkan hasil pengujian proses positioning.

Tabel 7. Pengujian Proses Positioning


1 Motor positioning dapat berputar Manual OK

2 Sensor photoelectric dapat berfungsi ketika mendeteksi pinhole

Manual OK

3

Sensor photoelectric dapat memberikan sinyal untuk memberhentikan motor

Manual OK

- 156 -

3. Centre bosh cutting (CBC) Proses CBC merupakan proses pemotongan centre bosh. Pengujian

dilakukan dengan cara mengamati fungsi dan kerja dari proses CBC

terdapat beberapa parameter pengujian yang ada pada proses CBC.

Tabel 8 memperlihatkan hasil pengujian terhadap proses CBC

Tabel 8. Pengujian Centre Bosh Cutting


1 Slider dapat maju mundur

Manual OK

2 Selfeeder dapat turun Manual OK

3 spindel dapat berputar Manual OK

4. Grafier Label

Proses grafier merupakan proses pemberian label pada piston. Bagian-

bagian yang ada pada proses grafier yaitu Telesis pinstamp TMP 1700

dan slider untuk memajukan dan memundurkan piston ke posisi grafier.

Pengujian proses grafier dilakukan secara manual dengan melihat fungsi

dari setiap bagian yang ada pada prroses grafier. Tabel 9

memperlihatkan hasil pengujian pada proses grafier.

Tabel 9. Pengujian Proses Grafier


1 Slider dapar maju mundur

Manual OK

2 Grafier Telesis dapat membuat label pada piston

Manual OK

5. Washing Piston

Pengujian pada proses washing dilakukan dengan mengamati proses

tersebut dan mengecek setiap bagian yang bekerja pada proses

washing. Tabel 10 memperlihatkan hasil pengujian pada proses washing.

- 157 -

Tabel 10. Pengujian Washing Piston


1 Slider penutup dapat membuka dan menutup

Manual OK

2 Heater dapat berfungsi Manual OK

3 Pompa air dapat menyemprotkan air

Manual OK

6. Konveyor 2

Pengujian konveyor 2 sama dengan pengujian konveyor 1. Pengujian

dilakukan dengan cara manual dan memperhatikan beberapa parameter

yang ada. Tabel 11 menjelaskan pengujian konveyor

Tabel 11. Pengujian Konveyor 2


1 Motor konveyor dapat berjalan Manual OK

2 Sensor proximity dapat mendeteksi piston

Manual OK

3

sensor proximity dapat memberikan sinyal untuk memberhentikan motor

Manual OK

7. Unload 1

Pengujian dilakukan dengan cara manual dan memperhatikan beberapa

parameter yang ada. Tabel 12 memperlihatkan hasil pengujian Unload

1.

Tabel 12. Pengujian Unload 1

No Parameter pengujian Cara pengecekan Fungsi

1 Unload dapat bergeser ke kanan dan kiri

Manual OK

2 Unload dapat naik dan turun

Manual OK

3 Griper bisa on/off Manual OK

- 158 -

8. Unload 2

Unload 1 dan unload 2 mempunyai cara kerja yang sama. Maka

pengujian dilakukan sama dengan unload 1 yaitu dilakukan dengan cara

manual dan memperhatikan beberapa parameter yang ada. Tabel 13

memperlihatkan hasil pengujian Unload 2.

Tabel 13. Pengujian Unload 2

No Parameter pengujian Cara pengecekan Fungsi

1 Unload dapat bergeser ke kanan dan kiri

Manual OK

2 Unload dapat naik dan turun

Manual OK

3 Griper bisa on/off Manual OK

Pengujian Sensor Kamera

Pengujian yang dilakukan terhadap alat pengecek stopper hole dengan alat sensor

kamera SICK Inspector I10 yaitu:

Pengujian terhadap elektrik sensor kamera

Pengujian terhadap program kamera dan PLC

Pengujian terhadap letak sensor kamera

Pengujian terhadap hasil gambar sensor kamera.

Pengujian terhadap kestabilan sensor kamera

Pengujian Elektrik Sensor Kamera

Pengujian dilakukan pada tanggal 3 Januari 2011 di machining line 22 PT. XYZ.

Pengujian dilakukan untuk mengetahui apakah sensor kamera SICK Inspector I10 dan

relay dapat bekerja atau tidak. Setelah diuji pada mesin automation centre bosh

cutting and grafier, diketahui bahwa device tersebut dapat berfungsi dengan

baik.Tabel 14 memperlihatkan hasil pengujian terhadap elektrik sensor kamera.

- 159 -

Tabel 14. Pengujian Rangkain Elektrik

Pengujian Program

Pengujian dilakukan pada tanggal 5 Januari 2011 di line 22 machining PT. XYZ.

Pengujian yang dilakukan untuk menguji apakah program dapat berjalan dengan

baik apa tidak. Setelah diuji selama proses mesin automation centre bosh cutting and

grafier, ternyata program dapat berjalan dengan baik, mesin dapat berhenti ketika

hasil gambar memperlihatkan hasil NG, dan tidak mengganggu keseluruhan proses

mesin Otomation CBC dan Grafier. Tabel 15 memperlihatkan hasil pengujian

program.

