PERANCANGAN SISTEM KONTROL SUHU UNTUK CUP SEALER BERBASIS PI MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER

Suma Warda Desta 1611012

Program Studi Teknik ElektronikaKonsentrasi Mekatronika IndustriSEKOLAH TINGGI TEKNIK ATLAS NUSANTARA MALANG

Abstrak :

Masalah kemasan memang sudah menjadi bagian kehidupan masyarakat sehari-hari, terutama dalam hubungannya dengan produk pangan. Sejalan dengan itu pengemasan telah berkembang dengan pesat menjadi ilmu dan teknologi yang makin canggih. Ruang lingkup bidang pengemasan saat ini juga sudah semakin luas, mulai bahan yang sangat bervariasi hingga model bentuk serta teknologi pengemasan semakin canggih dan menarik. Bahan kemasan yang digunakan bervariasi dari kertas, plastik, gelas, logam, fiber hingga bahan-bahan yang dilaminasi. Pada proses pengepresan/packing masih menggunakan sistem manual dengan kestabilan pada logam heater masih berubah-ubah. Dengan melihat kemajuan zaman seperti ini penulis merancang suatu mesin pengemas produk minuman dalam gelas plastik secara otomatis.Untuk mendapatkan hasil pengepresan/packing yang sama dan baik, tentunya harus didukung salah satunya oleh pengaturan suhu logam heater yang stabil pada suhu tertentu. Melalui sistem pengaturan kestabilan suhu secara otomatis pada suhu referensi yang diinginkan, maka akan lebih baik meningkatkan efisiensi, memaksimalkan produksi dan meminimalkan human error. Tahap awal sebelum pembuatan yaitu pengumpulan data berupa ukuran gelas yang akan digunakan yakni berdiameter 10 mm dan berukuran 12 Oz. Kemudian dilakukan proses perhitungan-perhitungan yang menentukan proses selanjutnya yaitu proses gambar kerangka mesin. Setelah proses tersebut selesai dilanjutkan dengan proses pembuatan mesin itu sendiri.Agar mesin ini dapat bekerja dengan maksimal, maka diperlukan rangka yang kuat dan kokoh. Oleh karena itu mesin tersebut dibuat menggunakan plat besi kemudian untuk rangka menggunakan besi. Mesin ini bekerja dengan aktuator berupa motor DC yang dikontrol menggunakan mikrokontroler Arduino. Mesin menggunakan catu daya 5 volt untuk rangkaian kontroler, sedangkan 12 volt untuk aktuatornya. Plastik sisa pengepresan/packing akan digulung secara otomatis setelah proses packing. Untuk mengatur panas maka mesin ini juga dilengkapi dengan temperatur kontrol. Serta diberikan penghitung jumlah gelas plastik agar mudah dalam menghitung hasil produksi.Diharapkan setelah penelitian ini, hasil analisa error steady state antara suhu aktual dan suhu referensi yang diinginkan adalah dibawah 5%, karena untuk kestabilan suhu dengan suhu kerja kisaran 170 derajat, perubahan 3% dari suhu kerja tidak berdampak pada hasil proses pengepresan/packing.

Kata Kunci : Suhu, Sistem Otomatis, Mesin Cup Sealer, Mikrokontroler, Kemasan Gelas Plastik, Proses Pengepresan.1. Pendahuluan.

