SIMULATOR SISTEM PENCAMPUR WARNA OTOMATISBERBASIS PLC TERINTEGRASI HUMAN MACHINE INTERFACE

Ramdan Gumelar, Ade Gafar Abdullah, Maman SomantriProgram Studi Pendidikan Teknik Elektro FPTK UPI

Jl. Dr. Setiabudhi No. 207 Bandung 40154Email : dhangumelar@gmail.com

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk merancang bangun sebuah trainersimulator Programmable Logic Controller (PLC) dengan contoh aplikasisistem otomasi pencampur warna serta rancangan Human MachineInterface (HMI). Simulator ini dirancang untuk mendeskripsikansebuah sistem kerja pencampur warna otomatis dengan fungsi sebagaimedia pembelajaran yang mudah dipahami. Sistem kendali yangdigunakan adalah PLC Omron dengan tipe CP1L dengan program ladderdiagram yang dirancang dengan aplikasi komputer Cx Programmer, sertarancangan media komunikasi antara mesin dengan operator menggunakanperangkat lunak Cx Designer. Berdasarkan hasil uji kinerja, trainerdapat bekerja sesuai dengan deskripsi kerja yang ditetapkan.Diharapkan perancangan trainer simulator PLC ini mampu memberikankemudahan dalam mempelajari sistem otomasi industri berbasis PLC danHMI.

Kata Kunci : HMI, PLC, Simulator, Sistem pencampur warna.

ABSTRACT

This research aims to design a trainer simulator Programmable Logic Controller (PLC) withexamples of colour mixing application automation systems and the design of HumanMachine Interface (HMI). The simulator is designed to describe a colour mixing systemautomatically to function as a learning medium that is easy to understand. Control systemused is the type of Omron PLC CP1L with ladder diagram programming designed withcomputer applications Cx Programmer, as well as the design of the communication mediabetween the machine operator using Cx Designer software. Based on test results, a trainer

1

can work in accordance with the specified job description. PLC simulator is expected todesign trainer is able to easily learn the PLC-based industrial automation systems and HMI.

Key words : HMI, PLC, Simulator, Colour mixing system.

PENDAHULUAN

Dalam dunia industri modern saat ini kebutuhan dalam otomasi sistemkontrol semakin meningkat dan terus berkembang. Sistem kontrolindustri dimana peranan manusia masih amat dominan misalnya dalammerespon besaran-besaran proses yang diukur oleh sistem kontroltersebut dengan serangkaian langkah berupa pengaturan panel dansaklar-saklar yang relevan telah banyak digeser dan digantikan olehsistem kontrol otomatis. Sebabnya jelas mengacu pada faktor-faktoryang mempengaruhi efisiensi dan produktivitas industri itu sendiri,misalnya faktor human error dan tingkat keunggulan yang ditawarkansistem kontrol tersebut. Salah satu sistem kontrol yang sangat luaspenggunaannya ialah PLC dan HMI. Ada beberapa faktor yang menjadipertimbangan dunia industri mengunakan PLC dan HMI diantaranyakemudahan dalam menganalisa gangguan pada proses produksi dankemudahan dalam pengoprasiannya [1].

PLC pada dasarnya adalah sebuah komputer yang khusus dirancang untukmengontrol suatu proses atau mesin. PLC secara bahasa berartipengontrol logika yang dapat diprogram, tetapi pada kenyataannya,PLC secara fungsional tidak lagi terbatas pada fungsi-fungsi logikasaja. Sebuah PLC dewasa ini dapat melakukan perhitungan-perhitunganaritmatika yang relatif kompleks, fungsi komunikasi, dokumentasi danlain sebagainya [2]. Seiring kebutuhan yang semakin meningkat akankegunaan dari PLC dan HMI itu sendiri, maka hal ini berpengaruhterhadap kebutuhan teknisi-teknisi yang berkompeten dibidangnya danmeningkatnya kebutuhan fasilitas pembelajaran terkait dengan sistemkontrol berbasis PLC dan HMI, oleh karena itu diperlukan dukunganuntuk menanggapi kebutuhan-kebutuhan tersebut, salah satunya denganmerancang media latih yang ditujukan untuk pembelajaran.

