Buku Mekatronika

MEKATRONIKA Disusun Oleh : Dr. Lussiana ETP, Ssi., MT. Hustinawati, SKom., MMSI. Atit Pertiwi Skom., MMSI. Ary Bima Kurniawan, ST., MT. Yogi Permadi, SKom.

Jurusan Sistem Komputer Fakultas Ilmu Komputer

UNIVERSITAS GUNADARMA 2011

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

BAB I Pengenalan Mekatronika

POKOK BAHASAN: 1. Pendahuluan 2. Pengertian Mekatronika 3. Aplikasi-Aplikasi Mekatronika

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: Memahami tentang Mekatronika dan dapat menjelaskan contohcontoh aplikasi yang termasuk mekatronika

1.1. Pendahuluan Mekatronika adalah kata baru yang lahir di Jepang pada awal tahun 1970an yang merupakan gabungan antara 2 kata yaitu mechanics dan electroinics. Sekarang ini sering terlihat barang barang mekatronik seperti robot, mesin bubut NC, kamera digital, printer dan lain sebagainya. Persamaan dari barang-barang mekatronik ini adalah objek yang dikendalikan adalah gerakan mesin. Jika dibandingkan dengan gerakan mesin konvensional maka gerakan mesin tersebut lebih bersifat fleksibel dan lebih memiliki kecerdasan. Hal ini dimungkinkan karena memanfaatkan kemajuan iptek micro-electronics. Artinya dengan bantuan micro-electronics mesin dapat bergerak dengan lebih cerdas. Jika seseorang memberikan sebuah perintah, lalu semua dapat dipasrahkan ke mesih yang dapat bererak secara otomatis. Ini santat membantu menciptakan mesiha tau alat yang praktis dan mudah digunakan. Sehigga Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 1

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

sumber daya manusia seperti waktu dan otak dapat dipakai untuk pekerjaan yang lain, sehingga daapt menciptakan nilai tambah. Pada awalnya mekatronik diarahkan pada 3 target yaitu: penghematan energi (energi saving), pengecilan dimensi dan peringanan berat dan peningkatan kehandalan (reliability). Sekarang, setelah 30 tahun lebih berlalu dari kelahirannya, perlu dirumuskan kembali arah mekatronik sesuai dengan perkembangan jaman. Dan khususnya untuk Indonesia sebagai negara yang masih berkembang dengan segudang permasalahnnya, rasanya arah mekatronik perlu ditentukan agar dapat membantu memecahkan masalah-masalah yang ada dengan tetap memperhatikan lingkungan regional dan global.

1.2

Pengertian Mekatronika

Mekatronik adalah teknologi atau rekayasa yang menggabungkan teknologi tentang mesin, elektronika, dan informatika untuk merancang, memproduksi, mengoperasikan dan memelihara sistem untuk mencapai tujuan yang diamanatkan. Seperti diketahui dari definisi mekatronika adalah gabungan disiplin teknik mesin, teknik elektro, teknik informatika, dan teknik kendali. Pada awalnya, secara khusus tidak ada disiplin mekatronika. Untuk menggabungkan beberapa disiplin iptek tersebut, mekatronika memerlukan teori kendali dan teori sistem. Secara sempit pengertian mekatronika mengarah pada teknologi kendali numerik yaitu teknologi mengendalikan mekanisme menggunakan aktuator untuk mencapi tujuan tertentu dengan memonitor informasi kondisi gerak mesin menggunakan sensor, dan memaukan informasi tersebut ke dalam mikro-prosesor. Ini menumbangkan kemajuan yang spektakuler jika dibandingkan dengan kontrol otomatis menggunakan instrumen analog, karena dapat merubah skenario kontrol secara fleksibel dan dapat memiliki fungsi pengambilan keputusan tingkat tinggi. Contoh klasik barang mekatronik adalah lengan robot dan mesin bubut kontrol numerik. Barang-barang ini dapat melakukan pekerjaan-pekerjaan yang berbeda-beda dengan cara merubah program mereka sesuai kondisi yang diminta, karena telah ditambahkan kemampuan kendali aktif yang canggih terhadap mekanisme yang telah ada. Beberapa manfaat penerapan mekatronik adalah sebagai berikut:

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 2

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

1. Meningkatakan fleksibiltas Manfaat terbesar yang dapat diperoleh dari penerapan mekatronik adalah meningkatkan fleksibilitas mesin dengan menambahkan fungsi-fungsi baru yang mayoritas merupakan kontribusi mikro-prosessor. Sebagai contoh, lengan robot industri dapat melakukan bebagai jenis pekerjaan dengan merubah program peranti lunak di mikro-processornya seperti halnya lengan manusia. Ini yuang menjadi faktor utama dimungkinkannya proses produksi produk yang beraneka ragam tipenya dengan jumlah yang sedikit-sedikit.