Tabel 15. Pengujian program

Pengujian Letak Sensor Kamera

Pengujian dilakukan pada tanggal 10 Januari 2011 di line 22 Machining PT. XYZ.

No Waktu Tempat Hal yang diuji

OK NG

Keterangan

1. 3 Januari 2011 (10.00-11.00)

Line 22 PT XYZ

Pemeriksaan rangkaian elektrik (wiring)

√

Diperiksa secara manual

No Waktu Tempat Hal yang diuji OK NG

Keterangan

1. 5 Januari 2011 (11.30-12.00)

Line 22 PT XYZ

Program kamera berjalan

√

Sesuai dengan program yang dibuat

2. 5 Januari 2011 (12.00-12.30)

Line 22 PT XYZ

Program kamera tidak mengganggu proses mesin

√

Dilihat pada program PLC mesin (online)

3. 5 Januari 2011 (14.00-14.30)

Line 22 PT XYZ

Mesin CBC and grafier berhenti ketika tidak mendeteksi adanya stopper hole

√

Diperiksa secara manual

- 160 -

Pengujian yang dilakukan yaitu penempatan dari sensor kamera SICK Inspector I10

terhadap unload mesin. Untuk mengetahui posisi penempatan tersebut apakah

menabrak unload mesin CBC dan grafier. Setelah melihat mesin automation centre

bosh cutting and grafier beroperasi diketahui bahwa penempatan tersebut tidak

mengganggu proses mesin. Gambar 57 memperlihatkan posisi sensor kamera

terhadap unload mesin dan Tabel 16 memperlihatkan hasil pengujian penempatan

sensor kamera.

Gambar 57. Jarak sensor kamera dengan unload mesin

Tabel 16. Pengujian penempatan sensor kamera

No Waktu Tempat Hal yang diuji OK NG Keterangan 1. 10 Januari

2011 (09.30-10.00)

Line 22 PT XYZ

Posisi penempatan sensor kamera pada mesin CBC and grafier

√

Penentuan posisi untuk penempatan agar tidak menabrak unload mesin

2 10 Januari 2011 (10.00-10.30)

Line 22 PT XYZ

Jarak antara penempatan sensor kamera dengan piston

√

Penentuan posisi untuk penempatan agar gambar yang dihasilkan dapat fokus

Unload

Sensor Kamera

- 161 -

Pengujian Hasil Gambar Sensor Kamera

Pengujian dilakukan pada tanggal 12 Januari 2011 di line 22 machining PT XYZ.

Pengujian yang dilakukan untuk mengetahui citra pada piston yang dihasilkan bagus

atau tidak dan apakah nilai yang dihasilkan bagus atau tidak. Gambar 58

memperlihatkan bahwa pengambilan gambar tergolong bagus dan Tabel 17

memperlihatkan pengujian hasil gambar sensor kamera

Gambar 58. Tampilan gambar pada sensor kamera.

Tabel 17. Hasil Pengujian Gambar

Pengujian Kestabilan Sensor Kamera

Kestabilan dipengaruhi oleh coolant yang menempel pada piston. Untuk pengujian

kestabilan dilakukan dengan cara mengambil data proses pengecekan stopper hole

sebanyak 30 piston dengan indikasi capture untuk mendeteksi keberadaan stopper

hole dan scanning untuk mendeteksi apakah stopper hole tersebut terbalik apa tidak.

Tabel 18 memperlihatkan hasil pengujian kestabilan sensor kamera.

No Waktu Tempat Hal yang diuji OK NG

Keterangan

1. 12 Januari 2011 (09.00-1200)

Line 22 PT XYZ

Hasil gambar sensor kamera

√

Dilakukan terus - menerus dengan tipe piston yang berbeda

- 162 -

Tabel 18. Pengujian Kestabilan Sensor Kamera

TGL : 23 - 08 - 2011 JAM : 07.30 WIB JAM : 10.00 WIB JAM : 13.00 WIB JAM : 15.00 WIB No

P1 P2 Scan Hasil P1 P2 Scan Hasil P1 P2 Scan Hasil P1 P2 Scan Hasil 1 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK

2 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 3 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 4 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 5 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 6 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK

7 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 8 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 9 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK

10 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 11 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 12 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 13 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 14 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 15 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 16 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 17 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 18 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 19 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 20 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 21 x √ √ OK x X − − x √ √ OK x √ √ OK 22 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 23 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 24 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 25 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 26 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 27 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 28 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 29 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK 30 x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK x √ √ OK

30 OK 29 OK 30 OK 30 OK TOTAL : 30 PCS 0 −

TOTAL : 30 PCS 1 −



Pada tabel 18 terdapat satu proses inspeksi yang gagal. Hal itu disebabkan

adanya coolant yang menempel pada piston. Setelah adanya alat pendeteksi

stopper hole, maka secara otomatis jumlah reject dapat berkurang. Tabel 4.17

memperlihatkan berkurangnya jumlah reject tersebut.