PLC adalah kendali logika terprogram yang merupakan suatu pirantielektronik yang dirancang untuk dapat beroprasi secara digital,dengan menggunakan memori sebagai media penyimpanan intruksi-

2

instruksi internal untuk menjalankan fungsi-fungsi logika danfungsi-fungsi lainnya, dengan cara memprogram [3]. Sebelumnyapenelitian terkait dengan PLC telah dikembangkan dengan konsep realmobile plant trainer dan bersifat modular, yaitu peralatan praktikumdasar otomasi industri yang betul-betul nyata seperti sistem otomasidi industri dan memudahkan ketika berpindah-pindah tempat (bersifatmobile) dan bersifat modular yaitu dapat dibongkar pasang sesuaidengan pekerjaan otomasi yang akan dilakukan. Perangkat modul-modulreal plant yang dikemembangkan dirancang untuk meningkatkankemampuan aplikasi logika dasar dalam proses otomasi industri [4].Mengenai sistem kendali berbasis PLC saat ini banyak penelitimengemukakan bahwa minimnya pembelajaran terkait dengan PLC, danmenjadi kendala yang ditinjau dari kebutuhan PLC sebagai sistemkendali yang sangat dibutuhkan oleh industri dewasa ini sehinggasangat bagus untuk dipelajari [5]. Sistem kontrol pada semua rancangbangun media latih PLC memegang peran yang sangat penting danmerupakan salah satu basis sistem kontrol perlu dikenalkan dandipelajari pada penyiapan sumber daya manusia dan dengan penerapanmetode pelatihan yang tepat [6].

Aplikasi PLC untuk pembelajaran bidang teknik elektro dapatdilakukan melalui beberapa tahap mulai dari proses mendesain proyek,penyelesaian masalah-masalah kontrol di industri dan berlatihmengembangkan aplikasi-aplikasi sistem kontrol di industri [7].Contoh aplikasi penggunaan PLC untuk kontrol industri misalnyaproses monitoring sistem kontrol motor induksi tiga fasa [8]. PLCjuga mampu mengkontrol alat-alat ukur seperti rheometer yaitu alatuji kekentalan bahan dasar pembuatan karet yang biasa digunakan diindustri-industri pembuat ban [9]. Kemudian pengaturan untuk pompaair dimana PLC difungsikan untuk mengatur level kecepatan putaranmotor pada pompa air sehingga tekanan air yang dihasilkan dapatberubah-rubah [10]. Selain bidang teknik elektro, PLC juga banyakdipelajari dan diterapakan dalam bidang pertanian, banyak contohaplikasi penggunaan PLC dibidang pertanian seperti pengontrolanmesin-mesin pengolah makanan, mesin pengering biji-bijian,kontraktor dan lain sebagainya [11].

MATERIAL DAN METODE

Secara umum alat pencampur warna otomatis ini bekerja dengan caramencampurkan dua warna yang berbeda dengan mengunakan mixer sebagaialat untuk mencampur warna. Agar alat ini bekerja secara otomatismaka seluruh sistem yang ada pada alat pencampur warnadiintegrasikan dengan perangkat sistem kendali yaitu dengan PLC dan

3

HMI. Langkah pertama yang dilakukan dalam perancangan adalah desaindan identifikasi peralatan dan bahan yang digunakan. Berikut tabeldaftar peralatan dan bahan yang digunakan.

Tabel 1. Peralatan dan bahan yang digunakan dalam perakitan trainer

Nama Peralatan SpesifikasiPLC CP1L 20 I/OPersonal Computer Acer QuadcoreAcrilyc 1 m², tebal 5 mmFrame Stainless 3 mLampu Pilot 24 VDCSoket Banana Merah, Hitam, KuningPush Button 5 buahTogel Switch On – Off 8 buah

MCB 2 AVolt Meter 1 buah

Tempat penelitian dilaksanakan di Laboratorium Elektronika IndustriJurusan Pendidikan Teknik Elektro FPTK UPI. Penelitian inidifokuskan pada proses desain, perakitan dan uji coba. Prosedurpenelitian ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Studi literatur terkait perancangan sistem kendali otomatisberbasis PLC dan HMI sebagai referensi dalam perancangan trainer.

2. Tahap perancangan dilakukan dengan melakukan proses desaintrainer menggunakan perangkat lunak komputer seperti microsoftvisio, adobe photoshop dan perangkat lunak sejenis lainnya,kemudian perakitan trainer dengan alat dan bahan sesuaiperencanaan.

3. Tahap perancangan program ladder diagram menggunakan perangkatlunak CX Programmer.

4. Tahap perancangan HMI menggunakan perangkat lunak CX Designer.5. Pengujian kinerja alat meliputi pengujian koneksi PLC dengan

trainer yang terintegrasi dengan sistem kontrol HMI.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Perancangan Trainer

Alat praktikum dasar otomasi industri yang dirancang berkonsepmobile, yaitu mudah dibawa sehingga pengguna tidak mengalami

4

kesulitan jika menginginkan mengadakan simulasi di depan kelasataupun di tempat yang lain. Secara lengkap gambaran desainkontruksi trainer tersebut terlihat pada Gambar 1. Kerangka trainerini memiliki panjang 1300 mm , lebar 500 mm dan tinggi 1200 mm.Diatas meja terdapat frame yang memiliki dua tingkat, dimana tingkatpertama disediakan untuk slot plant utama dan slot plant simulator.