2. Meningkatakan Kehandalan Pada mesin-mesin konvensional (manual) muncul berbagai masalah yang diakibatkan oleh berbagai jenis gesekan pada mekanisme yang digunakan seperti: keusangan, masalah sentuhan, getaran dan kebisingan. Pada penggunaan mesin mesin tersebut diperlukan sarana dan operator yang jumlahnya banyak untuk mencegah timbulanya masalah-masalah tersebut. Dengan menerapkan switch semikonduktor misalnya, maka masalah-masalah akibat sentuhan tersebut dapat diminimalkan sehingga meningkatkan kehandalan. Selain itu dengan menggunakan komponen-komponen mesin sebagai pengendali gerak, tingkat presisi dan kecepatan telah mencapai garis saturasi yang sulit untuk diangkat lagi. Dengan menerapkan kendali digital dan teknologi elektronika maka tingkat presisi mesin dan kecepatan gerak mesin dapat diangkat lebih tinggi lagi sampai batas tertentu. Batas ini misalnya adalah rigiditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tantangan baru yaitu menciptakan sistem mesin yang memiliki rigditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tatangan baru yaitu menciptakan sistem mesin yang memiliki rigiditas lebih tinggi. Struktur mekatronika dapat dipilah menjadi 2 buah dunia yaitu dunia mekanika dan dunia elektronika. Di dunia mekanika terdapat mekansime mesin sebagai objek yang dikendalikan. Di dunia elektronika terdapat beberapa elemen mekatronika yaitu : sensor, kontroler, rangkaian pengerak aktuator dan sumber energi. Elemen-elemen mekatronika dapat dijejalaskan sebagai berikut:

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 3

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Mekanisme mesin. Ini adalah objek kendali yang bisa berupa lengan robor, mekanisme penggerak otomotif, generator pembangkit listrik dan lain sebagainya. Sensor. Ini adalah elemen yang bertugas memonitor keadaan objek yang dikendali. Sensor ini dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi memproses sinyal listrik menjadi sinyal yang mengandung informasi yang bisa dimanfaatkan. Kontroler. Ini adalah elemen yang mengambil keputusan apakah keadaan ojek kendali telah sesuai dengan nilai referensi yang diinginkan, dan kemudian memproses infromasi untuk menetapkan nilai komando guna merefisi keadaan objek kendali. Rangkaian. Ini adalah elemen yang berfungsi menerima sinyal komando dari kontroler dan mengkonversinya menjadi energi yang mampu menggerakkan aktuator untuk melaksanakan komando dari kontroler. Elemen ini selain menerima informasi dari konroler juga menerima catu daya berenergi tinggi. Aktutor. Ini adalah elemen yang berfungsi mengkonversi energi dari energi listrik ke energi mekanik. Bentuk konkrit aktuator ini misalnya:motor listrik, tabung hidrolik, tabung penematik. Dan lain sebagainya. Sumber energi. Ini adalah elemen yang mencatu energi listrik ke semua element yang membutuhkannnya. Salah satu bentuk konkrit sumber energi adalah batere untuk sistem berpindah tempat, atau adaptor AC-DC untuk sistem yang stasionari(tetap di tempat). Struktur mekatronik yang digambarkan disini dari segi teori kendali disebut sistem umpan balik (closed loop). Sistem umpan balik ini meyerupai makhluk hidup, dimana dalam melakukan kegiatan selalu merevisi tindakannya berdasarkan informasi umpan balik yang dikirim oleh indar ke otak. Dengan demikian mekatronik adalah merealisasikan sistem mekanik yang mampu melakukan pekerjaan seperti halnya seorang manusi yang memiliki kondisi yang sempurna. Batas formal antara berbagai disiplin ilmu rekayasa (enggineering) saati ini semakin kabaru seiring dengan perkembangan teknologi IC (Integrated Circuit = rangkaian elektronika terpadu) dan komputer. Hal ini terutama terlihat jelas pada bidang mekanik dan elektronik yaitu semakin banyak produk yang merupakan integrasi dari kedua bidang tersebut, sehingga berkembang suatu bidang yang disebut mekatronika, yang merupakan perluasan cakupan dari bidang elektromekanik. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 4