Keterangan: P1 dan P2: Mengambil Gambar dengan cara 1 kali trigger Scan: Men-scan piston sambil diputar

- 163 -

Tabel 19. Pengujian Hasil Akhir

Bulan Keterangan

Dec 10’ Jan 11’ Feb 11’

Total (pcs)

Stopper hole tidak ada

0 1 0 1

Stopper hole terbalik

0 0 0 0

Dari Tabel 19 terlihat bahwa ada satu piston yang lolos, hal itu terjadi karena

kotornya piston oleh coolant yang menempel sehingga proses pengecekan tidak

sempurna.

Pengujian waktu proses inspeksi sudah memenuhi persyaratan. Standar cycle time

mesin adalah 18 detik, sedangkan untuk satu kali inspeksi membutuhkan waktu 4

detik. Maksimal inspeksi sebanyak empat kali proses, namun ideal pengecekan

sebanyak dua kali. Total waktu inspeksi 8 detik ditambah dengan proses scanning 5

detik menjadi 13 detik.

- 164 -

8 Studi Kasus Aplikasi 2:

Perancangan Simulasi Sistem Pendingin Otomasi pada Proses Reforming Industri Baja dengan Pengendali

Berbasis Mikrokontroler ATMEGA16

Pendahuluan

Dengan semakin majunya perkembangan teknologi di berbagai bidang baik

komunikasi, industri, pendidikan, kesehatan, dan lain-lain, maka semakin banyak alat

yang dibuat ataupun dirancang serta diciptakan dengan maksud agar dapat

mempermudah aktivitas manusia dalam melaksanakan segala macam kegiatannya.

Dengan kondisi ini, timbullah ide untuk membuat modul simulasi sistem otamatis

pendingin pada proses reforming. Di sini akan dibahas “Pembuatan Modul Simulasi

Sistem Otomasi Pendingin Pada Proses Reforming Industri Baja dengan Pengendali

Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16”. Pada kenyataan yang sebenarnya, alat ini

umumnya digunakan pada bidang industri terutama pada industri logam (baja).

Tujuan sistem pendinginan dalam proses reforming ini adalah untuk mempercepat

proses pengerasan baja menjadi kaku yang dalam kenyataannya menggunakan

cairan khusus, yaitu cairan Hidrogen. Sistem yang akan dititikberatkan adalah

simulasi dari pendinginan secara otomatis yang menjadi salah satu bagian pada

proses reforming baja agar menjadi keras dan kaku. Modul simulasi ini bekerja

menggunakan sensor infrared sebagai pengkondisi pada konveyor yang terhubung

dengan mikrokontroler. Mikrokontroler berfungsi sebagai pengendali utama dari

modul simulasi. Setiap input dan output yang dilakukan nantinya, akan ditampilkan

pada display LCD sehingga dapat ditampilkan hasil yang diinginkan.

Dengan meninjau latar belakang yang ada maka rumusan permasalahannya

adalah:

Bagaimana pembuatan sistem pendingin pada proses reforming dalam modul

simulasi sehingga dapat berjalan otomatis?

- 165 -

Bagaimana pembacaan sensor pengkondisi sebagai input pada proses reforming

dalam modul simulasi?

Bagaimana menampilkan tahapan yang sedang dikerjakan pada proses

reforming oleh alat simulasi menggunakan display LCD?

Inframerah

Sinar inframerah adalah sinar atau gelombang elektromagnet yang mempunyai

frekuensi lebih rendah (atau dengan kata lain panjang gelombang lebih besar) dari

warna merah. Penggunaan inframerah yang paling populer adalah pada peranti

remote control TV. Pada robot misalnya, selain untuk remote control, sensor

inframerah juga dapat digunakan sebagai sensor proksimasi ataupun pengukur

jarak. Untuk itu diperlukan LED inframerah dan penerima inframerah, yang memuat

detektor inframerah beserta pelengkapnya seperti tapis, penguat, dan demodulator.

Sinar inframerah yang dipancarkan mempunyai frekuensi 38-40 kHz untuk

membedakan dengan pancaran sinar inframerah lain (misal dari lampu atau sinar

matahari). Pada penerima demodulator digunakan untuk mengubah sinyal tersebut

menjadi sinyal biner biasa.

Gambar 1. Respon Sensor Inframerah

- 166 -

Phototransistor

Phototransistor adalah transistor (biasanya dari jenis NPN) yang dapat meneruskan

arus sesuai dengan banyaknya intensitas cahaya yang mengenainya. Berbeda

dengan photoresistor yang peka terhadap cahaya tampak, phototransistor dan juga

photodioda lebih peka terhadap cahaya pada spectrum inframerah. Cahaya pada

phototransistor menggantikan peranan arus basis, semakin banyak intensitas cahaya,

semakin banyak pula arus yang dapat dialirkan dari kolektor ke emitor.

Gambar 2. Rangkaian Phototransistor

Contoh rangkaian phototransistor diatas bersifat aktif low, yang berarti tegangan

output berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang diterima. Output

rangkaian phototransistor biasanya dihubungkan dengan pengkondisi sinyal biner

seperti inverting transistor, komparator, ataupun Schmidt trigger.