Dalam perkembangan zaman yang semakin maju sekarang ini semua alat dan mesin dibuat dan dikembangkan secara otomatis , praktis dan efisien. Semua itu di buat untuk mendukung proses produksi supaya lebih efisien dalam hal waktu dan tingkat produktivitas suatu produk.Kontrol otomatis telah menjadi bagian yang penting dan terpadu dari proses-proses dalam pabrik dan industri modern. Sebagai contoh, kontrol otomatis sangat diperlukan dalam operasi-operasi di industri untuk mengontrol tekanan, temperatur, kelembaban, kekentalan dan aliran dalam industri proses, pengerjaan dengan mesin perkakas, penanganan, dan perakitan bagian-bagian mekanik dalam industri manufaktur dan sebagainya.Karena kemajuan dalam teori dan praktek kontrol otomatis memberikan kemudahan dalam mendapatkan performasi dari sistem dinamik, mempertinggi kualitas dan menurunkan biaya produksi, mempertinggi laju produksi, meniadakan pekerjaan-pekerjaan rutin dan membosankan yang harus dilakukan oleh manusia, dan sebagainya.Di Indonesia khususnya di Jawa Timur banyak pedagang kaki lima (PKL) yang berjualan minuman ringan seperti di mall dan di pinggir jalan ,kebanyakan para penjual memakai gelas plastik dan menggunakan tutup dari plastik yang di pasangkan pada gelas tersebut. Penggunaan tutup plastik yang hanya di letakkan di atas gelas menyebabkan air yang di dalam gelas mudah tumpah saat dibawa atau terkena goncangan.Berdasarkan latar belakang diatas, maka perlu adanya inovasi untuk rancang bangun mesin cup sealer otomatis diharapkan dapat meningkatkan produktivitas dan dapat memenuhi permintaan konsumen dengan mesin cup sealer pada usaha penjualan minuman ringan yang tepat guna. Oleh karena itu, tugas akhir ini membahas hasil analisa pengujian mesin untuk mendapatkan efisien yang lebih dalam produktivitas dan juga lebih efektif.Tujuan dari tugas akhir ini mampu menghasilkan peningkatan produktifitas dan kualitas hasil mesin cup sealer otomatis. Mampu menghasilkan peningkatan efisiensi waktu mesin cup sealer otomatis.Manfaat yang diharapkan dari perancangan mesin cup selaler otomatis ini adalah diperoleh produk yang terbaik yang dihasilkan oleh mesin cup sealer otomatis. Dan diperoleh kajian atau analisis tingkat produktifitas dan efisiensi waktu.

2. Kajian Pustaka.2.1. Kemasan.Kemasan merupakan salah satu proses yang paling penting untuk menjaga kualitas produk makanan selama penyimpanan, transportasi, dan penggunaan akhir. Kemasan yang baik tidak hanya sekedar untuk menjaga kualitas makanan tetapi juga secara signifikan memberikan keuntungan dari segi pendapatan. Penggunaan plastik sebagai pengemas pangan terutama karena keunggulannya dalam hal bentuknya yang fleksibel sehingga mudah mengikuti bentuk pangan yang dikemas, berbobot ringan, tidak mudah pecah, bersifat transparan/tembus pandang, mudah diberi label dan dibuat dalam aneka warna, dapat diproduksi secara massal, harga relatif murah dan terdapat berbagai jenis pilihan bahan dasar plastik.

2.2. Mikrokontroler Arduino UNO.Arduino adalah mikrokontroler single board yang bersifat open source, yang diproduksi oleh wiring platfrom, dirancang untuk memudahkan penggunaan dan perancangan alat elektronik dalam berbagai bidang. Hardware yang digunakan menggunakan prosesor Atmel AVR dan memiliki software dengan bahasa pemrograman sendiri. Gambar 2.1. menunjukan kontruksi dari mikrokontroler Arduino UNO.

Gambar 2.1. Mikrokontroler Arduino UNO.

2.3. Sensor Suhu LM35.LM35 adalah sensor temperatur/suhu yang hasil keluarannya cukup linier dibandingkan sensor suhu lainnya. LM35 tidak memerlukan kalibrasi eksternal ataupun timing khusus. LM35 bekerja pada suhu -55 C sampai +200 C. Sensor LM35 umumnya akan naik sebesar 10 mV setiap kenaikan 1oC.

Gambar 2.2. Sensor Suhu LM35.