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Beberapa definisi dari yang diambil dari berbagai sumber diantaranya: “Integration of micropocessor control system, electrical systems and mechanical system” (Bolton, Mechtronics). The synergistic combination fo precision mechanical engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes”(Journal of Mechatornics). “The synergistic use of precision engineering, control and procesess (ME Magazine). “The interdisciplinary field of engineering dealing with the design of products whose function relies on the synergistic integration of mechanical and electronic components coordinated by a control architecture. “(A Iciatore, D.G. and Histand, M.B.) Dari berbagai pengertian diatas maka dicoba disusun pengertian dari mekatronika yaitu integrasi dari sistem mekanik dan elektronik yang dikendalikan dengan komputer dan dimanfaatkan pada produk maupun proses produksi. Saat ini mekatronika sudah dianggap sebagai bidang tersendiri, meskipun tidak terlepas hubungannya dengan bidang lainnya.

1.3

Aplikasi Aplikasi Mekatronika

Saat ini pengendalian sistem mekanik hampir seluruhnya dilakukan menggunakan sistem kendali elektronik dan sebagian besar diantaranya menggunakan komputer. Contohnya adalah mesin mobil. Dahulu sistem pembakaran yang terjadi pada silinder dikendalikan sepenuhnya secara mekanis. Banyak bahan bakar dan udara diataur langsung dari pedal lewat perantraaan kabel dengan perbandingan yang telah dissetel sebelumnya. Katup terbuka dan tertutup diatur secara mekanik menggunkana camshaft tergantung posisi piston. Saat ini banyak sekali sensor yang terlibat pada sistem pembakaran mobil yaitu di antaranya sensor kecepatan dan posisi poros engkol, sensor temperatur udara dan bahan bakar, dan sensor pada pedal gas. Semua informasi dari sensor tersebut diolah oleh sistem pengendali berupa komputer yang disebut Engine Control Unit untuk digunakan mengatur waktu dan besarnya bukaan katup serta perbandingan bahan bakar-udara yang dapat disesuaikan dengan kondisi mesin ataupun pengendara. Pada mobil juga terdapat berbagai sistem lain yang saat ini menerapkan sistem mekatronika, yaitu sistem transmisi automatis, sistem suspensi aktif,

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 5

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

sistem anti-lock braking system(ABS), sistem pengkondisi udar, serta display kecepatan, putraran mesin dan level bahan bakar. Selain kendaraaan bermotor, mekatronika juga diterapkan pada berbagai hal antra lain : a. Perancancang sensor/transduser b. Peralatan rumah tangga dan perkantoran :mesin cuci, mesin isap debut, timbangan digital, micarowave, remote control, pembuat kopi, sistem HVAC, kamera, mesin foto kopi dan masih banyak lagi c. Berbagai peranti pada komputer : mouse, printer. Disk drive, CD ROM drive, keyboard. d. Dunia penerbangan : pengendalian pesawat tebang secara Fly By Wire(FBW) e. Peralatan medis dan laboratorium f. Bidang Industri : monitoring dan kendali berbagai peralatan industri g. Bidang robotika Komponen utama pada suatu sistem mekatronika adalah sensor, aktuator, dan kontroler. Sensor digunakan untuk mendeteksi variabel pada sistem. Aktuator befungsi untuk memberikan aksi pada sistem yang dikendalikan.

1.4.

Aspek Pengendalian Elektrik Sistem Kendali mempunyai tiga unsur yaitu input, proses dan output.

Input

Proses

Output

Gambar 1.1. Unsur-unsur sistem kendali Input pada umumnya berupa sinyal dari sebuth transduser, yaitu alat yang dapat merubah besaran fisik menjadi besaran listrik, misalnya tombol tekan, saklar batas, termostat, dan lain-lain. Transduser memberikan informasi mengenai besaran yang diukur, kemudian infomrasi ini diproses oleh bagian proses. Bagian proses dapat beruapa rangkaian kendali yang menggunakan Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 6

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

peralatan yang dirangkai secara listrik, atau juga berupa suatu sistem kendali yang dapat diprogram mislanya sistem berbasis mikroprosesor, mikrokontroler atau PLC. Pemrosesan informasi(sinyal input) menghasilkan sinyal Output yang selanjutnya digunakan untuk mengaktifkan aktuator (peralatan Output) yang dapat berupa motor listrik, kontaktor, katup selenoid, lampu dan sebagainya. Dengan peralatan output, besar listrik diubah kembali menjadi besar fisik. Sistem Kendali dibedakan menjadi dua, yaitu sistem kendali loop terbukan dan sistem kendali loop tertutup. 1.4.1