Phototransistor sering ditemui dalam kemasan berpasangan dengan LED (biasanya

inframerah) membentuk rangkaian optokopler (atau optoisolator) dan optoreflektor.

LCD (Liquid Cristal Display)

LCD (Liquid Crystal Display) merupakan komponen elektronika yang tipis, datar yang

digunakan sebagai media dari penyampaian sebuah informasi dengan menampilkan

sejumlah karakter atau beberapa monokromatik pixel yang mempunyai latar

belakang sebuah sumber cahaya atau reflector.

- 167 -

LCD karakter menggunakan catu daya yang kecil sehingga hanya membutuhkan

baterai elektronik. LCD yang terpakai adalah LCD bertipe 16 x 2 yang berarti LCD

yang terdiri dari 2 baris dimana di setiap barisnya hanya mampu menampilkan

sebanyak 16 karakter. LCD (Liquid Crystal Display) terdiri dari 8 bit data bus (DB0-

DB7) yang digunakan untuk menyalurkan data ASCII (American Standard Code for

Information Interchange) maupun perintah pengatur kerjanya. Selain 8 bit tersebut,

ada 3 line kontrol yang merupakan bagian terpenting ketika dihubungkan oleh

mikrokontroller.

Pengiriman data ke LCD (Liquid Crystal Display) ada dua macam tipe data, yaitu

sebagai instruksi dan sebagai data karakter untuk menginterpretasikan kedua data

tersebut, digunakan instruksi Register Select dimana untuk membedakan kondisi

tersebut, jika kondisi berlogika = 1 (high) data yang diterima adalah data karakter

untuk ditampilkan di LCD sedangkan, bila berlogika = 0 (low) data yang diterima

LCD (Liquid Crystal Display) adalah data instruksi.

Instruksi diperlukan untuk LCD (Liquid Crystal Display), untuk menghapus layar atau

bisa untuk memindahkan dan meletakkan kursor pada baris dan kolom tertentu. Data

yang diperoleh di LCD nantinya akan diperintahkan untuk dibaca atau ditulis

dengan menggunakan Read & Write, data akan dituliskan di LCD bila berlogika = 0

(low), sedangkan data akan dibaca dari LCD bila berlogika = 1 (high). Kedua

instruksi tersebut akan aktif jika insruksi Enable berlogika = 1 (high), sebaliknya jika

berlogika = 0 (low), kedua instruksi tersebut akan dinonaktifkan.

Gambar 3. LCD (Liquid Cristal Display)

Spesifikasi Alat yang Dibutuhkan

Pada proses reforming, terdapat beberapa tahapan sampai akhirnya baja dapat

digunakan, yaitu mulai dari baja panas, kemudian melalui proses vacuum dan

- 168 -

dilanjutkan dengan proses pendinginan untuk pengerasan baja. Pada pembuatan

modul ini, penulis mensimulasikan tahap “pendinginan” sebagai salah satu proses

reforming yang ditunjukkan pada Gambar 4 berikut ini.

Gambar 4. Bagan Proses Reforming

Sebelum membuat Modul Sistem Otomasi Pada Reforming Industri Baja ini, spesifikasi

yang dibutuhkan dalam pembuatan simulasi, yaitu sebagai berikut:

Membuat Modul Sistem Pendingin Otomasi Pada Proses Reforming Industri

Baja dengan pengendalinya berbasis mikrokontroler.

Menggunakan 5 buah DC motor sebagai penggerak pada konveyor I dan II,

capit, lengan naik-turun dan kanan-kiri.

Menggunakan driver motor sebagai pengendali motor DC

Tampilan terhadap proses yang sedang dikerjakan.

Adanya LCD yang memonitoring dan menampilkan proses

Untuk memenuhi permintaan di atas maka penulis mengumpulkan data berupa

spesifikasi komponen-komponen yang diperlukan, antara lain:

Menggunakan mikrokontroler ATMEL ATmega16 sebagai otak dari simulasi ini.

Menggunakan DI-Smart LCD 16x2 sebagai display penampil proses yang sedang

dikerjakan.

Menggunakan 5 buah motor DC NPC 02446 sebagai penggerak terhadap

konveyor I dan II, capit, lengan naik-turun dan kanan-kiri.

Driver motor L298 sebagai pengendali motor DC.

Limit switch

Baja Panas Proses Vacuum Proses Pendinginan

- 169 -

Motor DC

Motor DC yang penulis gunakan dalam modul simulasi lengan robot ini adalah motor

DC NPC 02446 yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Motor DC NPC 02446

Tabel 1 berikut ini menerangkan spesifikasi dari motor DC NPC 02446.

