tugas makalah

TUGAS MAKALAH

Kontrol Mesin Bor PCB Otomatis dengan Menggunakan

Programmable Logic Controller

Oleh :

Kelompok 4

1. Muhamad Arwani 101903102004

2. Rudi Hartono 101903102015

3. Edi Sudarsono 101903102016

4. Gilang Said 101903102017

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DIPLOMA 3

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS JEMBER

TAHUN 2012

1. PENDAHULUAN

Dalam dunia elektro, Printed Circuit Board (PCB) adalah salah satu hal yang penting. Dalam PCB tersebut

terletak komponen-komponen elektronika yang terangkai untuk melakukan fungsi tertentu. PCB terdiri atas pad dan

via serta jalur-jalur yang menghubungi antar pad atau antar via atau antara pad dan via. Pad dan via tersebut harus

dibor untuk dapat meletakkan komponen atau jumper. Biasanya dalam sebuah PCB terdapat banyak sekali pad dan

via yang harus dibor. Untuk menghindari kesalahan dimana ada pad atau via yang tidak dibor, maka dalam proyek

ini dirancang sebuah mesin bor otomatis untuk melakukan pengeboran PCB. Di samping itu, mesin bor otomatis ini

diharapkan memiliki keuntungan dalam melakukan pengeboran PCB yang sama dengan jumlah yang banyak.

Makalah ini menjelaskan tentang perancangan mesin bor otomatis yang dikontrol dengan menggunakan

Programmable Logic Controller (PLC). Berikut pada bagian kedua dari makalah ini akan dipaparkan tentang

deskripsi sistem mulai dari mesin bor itu sendiri, perangkat keras, dan perangkat lunak. Bagian ketiga dari makalah

ini akan memaparkan hasil pengujian yang telah dilakukan untuk mendapatkan performans dari sistem mesin bor

otomatis yang telah dirancang. Dan makalah ini akan ditutup dengan diskusi dan kesimpulan yang telah didapatkan.

1. Deskripsi Sistem

Gambar 1. Prototipe Mesin Bor dengan alamat Koneksi ke PLC

Gambar 1 menunjukkan gambar dari prototipe mesin bor otomatis yang telah dirancang lengkap dengan

alamat koneksi mesin bor ke input-output dari PLC. Mesin bor diracang dengan menggunakan empat buah motor

yaitu dua motor stepper dan dua buah motor DC. Motor stepper digunakan untuk menggerakkan alat bor dalam arah

dua dimensi yaitu arah X dan Y. Arah sumbu X dan Y ini adalah sistem koordinat dari mesin bor untuk menentukan

lokasi koordinat pad dan via yang harus dibor. Dalam sistem ini, penggerak arah sumbu X dinamakan lengan X dan

penggerak arah sumbu Y dinamakan lengan Y. Satu dari dua motor DC, digunakan untuk menaikkan dan

menurunkan alat bor dalam arah sumbu Z (arah vetikal). Penggerak alat bor dalam arah sumbu Z ini dinamakan

lengan Z. Motor DC yang lain digunakan untuk memutar mata bor saat akan dilakukan pengeboran.

Dari perancangan yang telah dilakukan, didapatkan spesifikasi mekanik penggerak lengan mesin bor otomatis dalam

arah X dan Y adalah 1 step dari motor stepper akan menggerakkan lengan sejauh 0,00794 mm. Sehingga dapat

diketahui untuk menggerakkan lengan X atau Y sejauh 1 cm dibutuhkan 1259,4 step atau dibulatkan 1260 step.

Secara umum cara kerja dari mesin bor otomatis dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Blok Diagram Umum Mesin Bor Otomatis

Tahap pertama dari cara kerja mesin bor otomatis ini adalah proses pengambilan koordinat pad dan via

yang akan dibor. Ada tiga cara pengambilan koordinat yaitu melalui image dari printout PCB, melalui file text yang

berisikan koordinat pad dan via yang akan dibor dan pengisian langsung pada memori dari PLC. Setelah

mendapatkan koordinat pad dan via yang akan dibor, PLC akan mengontrol mesin bor untuk melakukan proses

pengeboran sesuai dengan koordinat yang diterima. Karena penggerak posisi alat bor adalah motor stepper maka

koordinat yang diterima oleh PLC adalah dalam bentuk jumlah step dari motor stepper. Oleh karena itu koordinat

yang diisi secara manual langsung pada memori dari PLC harus berupa jumlah step dari motor stepper bukan dalam

satuan milimeter atau centimeter.