Sistem Kendali Loop Terbuka Sistem kendali loop terbuka adalah proses pengendali dimana variabel Input mempengaruhi output yang dihasilkan. Gambar 2 menunjukkan diagram blok sistem kendali loop terbuka. Gangguan

Setting

Peralatan Kendali

Sistem yang dikendalikan

Output

Gambar 1.2. sistem kendali loop Terbuka Dari gambar 3 diatas, dapat dipahami bahwa tidak ada informasi yang diberikan oleh peralatan output kepada bagian proses sehingga tidak diketahui apakah hasil output sesuai dengan yang dikehendaki. 1.4.2

Sistem Kendali Loop Tertutup Sistem Kendali loop tertutup adalah suatu proses pengendalian di mana variabel yang dikendalikan (output) disensor secara kontinyu, kemduian dibandingkan dengan besaran acuan. Variabel yang dikendalikan dapat berupa hasil pengukuran temperatur, kelembaban, posisi mekanik, kecepatan putaran, dan sebagainya. Hasil pengukuran tersebut diumpan-balikkan ke pembanding (komparator) yang dapat berupa peralatan mekanik, listrik, elektronik atau peneumatik. Pemanding membandingkan sinyal sensor yang berasal dari variabel yang Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 7

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

dikendalikan dengan besaran acuan, dan hasilnya beruapa sinyal kesalahan. Selanjutnya, sinyal kesalahan diumpankan kepada peralatan kendali dan diproses untuk memperbaiki kesalahan sehingga menghasilkan output sesuai dengan yang dikehendaki. Dengan kata lain, kesalahan sama dengan nol.

Gangguan Error Peralatan Setting

Sistem yang dikendalikan (Proses)

Output

Senso

Umpan Balik

Gambar 1.3. sistem kendali loop Tertutup

1.5.

Peran Teknologi Digital dalam Pengendalian

Perkembangan Teknologi rangkaian terintegrasi khususnya sistem mikroprosesor memberikan kontribusi yang signifikan terhadap bidang kendali digital Teknologi mikroprosesor telah banyak diterapkan untuk pengendalian berbagai peralatan baik industri hingga rumah tangga. Kehadiran mikrokontroler menjadi penerapan pengendali digital relatif mudah diterapkan pada berbagai aplikasi yang portabel. Hingga akhir tahun 1970, sistem otomasi mesin dikendalikan oleh rali elektromagnet. Dengan semakin meningkatnya perkembangan teknologi, tugas-tugas pengendalian dibuat dalam bentuk pengendalian terprogram yang Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 8

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

dapat dilakukan antara lain menggunakan PLC(Programmable Logic Controller). Dengan PLC, sinyal dari berbagai peralatan luar diinterfis sehingga fleksibel dalam mewujudkan sistem kendali. Disamping itu, kemampuannya dalam komunikasi jaringan memungkinkan penerapan yang luas dalam berbagai operasi pengendalian sistem. Dalam sistem otomasi, PLC merupakan ‘Jantung’ ssitem kendali. Dengan program yang disimpan dalam memori PLC, dalam ekskusinya, PLC dapat memonitor keadaan sistem melalui sinyal dari peralatan input, kemudian didasarkan atas logika program menentukan rangkaian untuk pengendalian peralatan output luar. PLC dapat digunakan untuk mengendalikan tugas tugas sederhana yang berulang-ulang, atau di-interkoneksi dengan yang lain menggunakan komputer melalui sejenis jaringan komunikasi untuk mengintegrasikan pengendalian proses yang kompleks. Cara Kerja sistem kendali PLC dapat dipahami dengan diagram blik seperti ditunjukan pada Gambar 1.4. PENUNJANG

DAYA

PERA LATA N IN PUT

CPU

I N P U T

MEMORI

O U T P U T

PERA LATA N OUT PUT

Gambar 1.4. Diagram Blok PLC

1.6.