Gambar 1. Desain meja dan desain frame trainer

Peralatan terbagi atas dua kelompok, yang pertama kelompok trainerutama yang terdiri dari plant PLC, plant I/O dan plant catu daya,kemudian yang kedua kelompok plant simulator pencampur warna untukmelatih logika dan aplikasi otomasi industri.

Plant PLC disesuaikan dengan jenis PLC yang digunakan, pada desainawal plant ini menggunakan PLC Omron dengan tipe CP1L yang memiliki12 terminal input dan 8 terminal output. PLC CP1L ini cukupsederhana dan sangat cocok untuk dijadikan perangkat latih sederhanauntuk pembelajaran otomasi industri. Plant catu daya terdiri dariMini Circuit Braker (MCB), power indikator dan instrument penunjuktegangan, tegangan kerja yang digunakan sebesar 220 Volt. Plant I/Odibuat sesuai dengan jumlah I/O PLC yang digunakan. Trainer inisengaja dirancang untuk mempermudah menghubungkan PLC dengan trainersimulator. Pengguna tinggal menggunakan konektor untuk menghubungkanterminal-terminal input ataupun output dari trainer simulator yangdigunakan.

5

Gambar 2. Plant PLC, Plant I/O, Plant Catu Daya

Plant simulator dirancang untuk melatih kemampuan membangun logikadasar dalam pemograman PLC. Salah satu plant simulator yangmendukung dalam tujuan tersebut adalah trainer simulator prosespencampuran warna. Pada simulator ini dapat melatih kemampuan logikadasar sampai aplikasi timer dan counter. Gambar 3 menunjukan desainplant simulator yang telah dibuat serta deskripsi kerja simulatorpencampur warna.

Gambar 3. Desain plant simulator pencampur warana

Deskripsi kerja plant simulator pencampur warna :

1) Ketika tombol START ditekan, maka secara otomatis VALVE 1akan menyala dan mengeluarkan cat warna yang ditampung dalamtangki. Selama VALVE 1 menyala maka volume warna pada tangkipencampur akan bertambah dan akan mencapai batas SENSOR 1 danSENSOR 2.

2) Ketika cat warna telah mencapai SENSOR 2, maka VALVE 1 yangtadinya membuka akan kembali tertutup dan dalam waktu yangbersamaan VALVE 2 akan membuka dan mengisi tangki pencampurdengan cat warna lain. Hal ini tentunya akan meningkatkan

6

volume warna dalam tangki sehingga cat bertambah dan akanmenyentuh SENSOR 3.

3) Pada saat SENSOR 3 menyala artinya tangki dalam keadaan penuhdan VALVE 2 akan menutup. Lalu secara otomatis MIXER padatangki menyala dan melakukan proses pencampuran dalam durasiwaktu tertentu.

4) Setelah MIXER berhenti, VALVE 3 akan membuka secara otomatisdan cat yang telah tercampur dikeluarkan dan nantinya tangkiakan kembali kosong.

5) Ketika tangki pencampur dalam kondisi kosong maka VALVE 3akan mati kemudian proses kembali berjalan, dimana VALVE 1akan menyala kembali dan sampai seterusnya.

6) Proses akan terus berjalan selama tombol STOP tidak ditekan.

Setiap komponen yang terdapat pada plant simulator terbagi menjadidua bagian, pertama komponen input dan kedua komponen output. Setiapkomponen menggunakan pengalamatan yang digunakan ladder diagram padamemori PLC.

Tabel 2. Pengalamatan I/O plant simulator

INPUT PENGALAMATAN OUTPUT PENGALAMATANSTART 000.00 Mixer :

- M 1- M 2

100.03100.04STOP 000.01

SENSOR 1 000.02 VALVE 1 100.00SENSOR 2 000.03 VALVE 2 100.01SENSOR 3 000.04 VALVE 3 100.02

Pengalamatan yang digunakan berpengaruh terhadap pengawatan padatrainer PLC terutama pada plant simulator pencampur warna. Berikutpada gambar 4 menunjukan pengawatan dalam rancangan trainer PLC.