Tabel 1. Spesifikasi motor DC

Spesifikasi Keterangan

Merk NPC 02446

Tegangan maksimal 24 volt

Putaran maksimal 60 rpm

Diameter 1 inch

Berat 0.5 kg

Jumlah motor DC yang digunakan dalam simulasi lengan robot ini berjumlah 5 buah,

dengan fungsi tiap motor adalah sebagai berikut:

Motor DC pertama digunakan untuk menggerakkan konveyor 1 (satu arah)

Motor DC kedua digunakan untuk menggerakkan konveyor 2 (satu arah)

Motor DC ketiga digunakan untuk menggerakkan lengan (dua arah)

Motor DC keempat digunakan untuk menggerakkan elevator (dua arah)

Motor DC kelima digunakan untuk menggerakkan capit (dua arah)

- 170 -

Limit Switch

Limit switch yang penulis gunakan disini berfungsi sebagai penanda jarak, dimana

pada jarak tertentu atau yang telah ditentukan tercapai maka sequence berubah ke

proses selanjutnya, serta digunakan sebagai penentu posisi.

Limit switch yang dapat digunakan untuk pembuatan alat ini adalah limit switch

bertipe H3001-1571 (Hired Hand Lower Limit Switch) seperti diperlihatkan pada

Gambar 6.. Hal ini karena limit switch ini mempunyai spesifikasi batas kerja yang

sangat cocok untuk alat yang dibuat.

Gambar 6. Hired Hand Lower Limit Switch

Dalam alat ini digunakan 4 limit switch yaitu:

Limit switch atas, penulis menggunakan ini pada elevator yang fungsinya

sebagai batas maksimum elevator bergerak naik

Limit switch bawah, penulis menggunakan ini pada elevator sebagai batas

maksimum elevator bergerak turun

Limit switch capit, penulis menggunakan ini sebagai pengkondisi maksimal pada

capit ketika capit telah mencengkram material (capit menutup)

Switch counter, penulis menggunakan ini sebagai pengkondisi bahwa material

sudah mencapai bak penampung

Sensor Phototransistor dan inframerah

Dalam alat ini digunakan inframerah sebagai transmitter dan phototransistor sebagai

receiver. Phototransistor dan inframerah disusun menjadi sebuah rangkaian seperti di

bawah ini. Tujuan dari rangkaian ini adalah untuk mendeteksi posisi, yang dalam

- 171 -

alat ini digunakan untuk mendeteksi posisi benda dan posisi lengan. Gambar 7 dan

Gambar 8 berturut-turut memperlihatkan sensor inframerah dan rangkaian

phototransistor.

Gambar 7. Inframerah dan Phototransistor

Gambar 8. Rangkaian phototransistor dan inframerah

- 172 -

Secara umum prinsip kerja phototransistor yang digunakan pada alat ini sama

dengan prinsip kerja transistor tipe NPN, yang akan mengalirkan arus dari kolektor

ke emitor, apabila basis mendapat trigger sebesar Ib, dimana Ib ≈ Ic. Pada

phototransistor, trigger basis dihasilkan oleh cahaya dari inframerah. Ketika

inframerah tidak ,menyala atau cahayanya terhalang, maka tegangan output

mendekati tegangan input. Tetapi apabila inframerah menyala dan cahayanya

tidak terhalang, tegangan output sama dengan ground.

Driver Motor DC

Untuk menggerakkan kelima buah motor DC seperti yang telah disebutkan pada

pembahasan sebelumnya, maka digunakan 2 buah driver motor L298. Gambar 9

memperlihatkan gambar motor driver L298.

Gambar 9. Motor Driver L298

Di mana driver L298 ini memiliki spesifikasi spesifikasi seperti berikut ini.

- 173 -

Tabel 2. Spesifikasi Driver motor L29

Spesifikasi Keterangan

Tipe L298

Input tegangan maksimal 46 volt

Arus maksimal 4 ampere

Output 4

Logic low 0 – 1,5 volt

Gambar 10 memperlihatkan blok diagram dari driver motor L298.

Gambar 10. Blok diagram L298

Sedangkan Tabel 3 memperlihatkan Logic Diagram L298.

- 174 -

Tabel 3. Logic diagram L298

Enable Input

1

Input

2

A’ B’ C’ D’ A’’ B’’ C’’ D’’ Output

1

Output

2

Arah

putar

High 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 VS 0 CW

High 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 VS CCW

Perancangan dan Pembuatan

Modul Sistem Pendingin Otomasi Pada Proses Reforming Industri Baja ini

menggunakan IC ATmega16 sebagai otak pengendali dari mulai proses awal

hingga akhir. Simulasi ini diumpamakan sebagai lengan yang bergerak otomatis

dari konveyor I untuk mengambil produk kemudian membawa produk tersebut ke

proses pendinginan dan terakhir memindahkannya ke konveyor II.

Urutan kerja modul simulasi alat ini dimulai dari sensor yang berfungsi sebagai

pengkondisi lengan (input) kemudian dikirim datanya kepada mikrokontroler

ATmega 16.

Setelah itu mikrokontroler akan memerintahkan motor DC (output) mana yang akan

bergerak, serta menampilkannya pada LCD.

Spesifikasi Alat

Dalam perancangan modul Sistem Pendingin Otomasi Pada Proses Reforming Industri

Baja ini (Gambar 11 dan Gambar 12), spesifikasi yang diinginkan adalah sebagai

berikut:

Membuat modul simulasi lengan robot dengan pengendalinya berbasis

mikrokontroler.