Aspek Mekanika

Otomotif adalah ilmu yang mempelajari tentang alat-alat transportasi darat yang menggunakan mesin, terutama mobil dan sepeda motor. Otomotif mulai berkembang sebagai cabang ilmu seiring dengan diciptakannya mesin Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 9

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

mobil. Dalam perkembangannya, mobil menjadi alat transportasi kompleks yang terdiri dari ribuan komponen yang tergolong dalam puluhan sistem dan subsistem. Pompa bahan bakar adalah komponen penting dalam sebuah mobil atau mesin kombusi dalam lainnya. Bahan bakar harus dipompa dari tangki bensin ke mesin dan diantar dalam tekanan rendah ke karburator atau dalam tekanan tinggi ke sistem injeksi bahan bakar. Beberapa mesin injeksi bahan bakar memilki 2 macam pompa untuk tujuan ini: satu pompa tekanan rendah/volume besar di tangki dan satu tekanan tinggi/volume rendah di atau dekat mesin. Suspensi adalah kumpulan komponen tertentu yang berfungsi meredam kejuatan, getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata yang dapat mengingkatkan kenyamanan berkendara dan pengendalian kendaraan. Ada dua jenis utama suspensi yaitu sistem suspensi dependen dan sistem suspensi independen. Peredam kejut, shock absorber, shock breaker, atau damper adalah sebuah alat mekanik yang didesain utuk meredam hentakan yang disebabkan oleh energi kenetik. Peredam kejut adalah bagian penting dalam suspensi kendaraan bermotor, roda pendaratan pesawat terbang, dan mendukung banyak mesin industri. Peredam kejut berurukuran besar juga digunakan dalam arsitek dan teknik sipil untuk mengurangi kelemahan struktur akibat gempa bumi dan resonansi. Dalam kendaraan, alat ini berfungsi untuk mengurangi efek dari kasarnya permukaan jalan. Tanpa peredam kejut, kendaraan dapat terlempar, seperti energi yang disimpan dalam per/pegas, kemudian dilepaskan pada kendaraan, barangkali melebihi gerakan suspensi. Kontrol gerakan berlebih pada suspensi tanpa peredam kejut diredam secara paksa oleh per yang kaku, yang dapat menyebabkan ketidaknyamanan dalam berkendara. Peredam kejut diperkenankan menggunakan per yang lembut yang mengontrol gerakan suspensi dalam merespon gundukan atau lubang. Dan juga, berhubungan dengan pelambatan efek fisik dalam ban itu sendiri, mengurangi grakan naik turun per. Karena ban tidak selembut per, untuk meredam hendakan ban mungkin dibutuhkan shock yang kaku yang lebih ideal untuk kendaraan. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 10

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Peredam kejut pneumatik dan hidraulik umumnya mengambil bentuk sebuah silinder dengan piston yang bergerak didalamnya. Silinder harus diisi dengan cairan kentalm, seperti minyak hidraulik atau udara. Cairan ini diisikan ke dalam dashpot. Peredam kejut berbasi per umumnya menggunakan per keong atau per daun Per ideal itu sendiri, bukanlah peredam kejut seperti per yang hanya menyimpan dan tidak menghilangkan atau menyerap energi. Kendaraan biasanya menggunakan dua per atau pelang torsi yang berfungsi sebagaimana peredam kejut hidraulik. Dalam kombinasi ini, peredam kejut secara khusus menyediakan psiton hidroaulik yang menyerap dan menghilangkan getaran. Per tidak dianggap sebagai peredam kejut. Peredam kejut harus menyerap atau menghilangkan energi. Desaiinya harus dipertimbangkan, oleh karena itu harus dibuat ketika mendesain atau memilih sebuath peredam kejut adalah ke mana energi akan pergi. Umumnya, dalam kebanyakan dashpot, energi diubah ke dalam panas di dalam cairan kental. Dalam silinder hidraulik, minyak hidraulik akan memanas. Dalam silinder udara, udara panas selalu dilepaskan ke atmosfer. Dalam tipe dashpot yang lain, seperti elektromagnetik, energi yang hilang dapat disimpan dan bisa digunakan kemudian jika diperlukan. Sistem transmisi dalam otomotif, adalah sistem yang menjadi penghantar energi dari mesin ke diferensial dan as. Dengan memutar as, roda dapat berputar dan menggerakan mobil. Transmisi diperlukan karena mesih pembakaran yang umumnya digunakan dalam mobil merupakan mesin pembakaran internal yang menghasilkan putaran (rotasi) antara 600 sampai 6000 rmp. Sedangkan, roda berputar pada kecapatan rotasi 0 sampai 2500 rmp. Sekarang ini, terdapat dua sistem transmisi yang umum, yaitu transmisi manual dan transmisi otomatis. Terdapat juga sistem-sistem transmisi yang merupakan gabungan antara kedua sistem tersebut, namun ini merupakan perkembangan terakhir yang baru dapat ditemukan pada mobil-mobil berteknologi tinggi. Transmisi manual merupakan salah satu jenis transmisi yang banyak dipergunakan dengan alasan perawatan yang lebih mudah. Biasanya pada transmisi manual terdiri dari 3 sampai dengan 7 speed. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 11