7

Gambar 4. Pengawatan Trainer PLC

2. Rancangan Ladder Diagram

Ladder diagram atau diagram satu garis adalah satu cara untukmenggambarkan proses kontrol. Diagram ini merepresentasikaninterkoneksi antara perangkat input dan perangkat output sistemkontrol. Pada gambar 5 terdapat simbol-simbol kontak yang diberikanpengalamatan input seperti START, STOP dan SENSOR. Dalam kondisi Onkontak-kontak tersebut akan memberikan instruksi pada coil yangdiberi pengalamatan output seperti VALVE dan MIXER. Pada programladder juga terdapat work areadengan simbol kontak-kontak yangdiberikan pengalamatan 16.00 sampai dengan 16.08. Work areaberfungsi untuk mengendalikan setiap instruksi input yang diinginkanterhadap output. Kemudian pada program ladder diagram sistempencampur warna terdapat Timer dan Counter untuk mengendalikan MIXERberoprasi secara otomatis.

8

Gambar 5. Rancangan Program Ladder Diagram dengan Aplikasi Komputer CXProgrammer

3. Perancangan HMI

Dalam merancang HMI untuk sistem otomasi pencampur warna, tahappertama yang dikerjakan adalah mendesain yaitu membuat tampilanberupa gambar atau simbol-simbol umum yang mudah dimengerti olehteknisi, tampilan HMI yang seperti ini ditujukan untuk kemudahan

9

operator memahami dan mampu mengoprasikannya dengan mudah. Desaintampilan HMI yang dibuat terdapat tiga tangki, dua pompa, satu mixerdan objek-objek indikator lainnya.

Gambar 6. Desain Human Machine Interface dengan Aplikasi Komputer Cx Designer

Setelah desain tampilan HMI dibuat tahap selanjutnya adalahpengalamatan pada setiap objek. Pengalamatan berfungsi untukmengintegrasikan sistem ketika dijalankan antara PLC dengan HMI padaCx Designer. Pengalamatan ini dilakukan dengan menyesuaikan addressword pada program PLC dengan objek yang dibuat pada HMI. Seperticontoh pengalamatan pada objek POMPA 1 pada HMI menggunakanpengalamatan 100.00 yang menyesuaikan pengalamatan pada programladder diagram.

4. Pengujian Trainer

Hasil penelitian diperoleh dari pengujian setiap kondisi dari prosespencampuran warna. Pengujian dilakukan sesuai prosedur penggunaantrainer.

Kondisi 1 (K1) : Instruksi tombol START

Ketika tombol START pada trainer simulator ditekan maka lampuindikator VALVE 1 menyala, dalam waktu yang sama objek POMPA 1 padaHMI menyala.

10

Gambar 7. Pengujian dalam Kondisi 1

Kondisi 2 (K2) : Instruksi tombol SENSOR 1

Tombol SENSOR 1 adalah untuk memberikan instruksi pada objek levelmeter pada HMI. Ketika tombol SENSOR 1 ditekan maka objek levelmeter akan menunjukan pada operator bahwa volume warna dalam tangkitelah mencapai batas sensor tersebut.

Gambar 8. Pengujian dalam Kondisi 2

Kondisi 3 (K3) : Instruksi tombol SENSOR 2

Ketika tombol SENSOR 2 ditekan instruksi yang dijalankan adalahlampu indikator VALVE 2 pada trainer simulator menyala dan lampuindikator VALVE 1 mati. Pada objek HMI POMPA 2 akan menyala danPOMPA 1 mati.

Gambar 9. Pengujian dalam Kondisi 3

11

Kondisi 4 (K4) : Instruksi tombol SENSOR 3

.ketika tombol SENSOR 3 ditekan instruksi yang dijalankan adalahlampu indikator VALVE 2 & VALVE 1 mati kemudian lampu indikatorMIXER (M1 & M2) menyala secara bergantian. Pada objek HMI mixerbekerja bolak-balik atau forward-riverse.

Gambar 10. Pengujian dalam Kondisi 4

Kondisi 5 (K5) : Pendistribusian warna tercampur

Pada kondisi ini lampu indikator VALVE 3 dan objek VALVE pada HMIakan menyala secara otomatis ketika MIXER berhenti beroprasi.Instruksi ini dijalankan otomatis oleh pemograman ladder diagrampada memori PLC dengan TIMER dan COUNTER.

Gambar 11. Pengujian dalam Kondisi 5

Kondisi 6 (K6) : Instruksi tombol STOP

Pada trainer terdapat tombol STOP yang difungsikan untuk mematikanproses pencampuran warna. Tombol ini dapat bekerja dalam kondisiapapun, artinya apabila sistem dijalankan kembali program pada plcakan kembali aktif dan melanjutkan proses pencampuran warna yangsedang berlangsung. Sama halnya pada HMI intruksi STOP iniberpengaruh pada semua objek yang ada.