Pengambilan koordinat dari print out PCB atau dari file text dilakukan dengan bantuan sebuah PC. Sebuah program

dirancang khusus untuk melakukan proses ini.

a. Pengambilan Koordinat dari Image Printout PCB

Berikut, gambar 3 menunjukkan blok diagram dari pengambilan koordinat pad dan via dari image printout

PCB.Pertama, print out PCB akan dicapture dengan sebuah kamera sehingga menghasilkan image dari print out

tersebut. Kemudian image ini akan diproses sehingga untuk mendeteksi koordinat dari pad dan via yang akan dibor.

Setelah mendapatkan koordinatnya, maka koordinat tersebut akan dikirm ke PLC melalui komunikasi serial RS232

dengan protokol host link. Dan kemudian PLC akan melakukan pengeboran sesuai dengan koordinat yang diterima

dari PC.

Gambar 3. Blok Diagram Sistem Mesin Bor dengan Pengambilan Koordinat dari Image Print out PCB.

Image hasil capture dari kamera berukuran 320 x 240 pixel dengan format RGB. Sebagai langkah pertama dari

image processing adalah mengubah format warna image dari RGB menjadi gray scale. Proses ini dilakukan dengan

menggunakan persamaan berikut:

Gray=0 . 299R+0 .587G+0 . 114 B (1)

Proses berikutnya adalah mengubah image dalam gray scale menjadi binary image yang hanya terdiri atas

warna hitam dan putih. Proses ini dilakukan dengan menggunakan fungsi threshold. Berikut adalah persamaan yang

digunakan untuk melakukan proses ini.

g ( x , y )=¿ {0 jika f ( x , y )≤T ¿¿¿¿(2)

dimana T adalah nilai threshold. Nilai variabel T yang digunakan dalam sistem ini adalah 50.

Setelah menjadi binary image, selanjutnya dilakukan proses floodfill berkali-kali hingga yang tersisa hanya

gambar hole (lubang) dari pad dan via. Pada akhirnya dilakukan proses threshold sekali lagi sehingga hanya tersisa

gambar hole yang berwarna hitam dan lainnya akan berwarna putih.

Pengambilan koordinat pad dan via dilakukan dengan menggunakan persamaan berikut:

X=Xmin+X max

2 (3)

Y=Y min+Y max

2 (4)

Dimana X min , X max , Y min dan Y max adalah batas kiri, batas kanan, batas atas dan batas bawah dari gambar

hole. Pendeteksian batas-batas gambar hole ini dilakukan dengan menggunakan proses scan line horisontal dan

vertikal. Koordinat yang didapatkan ini masih dalam satuan pixel. Koordinat ini harus dikonversi ke jumlah step

motor stepper sebelum dikirimkan ke PLC. Berikut persamaan yang digunakan untuk mengubah koordinat bor dari

satuan pixel menjadi jumlah step dari motor stepper:

StepX=X pixel

Rpixel

x 1260(5)

StepY =Y pixel

R pixel

x 1260(6)

Ada beberapa batasan dari image yang dapat diproses untuk pendeteksian koordinat bor yaitu:

1. Besar maksimum ukuran PCB adalah 10 x 9 cm.

2. Printout PCB harus mempunyai batasan kotak hitam yang mengelilingi PCB tersebut.

3. Dalam pad atau via harus ada tanda lubang (hole) bor.

4. pada bagian PCB terbawah harus ada sebuah pad tambahan sebagai referensi untuk mengkonversi ukuran dalam

pixel menjadi centimeter. Pad referensi ini selalu berjarak 2 cm dari tepi kiri kotak hitam.

b. Pengambilan Koordinat dari File Text

Dari program Protel yang biasa dipakai untuk menggambar PCB, dapat diketahui secara langsung koordinat-

koordinat pad maupun via yang ada pada PCB. Dengan ketentuan cara penggambaran PCB dimulai tepat pada titik

0,0 di lembar kerja Protel, akan diperoleh koordinat pad dan via yang tepat dalam satuan milimeter. Koordinat-

koordinat tersebut kemudian diketikkan secara manual pada file text dengan menggunakan program text editor

seperti notepad dan lain-lain. Setiap baris dalam file text tersebut berisikan koordinat dari satu pad atau satu via.