Menggunakan 5 buah DC motor sebagai penggerak pada konveyor I dan II,

capit, lengan naik-turun dan kanan-kiri.

Menggunakan driver motor sebagai pengendali motor DC

Menggunakan sensor sebagai pengkondisinya.

Sehingga spesifikasi alat ini sebagai berikut :

- 175 -

Alat ini membutuhkan input 15 volt DC.

Mikrokontroler yang digunakan adalah ATmega16

Penampil proses yang sedang dikerjakan berupa LCD DI-Smart LCD

16X2

Driver motor yang digunakan adalah driver motor L298 sebagai

pengendali motor DC

Gambar 11. Perancangan Modul Simulasi secara keseluruhan(1)

dan tampak samping(2)

- 176 -

Gambar 12. Modul Simulasi secara keseluruhan (1) dan tampak atas (2)

Gambar 13. Blok diagram simulasi lengan robot

Dari Gambar 13 di atas menunjukkan perancangan dari alur proses kerja simulasi

lengan robot hingga bisa berjalan secara otomatis. Pertama dimulai dari tombol

power.

Ketika tombol power dihidupkan maka tegangan 220V masuk ke modul 15V AC

untuk diubah menjadi 15V DC, yang kemudian disalurkan lagi ke modul 5V dan ke

driver L298 agar driver siap untuk menggerakan motor sesuai dengan perintah

mikrokontroler ATmega 16.

Mikrokontroler ATmega 16 akan memberi perintah kepada driver L298 setelah

mendapat masukan dari Phototransistor dan Limit Switch.

Setelah driver L298 mendapat perintah dari mikrokontroler ATmega16, maka driver

akan menggerakkan motor DC ke arah yang diperintahkan oleh mikrokontroler.

- 177 -

Dan selanjutnya mikrokontroler akan memberikan perintah juga kepada LCD untuk

menampilkan proses kerja yang sedang dikerjakan pada saat itu.

Mikrokontroler ATmega16

Mikrokontroler ATmega16 adalah rangkaian hardware yang paling utama, yang

mana berfungsi sebagai otak dari semua hardware yang ada di dalam modul

simulasi lengan robot ini. Pada gambar 4.2 merupakan rangkaian skematik CPU

(Central Processing Unit) dari ATmega16, dan gambar 4.3 merupakan gambar dari

modul board ATmega16

Gambar 14. Board Modul mikrokontroler ATmega 16

Pada Gambar 14, rangkaian modul mikrokontroler Atmega16 di atas, dibuat

settingan port – port sebagai berikut (Tabel 4):

- 178 -

Tabel 4. Fungsi Port – port ATmega16

Port Fungsi Interface

Port A.1

Port A.3

Port A.5

Port A.7

Port B

Port C

Masukan

Masukan

Masukan

Masukan

keluaran

keluaran

phototransistor 1

phototransistor 2

phototransistor 3

phototransistor 4

LCD

Motor DC

Pada Tabel 5 di bawah ini adalah settingan detail untuk tiap-tiap port.

a. Lengan untuk bergerak ke kiri dan ke kanan (menggunakan port C2 dan C3)

Tabel 5. Fungsi Port untuk Lengan Robot

Kondisi

Port C2 Port C3

Arah Putaran

1 0 Ke Kiri

0 1 Ke Kanan

b. Lengan untuk bergerak naik dan turun (menggunakan port C4 dan C5)

Tabel 6. Fungsi Port C4 dan C5 pada Lengan

Kondisi

Port C4 Port C5

Hasil

1 0 Lengan akan turun

0 1 Lengan akan naik

- 179 -

c. Capit (menggunakan port B6 dan B7)

Tabel 7. Fungsi Port B6 dan B7 pada Capit

Kondisi

Port B6 Port B7

Hasil

1 0 Ketika port B6 bernilai 1 dan port B7

bernilai 0 maka Capit akan membuka

0 1 Ketika port B6 bernilai 0 dan port B7

bernilai 1 maka Capit menutup

d. Konfigurasi port-port untuk LCD

LCD akan aktif (enabled) apabila pin B2 bernilai 1

LCD akan melakukan re-write apabila pin B1 bernilai 1

LCD akan melakukan re-store apabila pin B0 bernilai 1

Driver motor L298

Fungsi driver motor disini adalah untuk menggerakkan motor DC sesuai dengan yang

diperintahkan oleh mikrokontroler ATmega16.

Pada modul simulasi lengan robot ini, penulis menggunakan 2 buah driver motor

L298 untuk menggerakkan 5 buah Motor DC.

Gambar 15 di bawah adalah gambar rangkaian dari driver motor L298.

Sedangkan Gambar 16 adalah gambar dari board modul dari driver motor L298.

- 180 -

Gambar 15. Rangkaian driver motor L298

Gambar 16. Board modul L298

- 181 -

Driver motor L298 ini bekerja untuk menggerakkan konveyor I dan II, lengan naik-

turun, capit buka-tutup.