12

Gambar 12. Pengujian dalam Kondisi 6

Tabel 3. Data Hasil Pengujian Trainer Simulator

Kondisi

InputOutput

VALVE 1 VALVE 2MIXER

VALVE3Pb 1 Pb 2 Pb 3 Pb

4Pb5 M1 M2

K1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0K2 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0K3 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0

K4 0 1 1 1 0 0 0 TIM 1/0#20

TIM 1/0#20 CNT #5

K5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

Keterangan :

Pb 1 = START, Pb 2 = SENSOR 1, Pb 3 = SENSOR 2, Pb 4 = SENSOR 3, Pb5 = STOP, K 1-5 = Kondisi 1-5.

TIM 1/0 #20 = Timer berlogika 1 (hidup) atau 0 (Off) dengan rentanwaktu 20 micro second, CNT #5 = Counter atau penghitung input yangberlogika 1 sebanyak 5 kali maka output akan berlogika 1 (On).

Tabel 4. Data hasil pengujian HMI

Kondisi

Instruksi InputTrainer

HMI

POMPA1

POMPA2

MIXERVALVE

Level MeterPb1

Pb2

Pb3

Pb4

Pb5 FORWARD REVERSE Low Middle High

K1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0K2 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0K3 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0

K4 0 1 1 1 0 0 0 TIM 1/0#20

TIM 1/0#20 CNT #5 0 0 1

K5 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0

13

KESIMPULAN1. PLC Omron CP1L dapat berkomunikasi dan mengendalikan trainer

simulator dengan baik sesuai dengan deskripsi kerja alat yangtelah direncanakan sebelumnya. Program ladder diagram yangtersimpan dalam memori PLC menjadi kunci utama dalammengendalikan proses pencampuran warna.

2. Trainer simulator pencampur warna ini tersusun dari beberapakomponen yang mendeskripsikan dari proses pencampuran warna.Dengan pengalamatan input/ output yang sesuai dengan programladder diagram yang tersimpan pada memori PLC maka trainer inidapat bekerja dengan baik.

3. Perancangan HMI disesuaikan dengan trainer simulator pencampurwarna, setiap objek yang terdapat pada HMI menggunakanpengalamatan yang sama sehingga dalam kondisi beroprasi HMIberjalan dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA[1] Rozan, Amran. “Aplikasi PLC Merek Omron Sysmac CP1A pada Sistem

Gerak Otomatis Pintu Garasi Mobil”. Jurnal Teknik SIMETRIKA. 4. (1).296-302.

[2] Syahid.(2013). ”Rancang Bangun Kendali Palang Parkir MobilMenggunakan Smart Card Berbasis PLC”. Jurnal JTET. 2. (1). 31-37.

[3] Syahreza, Saumi. (2010). “Rancang Bangun Pengendali OtomatikKetinggian Fluida dan Temperatur Menggunakan Programmable LogicController (PLC)”. Jurnal Rekayasa Elektrika. 9, (1), 36-42.

[4] Abdullah, Ade Gafar. (2013). “Pengembangan Alat Praktikum DasarOtomasi Industri Modular”.Proceeding SNIPS 2013. ITB Bandung.

[5] Andani. (2011). “Sistem Kendali Servo Posisi dan Kecepatan Motordengan Programmable Logic Controller”. Jurnal Ilmiah Foristek. 1. (2).101-111.

[6] Sutomo, Artono Dwijo. (2007). “Simulasi Sistem Kontrol BerbasisPLC : Pembelajaran Berbasis Kasus pada Matakuliah ProgrammableLogic Control”. Jurnal ISSN. 371-376.

[7] Guo, Liping. (2009). “Design Projects in a Programmable LogicController (PLC) Course in Electrical Engineering Technology”.The Technology Interface Journal/ Fall. 10. (1).

[8] Birbir, Yasar. (2008). “Design and Implementation of PLC-BasedMonitoring Control System for Three-Phase Induction Motors Fed byPWM Inverter”. International Journal of System Applications, Engineering &Development. 1. (4). 128-135.

[9] Gaur, A.M, dkk. (2010). “PLC Based Automatic Control ofRheometer”. International Journal of Control and Automation. 3. (4). 11-20.

14

[10] Ali Akayleh. (2009). “Water Pumping System with PLC andFrequency Control”. Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering. 3.(3). 216-221.

[11] Dickinson, Aaron. (2006). “A Low-Cost Programmable LogicControl (PLC) Trainer for use in a University AgriculturalElectricity Course”. Journal of Agricurture Technology,Management, and Education. 21. 601-607.

15