Dari file text tersebut, koordinat-koordinat yang masih dalam satuan milimeter akan diubah menjadi koordinat-

koordinat yang dikenali PLC yaitu dalam jumlah step dari motor stepper.

Perangkat Keras dan Perangkat Lunak PLC

Gambar 4. Blok Diagram Perangkat Keras Mesin Bor Otomatis

Gambar 4 menunjukkan blok diagram koneksi perangkat keras dari sistem mesin bor otomatis. Sebuah PLC

digunakan dalam sistem ini sebagai kontroler. PLC yang digunakan adalah PLC dari Omron dengan tipe C200HG.

Dalam perancangan perangkat keras mesin bor otomatis ini, ada dua input digital yang digunakan yaitu input

untuk informasi limit switch lengan X dan limit switch lengan Y. Kedua Limit switch ini terkoneksi dengan input

digital PLC dengan alamat IR 00200 dan IR 00201. Output digital yang digunakan berjumlah 11. Delapan output

digital digunakan untuk menggerakkan dua buah motor stepper, dimana masing-masing memerlukan empat output

digital. Sedangkan dari sisa tiga output digital, dua output digital digunakan untuk menggerakkan motor DC

penggerak lengan Z dan satu output digital untuk menggerakkan motor bor. Tabel 1 menunjukkan tabel alamat

input, output dan memori PLC yang digunakan dalam perancangan mesin bor otomatis ini.

Penulisan program PLC dilakukan dengan menggunakan software SYSMAC CPT. Program PLC dibuat

dalam bentuk ladder diagram. Program PLC ini hanya dibuat untuk mengontrol motor stepper lengan X, motor

stepper lengan Y, motor DC lengan Z dan motor bor. Gambar 5 dan 6 menunjukkan flowchart dari program PLC

yang telah dibuat.Software PC mengirimkan data berupa jumlah step pada alamat memori DM0101, DM0102,

DM0103, atau DM0104 untuk gerakan lengan X maju, lengan X mundur, lengan Y maju dan lengan Y mundur

(lihat tabel 1). PLC akan menggerakkan motor stepper sesuai dengan jumlah step yang dikirim pada masing-masing

memori. Setelah selesai menggerakkan keseluruhan lengan X dan Y (IR0605, IR0606, IR0607, dan IR0608=1), PLC

akan menggerakkan lengan Z turun dan sekaligus mengaktifkan motor bor untuk melakukan proses pengeboran.

Lengan Z akan bergerak turun selama t detik, kemudian akan bergerak naik kembali selama t detik pula sehingga

lengan Z tersebut kembali ke titik semula. Sedangkan motor bor akan aktif selama 2 x t detik, t yang dimaksud

adalah fungsi timer delay on pada PLC.

Setelah proses pengeboran selesai dilakukan, PLC akan kembali menunggu input data dari software. Bila

semua titik pad maupun via telah selesai dibor, software PC akan mengaktifkan alamat IR0600 pada PLC sebagai

tanda bahwa tidak ada lagi titik yang perlu dibor. Tanda tersebut juga merupakan tanda bagi PLC untuk

menggerakkan lengan X dan lengan Y agar mundur sampai menyentuh limit switch (bila IR0200 sebagai limit

switch X aktif, motor lengan X berhenti bergerak dan bila IR0201 sebagai limit switch Y aktif, motor lengan Y

berhenti bergerak) atau berhenti pada koordinat 0,0.