Modul Power Supply 5 volt

Gambar 17 di bawah ini adalah gambar rangkaian dari Modul Power Supply 5volt

yang penulis buat, yang berfungsi sebagai pemberi tegangan sebesar 5V DC

kepada phototransistor dan inframerah.

Gambar 17. Rangkaian Modul Power Supply 5 volt

- 182 -

Limit Switch

Gambar 18 dan Gambar 19 di bawah ini adalah gambar dari modul rangkaian

limit switch yang berfungsi sebagai power supply (pemberi tegangan) 5volt DC

kepada limit switch.

Gambar 18. Rangkaian Modul Limit Switch

Gambar 19. Modul Limit Switch

- 183 -

Empat buah limit switch yang akan dipakai untuk pembuatan modul simulasi alat ini,

yaitu sebagai berikut ini:

limit switch capit, limit switch capit disini berfungsi sebagai sensor pengkondisi

capit saat menutup.

limit switch counter, limit switch counter berfungsi sebagai sensor pengkondisi

bahwa material sudah sampai ke bak penampung.

limit switch up, limit switch up berfungsi sebagai sensor pengkondisi dari

lengan bergerak keatas.

limit switch down,limit switch down berfungsi sebagai sensor pengkondisi dari

lengan bergerak ke bawah.

Pengujian

Pengujian yang akan dilakukan dalam Pembuatan Sistem Pendingin Otomasi Pada

Proses Reforming Industri Baja ini dilakukan pada hari rabu, 13 Oktober 2010.

Pengujian yang akan dilakukan antara lain adalah:

Pengujian kondisi tegangan pada sensor I, II, III dan IV

Pengujian cycle time dari mulai proses awal hingga akhir

(konveyor I, II)

Pengujian Tegangan pada Sensor

Pengujian beban pada sensor dilakukan dengan mengukur besar tegangan pada

setiap sensornya, ditunjukkan pada Tabel 8. Sedangkan Gambar 20

memperlihatkan sensor-sensor pada modul peralatannya.

- 184 -

Gambar 20. Sensor pada modul

Tabel 8. Data sensor

No. Sensor Kondisi tegangan low Kondisi tegangan high

Sensor 1 0,02 Volt 1,5 Volt

Sensor 2 0,05 Volt 1,8 Volt

Sensor 3 0,03 Volt 2 Volt

Sensor 4 0,0 6 Volt 1,9 Volt

Berdasarkan data pada Tabel 8 di atas, dapat disimpulkan bahwa pada kondisi

low setiap sensor memiliki tegangan output kurang dari 1 volt, sedangkan pada

kondisi high, setiap sensor memiliki tegangan output lebih besar dari 1 volt.

Dan dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa sensor memiliki kemampuan yang

baik sebagai pendeteksi posisi benda dan pengkondisi posisi lengan.

- 185 -

Pengujian Cycle Time

Cycle time yang dimaksud disini adalah waktu yang dibutuhkan oleh alat untuk

melakukan suatu proses produksi secara lengkap mulai dari awal hingga akhir.

Gambar 21 memperlihatkan proses konveyor 1 menuju konveyor 2. Sedangkan

Tabel 9 memperlihatkan data hasil pengujian cycle time pada alat.

Tabel 9. Data pengujian konveyor I

Konveyor 1 Waktu Hasil

Percobaan I 3 detik ok

Percobaan II 2.94 detik ok

Percobaan III 3.15 detik ok

Percobaan IV 3.07 detik ok

Gambar 21. Pengujian konveyor I dari start (1) hingga memasuki area sensor (2)

Gambar 22. Display LCD dari pengujian konveyor I

- 186 -

Berdasarkan percobaan pada konveyor I, dapat disimpulkan bahwa waktu yang

dibutuhkan konveyor I untuk membawa material mulai dari awal (Gambar 21-1)

sampai memasuki area sensor I (Gambar 21-2) hingga display LCD menunjukkan

keterangan “input = 1” (Gambar 22) berkisar antara 2,94 detik – 3,15 detik.

Tabel 10. Data pengujian konveyor II

Konveyor II Waktu Hasil

Percobaan I 4.5 detik ok

Percobaan II 5 detik ok

Percobaan III 4.75 detik ok

Gambar 23. Pengujian konveyor II dari start (1) hingga memasuki area sensor IV (2)

Gambar 24. Display LCD dari pengujian konveyor II

- 187 -

Pengujian konveyor II dilakukan setelah proses reforming berakhir. Berdasarkan

percobaan pada konveyor II, dapat disimpulkan bahwa waktu yang dibutuhkan

konveyor II untuk membawa material dari simulasi proses reforming berakhir

(Gambar 23-1) hingga memasuki area sensor IV (Gambar 23-2) berkisar antara 4,5

– 5 detik. Display LCD (Gambar 24) menunjukkan bahwa konveyor II bekerja

Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan dan proses pengujian selama beberapa kali, dapat

disimpulkan bahwa alat ini dapat berjalan sesuai dengan program yang telah

dibuat. Pembacaan sensor yang tepat sebagai pengkondisi material dan sesuai

dengan flowchart yang telah dibuat. Pembuatan alat ini juga ditujukan sebagai

simulasi dan modul pembelajaran sensor dan actuator, serta mikrokontroler.