2.4. PID (Proportional Integral Derivative).PID (Proportional Integral Derivative controller) merupakan kontroler feed foward yang berfungsi mengolah sinyal error menjadi sinyal kontrol. Hubungan sinyal kontrol terhadap sinyal error bisa proporsional, integral, diferensial atau gabungan antara ketiganya. Pengontrol PID akan memberikan aksi kepada heater/pemanas berdasarkan besar error yang diperoleh. Heater/pemanas akan menjadi aktuator yang mengatur temperatur dalam proses pengepresan yang diinginkan disebut set point. Error adalah perbedaan dari set point dengan temperatur aktual.

3. Perancangan.3.1. Perancangan Sistem.

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem.

Berdasarkan diagram blok sistem pada gambar 3.1. dapat dijelaskan langkah kerja dari alat cup sealer yang dibuat, yaitu : setelah menjalankan sistem, terlebih dahulu memasukkan gelas plastik yang sudah terisi oleh air ke dalam moulding. LCD akan menampilkan suhu pada heater/pemanas. Setelah suhu pada heater/pemanas mencapai set point yang ditentukan dan sensor cup mendeteksi cup, maka motor akan bergerak untuk memulai proses melelehkan plastik LID dan merekatkan pada gelas plastik. Proses alat cup sealer ini bekerja dengan default waktu yang telah ditentukan dengan program, sehingga proses akan berhenti dalam waktu yang telah ditentukan dengan program.

Prinsip kerja dari alat cup sealer pada dasarnya melelehkan plastik LID dan merekatkan pada gelas plastik. Ketika heater/pemanas turun ke bawah maka heater/pemanas akan melelehkan plastik LID dan merekatkan pada gelas plastik sekaligus memotong plastik LID.

3.2. Perancangan MekanikPerancangan desain mekanik yang sudah direncanakan akan dibuat konsepnya menggunakan software inventor professional 2013 dengan ukuran yang telah ditentukan dengan skala tertentu. Perancangan alat cup sealer dibuat dengan konsep menyerupai alat manual. hanya saja yang membedakan pada perancangan alat cup sealer ini adalah handle turun naiknya heater menggunakan motor DC 12 volt sebagai penggerak. Secara keseluruhan rancangan alat cup sealer ini memiliki ukuran 29x24x48 cm. Berikut ini adalah konsep yang sudah dibuat tertera pada gambar dibawah ini :

Gambar 3.1. Konsep Rancangan Mesin.

4. Pembahasan dan Analisa.4.1. Pengujian tiap-tiap Bagian.Pengujian parsial atau pengujian tiap-tiap bagian sistem bertujuan untuk menguji kemampuan tiap-tiap bagian dari sistem dalam kaitannya sebagai pendukung keseluruhan sistem. Pengujian ini diperlukan untuk membuktikan bahwa sistem yang digunakan sudah dapat digunakan dengan baik. Bagian-bagian yang akan diuji sehubungan dengan tujuan tersebut antara lain:

a. Pengujian sensor suhu LM35.

b. Pengujian sensor suhu LM35 dengan sinyal conditioning.

c. Pengujian heater/pemanas.

5. Kesimpulan.Dari pembahasan tentang pengontrol temperatur pada heater/pemanas cup sealer ini maka dapat disimpulkan sebagai berikut.

a. Proses produksi lebih efektif dan efesien dalam waktu dan tenaga manusia dikarenakan selama proses pengepresan tenaga manusia sangat minim dibutuhkan.b. Sensor yang digunakan untuk mengatur temperatur heater/pemanas adalah sensor suhu LM35 dengan kenaikan suhu 1o akan naik sebesar 10 mV.c. Linierisasi dilakukan untuk mempermudah acuan program untuk kontroler sehingga pembuatan program lebih sederhana.d. Area kerja heater/pemanas yang dikerjakan adalah dari suhu 27o sampai 170 o.e. Aktuator yang digunakan untuk menggerakkan heater/pemanas pada proses pengepresan adalah motor DC 12volt.f. Tegangan linier yang digunakan untuk mengatur tegangan output heater/pemanas adalah 0 volt sampai 5 volt. Heater/pemanas juga telah melewati uji linierisasi.