Gambar 5. Flowchart program PLC Mesin Bor Otomatis

Gambar 6. Flowchart program PLC Mesin Bor Otomatis (lanjutan) Tabel 1. Alamat Input-Output dan Memori

PLC

2. HASIL PENGUJIAN

Pengujian sistem mesin bor otomatis dilakukan pada 3 buah PCB yang memiliki jumlah lubang yang berbeda-

beda yaitu, 16 lubang, 21 lubang dan 34 lubang. Gambar 7 menunjukkan gambar PCB yang digunakan dalam

Alamat Keterangan

IR 00200 Limit switch X

IR 00201 Limit switch Y

IR 00500 Motor stepper lengan X




IR 00504 Motor stepper lengan Y




IR 00405 ON-OFF motor DC lengan Z

IR 00406 Arah gerakkan lengan Z

IR 00700 ON-OFF motor DC bor

IR 00605 Flag gerakan lengan X maju selesai

IR 00606 Flag gerakan lengan X mundur selesai

IR 00607 Flag gerakan lengan Y maju selesai

IR 00608 Flag gerakan lengan Y mundur selesai

DM 0101Jumlah step motor stepper lengan X

maju

DM0102Jumlah step motor stepper lengan X

mundur

DM 0103Jumlah step motor stepper lengan Y

maju

DM 0104Jumlah step motor stepper lengan Y

mundur

pengujian.Pengujian dilakukan dengan memberi input data melalui ketiga cara input yang telah disediakan (image,

file text dan manual). Kemudian dilakukan pengukuran koordinat hasil bor dan hasilnya dibandingkan dengan

koordinat sebenarnya Dari hasil perbandingan dengan koordinat sebenarnya, didapatkan error ketelitian dari mesin

bor. Berikut gambar hasil pengujian dari beberapa percobaan yang telah dilakukan.

Gambar 8. Hasil Pengujian dengan Input Image Gambar 9. Hasil Pengujian dengan Input File Text

Tabel berikut menunjukkan rangkuman dari hasil pengujian yang telah dilakukan. Error yang

ditampilkan adalah error rata-rata dari seluruh hasil pengujian yang telah dilakukan

Tabel 2. Pengujian Ketelitian Error (mm)

Kalau dilihat hasil pengujian, maka input berupa image menghasilkan ketelitian yang paling buruk. Hal ini

dimungkinkan karena terdapat dua kali kesalahan yaitu kesalahan saat pendeteksian koordinat bor dari image dan

kesalahan pada saat pengeboran.

3. KESIMPULAN

Dari hasil pengujian yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan bahwa sistem yang telah didisain dapat

dikatakan berjalan dengan baik. PLC dapat mengontrol mesin bor secara otomatis. Dalam sistem ini masih terdapat

kesalahan terutama pada input data dari image. Kesalahan terkecil yang dicapai adalah 0,073 mm dengan input data

secara manual dan kesalahan terbesar yang dicapai adalah 0,636 mm dengan input data dari image. Untuk

pengembangan selanjutnya, perlu dilakukan perbaikan pada image processing untuk dapat mereduksi error yang

terjadi.

Input data Image File Manual

PCB A (X) 0.486 0,127 0,073

PCB A (Y) 0,264 0,474 0,194

PCB B (X) 0,543 0,267 0,186

PCB B (Y) 0,636 0,385 0,141

PCB C (X) 0,379 0,157 0,152

PCB C (Y) 0,504 0,225 0,474

DAFTAR REFERENSI

[1] SYSMAC Programmable Controllers C200HG Operation Manual. Tokyo: OMRON Co., Ltd., September 1994.

[2] SYSMAC C200H/C500/C500F/C1000H/ C2000H/C2000 Host Link Unit Operation Manual. Tokyo: OMRON

Co., Ltd., September 1994.

[3] Kenjo, Takasi. Stepping Motors and Theirs Microprocessor Controls. New Oxford University Press Inc.,

1994.York:

[4] Castleman, Kenneth R. Digital Image Processing. New Jersey: Prentice Hall International, Inc, 1996

[5] Baxes, Gregory A. Digital Image Processing. Canada: Jhon Wiley and Sons Inc., 1994.

tugas makalah

Documents

Transcript of tugas makalah