Diharapkan mahasiswa dapat lebih mengerti tentang aplikasi sensor & actuator,

serta ATMEL ATmega16 secara lebih mendalam. Spesifikasi lengkap modul simulasi

alat ini agar dapat berjalan dengan baik, sebagai berikut:

Modul simulasi ini membutuhkan arus 5 Ampere agar dapat bekerja

dengan baik.

Membutuhkan tegangan 15.0 Volt untuk mengaktifkan Motor DC

sebagai output.

Membutuhkan tegangan 5.0 Volt untuk mengaktifkan Driver Motor DC.

Membutuhkan tegangan 1.5 – 2.0 Volt untuk mengaktifkan sensor

sebagai input.

Cycle time yang diperlukan modul simulasi ini berjalan mulai dari

proses awal hingga akhir berkisar antara 1.2 – 1.3 menit dalam satu

kali siklus.

- 188 -

Referensi

[1] Lucas Nulle, Sensor and Actuators.

[2] Frank Petruzella, Industrial Electronics, McGraw-Hill International Editions, 1996.

[3] Syahril Ardi, M Hidayat, Ferdinand Yakob Pranata, ”Design of Automation

Cooling System Simulation in Reforming Process at Steel Industry Based on

Microcontroller”, Halaman 176 – 179, Proceedings Seminar Nasional Industrial

Services, 2011, ISBN 978-602-97095-1-3.

[4] Syahril Ardi, Deny Prasetyo, “Design of Inspection Tool for Checking The

Existence and Position of Hole Stopper Piston 5D9 Using Sick Inspector Camera at

Automation Center Bosh Cutting & Engraving Machine”, Halaman C-77 – C-80,

Proceeding SNEEMO 2011, 2011, ISBN 978-602-19043-0-5.

[5] Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Jakarta, PT Gramedia

Pustka Utama, 1995.

[6] http://www.tpub.com/content/neets/14177/.

- 189 -

Profil

Syahril Ardi adalah dosen senior dari Politeknik

Manufaktur Astra, Jakarta. Tahun 1997 ia lulus S-1

dari Elektro ITB. Sempat berkarir di sebuah

perusahaan industri otomotif nasional dan sambil

melanjutkan S-2 di almamater yang sama, ia lulus

tahun 2002.

September 2009, setelah menyelesaikan program PhD (Graduate School of Natural

Science and Technology, Okayama University, Japan), ia membangun potensi-potensi

penelitian & kegiatan pengabdian kepada masyarakat di lingkungan institusi

Polman Astra. Pengelolaan Jurnal Ilmiah technologic, Seminar Nasional bidang

Manufaktur & Otomotif, serta sebagai pembicara di forum Seminar Internasional &

Nasional. Bidang penelitian yang menjadi ketertarikannya adalah: Control

Automation, Industrial Electrical, Intelligent Systems, Power Electronics, Intelligent

Safety Systems (Chemical Plant, Oil and Gas).

- 190 -

Sensor dan Aktuator: Dasar & Aplikasi di Industri Manufaktur Buku ini membahas hal-hal berikut: Pengukuran Besaran Non-Elektrik, meliputi: pengukuran suhu, pengukuran tekanan,

pengukuran gaya dan torsi Pengukuran Besaran Elektrik, meliputi: sensor induktif, sensor kapasistif, optical sensor

(encoder), hall effect sensor, dan resolver sensor Motor AC Asinkron, meliputi: pengertian, komponen utama motor AC sinkron, prinsip

kerja, keuntungan & kerugian motor asinkron, dan aplikasinya Motor sinkron, meliputi: pengertian motor sinkron, perbedaan motor induksi (asinkron)

& motor sinkron, bagian dasar dari motor sinkron, prinsip kerja motor sinkron, prinsip sikronisasi

Motor Stepper, meliputi: aplikasi motor stepper, kelebihan dan kekurangan motor stepper, tipe-tipe motor stepper, cara kerja motor stepper, pengendalian motor stepper

Brushless DC Motor (BLDC), meliputi: bagian-bagian utama, rangkaian pengendalian, keunggulan & kelemahan, cara kerja hall sensor

Studi Kasus Aplikasi 1: perancangan alat inspeksi keberadaan & posisi stopper hole piston 5D9 dengan menggunakan kamera sick inspector I10 pada mesin automation centre bosh cutting and grafier

Studi Kasus Aplikasi 2: perancangan simulasi sistem pendingin otomasi pada proses reforming industri baja dengan pengendali berbasis mikrokontroler ATMEGA16

“Belajar Sensor & Aktuator sebagai dasar aplikasi di Industri Manufaktur” (Mahasiswa Mekatronika Angkatan 2010, Polman Astra)

Politeknik Manufaktur Astra Komplek Astra International Jl. Gaya Motor Raya No. 8, Sunter II Jakarta 14330, Indonesia

lppm.polman.astra.ac.id...- 4 - Kata Pengantar Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha...

Documents

Transcript of lppm.polman.astra.ac.id...- 4 - Kata Pengantar Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha...