Transcript 3.teori_dasar_otomasi

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 :
(1)
Power
(2)
Program of
instructions
•
•
•
(3)
Control
system
Process
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 dikonversikan dari daya listrik.
Bentuk Daya
Proses
Penuangan
Termal
Pemesinan Pelepasan Muatan Listrik
Listrik
Penempaan
Mekanik
Perlakuan Panas
Termal
Pencetakan injeksi
Termal dan mekanik
Pemotongan dengan sinar laser
Cahaya dan termal
Pemesinan
Mekanik
Pembentukan logam lembaran
Mekanik
Pengelasan
Termal (dan mekanik)
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
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.
(1)
(5)
(6)
(2)
(3)
Input
parameter
Controller
Actuator
Process
Output
variable
(4)
Feedback
sensor
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.
Input
parameter
Controller
Actuator
Process
Output
variable
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
x - value
Worktable
Motor
input
Controller
Motor
Leadscrew
Actual x
Optical
encoder
Feedback signal to controller
•
•
•
•
•
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 dan 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.
Level
5
Description/Examples
Corporate information
system
Enterprise
level
Flow of data
4
Plant level
Production system
3
Cell or system
level
Manufacturing systemgroups of machines
2
Machine level
Individual machines
1
Devise level
Sensors, actuators, other
hardware elements
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