TEORI DASAR OTOMASI Leterature Mikell P Groover Automation

TEORI DASAR OTOMASI Leterature : Mikell P Groover, Automation, Production Systems, and Computer-Integrated Manufacturing, Second Edition, New Jersey, Prentice Hall Inc. , 2001, Chapter 3 OTOMASI SISTEM PRODUKSI 1

ELEMEN DASAR SISTEM OTOMASI Sistem terotomasi terdiri dari tiga elemen dasar, yaitu : • • • daya (power) untuk menyelesaikan proses dan mengoperasikan sistem, program instruksi (program of instructions) untuk mengarahkan/mengatur proses, sistem kendali (control system) untuk melaksanakan instruksi. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 2

Daya Untuk Menjalankan Proses Otomasi Sumber daya utama dalam sistem otomasi adalah daya listrik. Daya listrik memiliki banyak keuntungan baik penggunaan untuk proses-proses sistem otomasi maupun proses-proses tanpa otomasi. • Daya listrik mudah diperoleh dengan harga yang layak; • Daya listrik dapat dengan mudah dikonversikan kebentuk energi alternatif seperti : mekanikal, termal, cahaya, akustik, hidrolik, dan pneumatik; • Daya listrik pada level yang rendah dapat difungsikan sebagai transmisi signal, pemrosesan informasi, serta penyimpanan data dan komunikasi; • Daya listrik dapat disimpan dalam bateri untuk penggunaan dalam lokasi dimana tidak ada sumber eksternal daya listrik. Sumber daya yang lain seperti bahan bakar fosil, energi matahari, air, dan angin jarang digunakan dalam sistem otomasi. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 3

Daya untuk Proses Dalam industri istilah proses mengacu pada operasi manufaktur yang digunakan untuk merubah bentuk bendakerja. Bentuk daya yang digunakan dapat berupa daya mekanik, listrik, termal, dan cahaya; tetapi semua bentuk daya ini dapat dikon-versikan dari daya listrik. Sebagai tambahan, untuk menjalankan proses manufaktur daya juga dibutuhkan untuk fungsi penanganan material, yaitu: • Pemasangan dan pelepasan unit kerja (loading and unloading the work unit) dari mesin; • Transportasi material diantara operasi-operasi. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 4

Daya untuk Otomasi Tambahan daya dibutuhkan untuk fungsi sebagai berikut : • Unit pengendali (controller unit); Pengendalian dalam industri modern berbasis pada komputer digital, yang membutuhkan daya listrik untuk membaca program instruksi, membuat kalkulasi kendali, dan melaksanakan instruksi dengan mentransmisikan perintah ke peralatan pelaksana (actuating devices); • Daya untuk melaksanakan signal kendali; Perintah yang dikirimkan oleh unit pengendali dilaksanakan oleh peralatan elektromekanik yang disebut aktuator; • Pemrosesan data akuisisi dan data informasi; Dalam kebanyakan sistem kendali data harus dikumpulkan dari proses dan digunakan sebagai masukan ke logaritma kendali; Sebagai tambahan persyaratan proses mungkin termasuk mencatat performansi proses atau kualitas produk. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 5

Program Instruksi • Dalam proses manufaktur setiap part atau produk yang dibuat melalui suatu operasi tertentu membutuhkan satu atau lebih tahapan pemrosesan; • Tahapan-tahapan pemrosesan ini dilakukan selama satu siklus kerja; • Dalam satu siklus kerja dapat diselesaikan satu part baru (beberapa operasi manufaktur, dalam satu siklus kerja dapat dihasilkan lebih dari satu part, misalnya operasi pencetakan injeksi plastik); • Tahapan-tahapan pemrosesan untuk siklus kerja tertentu dispesifikasikan dalam satu program siklus kerja (work cycle program); • Dalam sistem kendali numerik (numerical control) program siklus kerja disebut program part. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 6

Program siklus kerja sederhana • Dalam proses terotomasi yang sederhana, siklus kerja terdiri dari satu tahapan utama yaitu untuk melaksanakan parameter proses tunggal (single process parameter) pada suatu level tertentu; • Sebagai contoh memelihara/menentukan tempratur suatu tungku pada harga yang direncanakan untuk durasi siklus perlakuan panas; • Dalam hal ini, pemrograman hanya meliputi penyetelan temperatur pada tungku, dimana untuk merubah program, operator dengan mudah merubah penyetelan temperatur; • Hal yang sederhana ini dapat dikembangkan untuk menentukan lebih dari satu parameter proses, misalnya temperatur dan lingkungan. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 7

Program siklus kerja dalam sistem kompleks • Dalam sistem yang lebih kompleks, suatu siklus kerja terdiri dari banyak tahapan yang berulang tanpa penyimpangan dari siklus ke siklus berikutnya; • Kebanyakan operasi manufaktur part diskrit termasuk dalam katagori ini; • Secara sederhana tahapan proses meliputi kegiatan : • memasang (load) part ke mesin produksi; • melaksanakan proses, dan • melepaskan (unload) part dari mesin produksi. • Dalam setiap tahapan, terdapat satu atau lebih kegiatan yang meliputi perubahan satu atau lebih parameter proses; • Parameter proses adalah merupakan masukan terhadap proses, seperti misalnya penyetelan temperatur tungku, nilai sumbu koordinat dalam sistem penempatan, nilai buka atau tutup dalam suatu sistem aliran fluida, dan motor hidup (on) atau mati (off). OTOMASI SISTEM PRODUKSI 8

Contoh : dalam operasi pembubutan terotomasi. Misalkan suatu operasi pembubutan terotomasi dilakukan untuk pembuatan geometri bentuk konis. Anggaplah sistem otomasi menggunakan robot untuk memasang dan melepas unit kerja, maka siklus kerja terdiri dari tahapan berikut : (1) (2) (3) (4) memasang bendakerja, menempatkan pahat potong ke posisi pembubutan, proses pembubutan, mengembalikan pahat ketempat yang aman pada akhir pembubutan, (5) melepaskan bendakerja yang telah selesai dikerjakan. Tentukan kegiatan dan parameter proses dalam setiap tahapan operasi ! OTOMASI SISTEM PRODUKSI 9

Solusi : Tahapan (1), kegiatan terdiri dari : manipulator robot menjangkau bendakerja, mengangkat dan memposisikan bendakerja tersebut ke pencekam mesin bubut, dan menggerakkan kembali manipulator ke tempat yang aman untuk menanti pelepasan. Parameter proses untuk kegiatan ini adalah : nilai sumbu-sumbu manipulator robot (yang berubah secara kontinu), nilai pemegangan robot (terbuka atau tertutup), nilai pencekaman mesin bubut (terbuka atau tertutup). Tahapan (2), kegiatan meliputi pergerakan pahat ke posisi yang telah ditentukan. Parameter proses yang berhubungan dengan kegiatan ini adalah posisi sumbu koordinat pahat. Tahapan (3), operasi pembubutan. Hal ini membutuhkan kendali secara simultan dari tiga prameter proses : kecepatan rotasi benda kerja (rev/min), hantaran (mm/rev), kedalaman potong yaitu jarak radial pahat potong dari sumbu rotasi. Tahapan (4) dan (5), meliputi kegiatan balik berturut-turut seperti kegiatan (2) dan (1), dengan parameter proses yang sama. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 10

Sistem Kontrol dalam sistem terotomasi dapat berupa jaringan tertutup (closed loop) maupun jaringan terbuka (open loop). Sistem kontrol jaringan tertutup juga dikenal sebagai sistem kendali umpan balik (feedback control system), dimana variabel output dibandingkan dengan parameter input, dan perbedaan antara keduanya digunakan untuk menjalankan output yang sesuai dengan inputnya. Sistem kontrol jaringan tertutup terdiri dari enam elemen dasar : (1) sensor umpan balik, (1) parameter input, (2) kontroler, dan (2) proses, (3) aktuator. (3) variabel output, OTOMASI SISTEM PRODUKSI 11

Fungsi elemen dasar dalam sistem kontrol jaringan tertutup : • • • Parameter input sering diacu sebagai setpoint, menyatakan nilai output yang diinginkan; Proses adalah operasi atau fungsi yang akan dikendalikan (dalam pembahasanan ini proses merupakan operasi manufaktur); Variabel output adalah variabel proses yaitu pengukuran performansi kritis dalam proses tersebut, seperti misalnya temperatur, gaya atau laju aliran; Sensor digunakan untuk mengukur variabel output dan melakukan fungsi umpan balik dalam sistem jaringan tertutup; Kontroler membandingkan output dengan input dan melakukan penyesuaian (adjustment) sehingga sesuai dengan yang diinginkan dalam proses untuk mengurangi perbedaan antara keduanya (output dengan input); Aktuator merupakan piranti keras (hardware) yang digunakan untuk melaksanakan penyesuaian yang dilakukan oleh kontroler; Aktuator yang digunakan mungkin lebih dari satu biasanya berupa motor listrik atau katup aliran. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 12

Sistem kontrol jaringan terbuka Sistem kendali loop terbuka dioperasikan tanpa jaringan umpan balik. Dalam hal ini operasi pengendalian dilaksanakan tanpa pengukuran variabel output, jadi parameter input tidak dibandingkan dengan variabel output yang diinginkan. Kelemahan sistem kontrol jaringan terbuka : • Kerja aktuator sering tidak sesuai dengan yang dikehendaki pada proses. Keuntungan sistem kontrol jaringan terbuka : • sederhana, dan • murah. Sistem kontrol jaringan terbuka biasanya digunakan, bila : • Kegiatan yang dilaksanakan oleh sistem kontrol sederhana; • Fungsi aktuator sangat handal; • Gaya reaksi yang melawan aktivasi sangat kecil. Bila karakteristik ini tidak dimiliki oleh sistem kontrol tersebut, maka sebaiknya menggunakan sistem kontrol jaringan tertutup. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 13

Sistem penempatan dengan jaringan tertutup • • • Dalam operasi, sistem digunakan untuk menggerakkan meja kerja (work table) ke lokasi tertentu seperti yang ditentukan oleh nilai koordinat; Kebanyakan sistem penempatan memiliki paling sedikit dua sumbu (mis. penempatan meja x – y) dengan satu sistem kendali untuk setiap sumbu, tetapi dalam gambar ditunjukkan hanya satu dari sumbu ini; Suatu servomotor dc dihubungkan dengan ulir pengarah (leadscrew) yang merupakan aktuator untuk setiap sumbu; Suatu signal yang menunjukkan nilai koordinat (mis. nilai x) dikirimkan dari kontroler ke motor menjalankan ulir pengarah dimana gerakan memutar ulir dikonversikan menjadi gerakan linear ke posisi meja yang dikehendaki; Posisi x yang sesungguhnya diukur oleh sensor umpan balik (mis. enkoder optik), dan perbedaannya dengan nilai koordinat x yang dikehendaki, oleh kontroler digunakan untuk menggerakan motor kembali hingga posisi meja sesungguhnya sesuai dengan nilai posisi input. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 14

FUNGSI OTOMASI MUTAKHIR Disamping digunakan untuk program siklus kerja, sistem terotomasi dapat juga digunakan untuk melaksanakan fungsi-fungsi mutakhir sebagai berikut : • Pemonitoran keselamatan (safety monitoring); Suatu sistem terotomasi sering dirancang untuk menghindari bahaya terhadap tenaga kerja yang mungkin timbul dalam pelaksanaan operasi; • Perawatan diagnotik perbaikan (maintenance and repairs diagnotics); Sistem terotomasi dapat membantu mengidentifikasi sumber yang potensial akan mengalami malfungsi dan kerusakan pada sistem; • Pendeteksian kesalahan dan penanggulangannya (error detection and recovery); Dengan bantuan komputer pengendali, tidak hanya diagnose malfungsi yang dapat dilakukan, tetapi juga dapat digunakan untuk mendeteksi kesalahan dan memperbaiki sistem sehingga dapat dioperasikan secara normal kembali. OTOMASI SISTEM PRODUKSI 15

LEVEL OTOMASI Konsep sistem otomasi dapat diterapkan dalam berbagai level operasi-operasi pabrik. Terdapat lima kemungkinan level otomasi dalam pabrik produksi, yaitu : (1) level peralatan (device level), (2) level mesin (machine level), (3) level sel atau sistem (cell or system level), (4) level pabrik (plant level), (5) level perusahaan (enterprise level). OTOMASI SISTEM PRODUKSI 16