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Transmisi semi otomatis adalah transmisi yang dapat membuat kita dapat merasakan sistem transmisi manual atau otomatis, bila kita sedang menggunakan sistem transmisi manual kita tidak perlu menginjak pedal kopling karena pada sistem ini pedal kopling sudah teratur secara otomatis. Transmisi otomatis terdiri dari 3 bagian utama yaitu : Torque converter, planetrai gerar unit, dan Hydraulic control unit. Trorque converter berfungsi sebgai kopling otomatis dan dapat memperbesar momen mesin. Sedangkan Torque conventer terdiri dari Pump impeller, Turbine runner, dan Stator. Stator terletak diantar impeller dan turbine. Torque converter diisi dengan ATF (Automatic Transmition Fluid). Momen mesin dipindahkan dengan adanya aliran fluida. Begitu banyaknya penggunaan sistem mekantronika dalam kehidupan kita memperkuat salah satu sifatnya yang multiguna(aplikatif). Sebagai contoh sistem mekatronik pada kendaraan bermotor adalah sistem rem ABS (Antiblock Breaking system) atau sistem pengeraman yang menghindari terkuncinya roda sehingga mobil tetap dapat dikendalikan dalam pengereman mendadak, ESP(Elektronik Stability Programm), ABC(Active Body Control) dan MotorSystem. Contoh pada Teknologi Penerbangan. Dalan teknologi penerbangan moderen digunakan Comfort-In-Turbulence System sehinga dapat menginkatkan kenyamanan penumpang walau ketika terjadi turbelensi. Gust Load Alleviation serta banyak contoh lainnya. Pada Teknik Produksi :Contoh dalam teknik produksi adalah penggunaan sensor pada robot. Sistem kendali umpan balik pada eletromoto berkecapatan rotasi tinggi dengan ‘pemegang as. tenaga magnet. Serta pemutar CD, Harddisk serta mesin pencetak berkecepatan tinggi, atau alat-alat elektronika yang biasa kita gunakan sehari-hari aplikasi mekantronika akan sangat sering kita jumpai

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 12

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

. Bila sukses, modifikasi kontroler untuk aplikasi lain yang diinginkan

Sirkuit Cerdas Smart Circuit

Uji coba Kendaraan mini Kendaraan mini

Bidang Stasiun Pembang kit Listrik

Bidang Mekanis asi Pertanian

Bidang Otomasi pabrik

Bidang Industri Otomotif

........

Bidang Mekatro nika yang lain

Gambar 1.5. Potensi pernerapan Sistem Cerdas dibidang mekatronika Pada mobil juga terdapat berbagai sistem lain yang saat ini menerapkan sistem mekatronika, yaitu sistem transmisi autotamatis, sistem suspensi aktif, sistem anti-lock braking system (ABS), ssitem pengkondisi udara, serta display kecepatan, putaran mesin dan level bahan bakar. Sistem pada kendaraan bermotor, mekatronika juga diterapkan pada berbagai hal antara lain : •

Perancangan sensor/transduser

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 13

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

• Peralatan rumah tangga dan perkantoran :mesin cuci, mesin isap debu timbangan digital, microwabe, remoter control, pembuat kopi, sistem HVAC, kamera, mesin foto kopi dan masih banyak lagi.

• Berbagai peranti pada komputer :mouser, printer, disk drive, CD ROM drive, keyboard

• Dunia penerbangan : pengendalian pesawat terbang secara Fly by Wire (FBW)

• Peralatan medis dan laboratorium • Bidang industri : monitoring dan kendali berbagai peralatan industri • Bidang robotika

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 14

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

BAB II Mekanika Statistika

POKOK BAHASAN: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Pendahuluan Momen lengan Momen kesetimbangan Torsi Gear Friksi

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: Dapat memahami gaya yang ada didalam mesin (mekatronika) yang timbul dari berbgai sumber

2.1. Pendahuluan Mekanika statistika adalah aplikasi teori probabilitas, yang memasukkan matematika untuk menangani populasi besar, ke bidang mekanika, yang menangani gerakan partikel atau objek yang dikenai suatu gaya. Bidang ini memberikan kerangka untuk menghubungkan sifat mikroskopis atom dan molekul individu dengan sifat makroskopis atau limbak (bulk) materi yang diamati sehari-hari, dan menjelaskan termodinamika sebagai produk alami dari statistika dan mekanika (klasik dan kuantum) pada tingkat mikroskopis. Mekanika statistika khususnya dapat digunakan untuk menghitung sifat termodinamika materi limbak berdasarkan data spektroskopis dari molekul individual. Kemampuan untuk membuat prediksi makroskopis berdasarkan sifat mikroskopis merupakan kelebihan utama mekanika statistika terhadap termodinamika. Kedua teori diatur oleh hukum kedua termodinamika melalui Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 14

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

media entropi. Meskipun demikian, entropi dalam termodinamika hanya dapat diketahui secara empiris, sedangkan dalam mekanika statistika, entropi merupakan fungsi distribusi sistem pada kondisi mikro.

2.2.Momen Lengan Pada gerak lurus atau gerak translasi, faktor yang menyebabkan adanya gerak adalah gaya (F). Sedangkan pada gerak rotasi atau gerak melingkar, selain gaya (F), ada faktor lain yang menyebabkan benda itu bergerak rotasi yaitu lengan gaya (l) yang tegak lurus dengan gaya. Secara matematis, momen gaya dirumuskan τ=Fx l = F l Sin θ Dimana θ adalah sudut antara lengan gaya l dengan gaya F. Jika antara lengan gaya l dan gaya F tidak tegak lurus maka τ=F l Lengan gaya merupakan jarak antara titik tumpuan atau poros ke titik dimana gaya itu bekerja. Jika gaya dikenakan berada di ujung lengan maka bisa kita katakan lengan gaya ( l ) sama dengan jari-jari lingkaran (r). Sehingga momen gaya dapat juga kita tulis τ=F.r

2.3. Momen Kesetimbangan Syarat kesetimbangan dan Momen gaya adalah benda dikatakan berada dalam kesetimbangan apabila : - Benda itu sebagai satu keseluruhan tetap diam atau bergerak menurut garis lurus dengan kecepatan konstan Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 15

PHK-I 2011

-

Buku Ajar Mekatronika

Benda itu tidak berotasi sama sekali atau berotasi dengan kecepatan tetap

Dalam kesetimbangan resultan dari semua gaya yang bekerja pada benda tersebut sama dengan nol. Σ Fx = 0 dan Σ Fy = 0 Fx komponen-komponen gaya pada sumbu X Fy komponen-komponen gaya pada sumbu Y Resultannya : F = Fx2 + Fy2 Fy Fx Momen gaya : perkalian antara besarnya gaya dengan lengan dari gaya tersebut : M = F. l F1

Arahnya

: tgθ =

l

F2

O

Gambar 2.1. Suatu benda dalam kesetimbangan Suatu benda dikatakan dalam keadaan setimbang sempurna bila : Σ F = 0 dan Σ M = 0 disini M adalah momen gaya F terhadap titk sembarang O. Jika gaya : F = Fx i + Fy j+ Fz k Vector posisi titik tangkap gaya : r = x i + y j+ z k Dan momen gaya : M = Mx i + My j+ Mz k Maka : M = r x F Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 16

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

i

j

k

= x

disini :

y z Fx Fy Fz = (Fz .y – Fy.z) i+(Fx .z – Fz.x).j+(Fy . x – Fx. y).k Mx = (Fz . y – Fy. z) My = (Fx . z – Fz. x) Mz = (Fy . x – Fx. y)

Besar momen gaya M adalah : M = rxF = Fr sin θ = F.l Efek gaya F1 ialah rotasi berlawanan arah putaran jarum jam terhadap sumbu putar di O, biasanya diberi tanda positif, sedangkan efek gaya F2 ialah rotasi searah dengan jarum jam dan diberi tanda negative. Satuan momen gaya adalah Newton – meter (N-m) atau (lb-ft) Jika garis gaya F1 dan F2 sejajar dan tidak berimpit seperti gambar dibawah ini, maka pasangan gaya tersebut dinamakan kopel, contoh umum sebuah kopel adalah gaya-gaya pada jarum kompas didalam medan magnet bumi. Pada kutub utara dan selatan jarum itu bekerja gaya yang sama besar, yang satu mengarah ke utara dan yang satu mengarah ke selatan F1 l r F2 Momen resultan dari kopel terhadap titik sembarang O adalah : C = ΣM = r1xF + r2x(-F) = (r1 - r2) F =rxF Besar momen Kopel C = rxF = r F sin θ = F.l Sebuah benda yang padanya bekerja sebuah kopel hanya dapat dalam keadaan seimbang bila ada kopel lain yang bekerja pada benda tersebut yang besarnya sama dan berlawanan arah.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 17

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

1.3.1. Gaya-gaya sebidang Gaya-gaya sebidang terletak dalam satu bidang datar, suatu sistem yang berpotongan terdiri dari gaya-gaya yang berpotongan di suatu titik yang disebut tititk perpotongan. Gaya-gaya berpotongan : gaya-gaya yang garis kerjanya berpotongan di suatu titik. Besar vektor resultannya adalah : R = (∑ FX ) 2 + (∑ FY ) 2 ∑ FY Dengan arah : tgθ x = ∑ FX Sebuah benda berada dalam keadaan setimbang jika dibawah pengaruh gayagaya yang berpotongan, maka : - Benda itu diam dan tetap diam (disebut keadaan kesetimbang statik - Benda itu bergerak dengan vektor kecepatan yang tetap (disebut kesetimbangan translasi) Syarat kesetimbangan : R = ΣF = 0 atau ΣFX = ΣFY = 0 Gaya – gaya paralel : gaya - gaya yang berpotongan di sutu titik tak berhingga. Gaya resultan ini mungkin : - sebuah gaya R yang sejajar dengan sistem - suatu kopel - nol Jika sitem paralel ini sejajar dengan sumbu Y maka : R = ΣF dan R . x = M0 disini x adalah jarak tegak lurus dari pusat momen O ke resultan R dan besarnya : ∑ M 0 x1.F1 + x2 .F2 + x3 .F3 + ........ + X n .Fn = x= ∑F F1 + F2 + F3 + ........... + Fn Jika ΣF = 0, kopel resultan jika ada besarnya sama dengan : C = ∑ M 0 = R.x Gaya – gaya yang tidak berpotongan dan tidak sejajar adalah gaya – gaya yang garis kerjanya tidak berpotongan di satu titik dan tidak sejajar. Gaya resultan sistem mungkin : - gaya tunggal R - suatu kopel dalam bidang sitem atau bidang sejajar - nol Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 18

PHK-I 2011

Secara aljabar : R = (∑ FX ) 2 + (∑ FY ) 2 dan tgθ x =

Buku Ajar Mekatronika

∑ FY ∑ FX

Disini θx adalah sudut antara resultan R dengan sumbu x positif. Garis kerja gaya resultan R di peroleh dari persamaan : R . a = ΣM0 Disini a adalah jarak tegak lurus pusat momen O terhadap gaya resultan R . Sitem gaya yang bekerja pada benda tegar pada umumnya sitem tidak berpotongan dan tidak sejajar. Syarat kesetimbangan benda tegar di bawah pengaruh gaya – gaya bidang adalah : ΣF = 0 atau ΣFX = ΣFY = ΣFz 0 dan ΣM0 = 0 1.3.2.Pusat Massa Pusat massa : titik tangkap dari resultan gaya – gaya berat pada setiap anggota sistem, yang jumlah momen gayanya terhadap titik tangkap ini (pusat massa ) sama dengan nol. Setiap benda titik mengalami gaya tarik bumi dengan gaya w = mg disebut gaya berat, arah gaya ini menuju pusat bumi, gaya ini akan berpotongan di tempat yang jauh sekali, arahnya dapat dikatakan sejajar. Jadi : wsistem = Σmg ∑ mi .g .ri ∑ mi .ri = rpm = ∑ mi .g ∑ mi atau ditulis menurut komponen-komponennya : ∑ mi .xi ∑ mi .zi ∑ mi . yi , y pm = , z pm = x pm = ∑ mi ∑ mi ∑ mi (xpm, ypm, zpm), adalah koordinat dari pusat massa d d ∑ mi .ri Perhatikan : v pm = rpm = dt dt ∑ mi d mi ( ri ) dt ∑(mi .vi ) = ∑ mi ∑ mi d d ∑ mi .vi ) a pm = v pm = ( dt dt ∑ mi Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 19

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

d vi ) ∑(mi .ai ) dt ∑ mi ∑ mi

mi ( = lim

∞

∑ ∆mi = ∫ dm ∆m → 0 i =1 benda rigid adalah benda yang terdiri dari banyak sekali titik-titik massa. Jadi y.dm z.dm x.dm koordinat titik massa benda rigid : x pm = ∫ , y pm = ∫ , z pm = ∫ dm dm dm dm = ρ.dv atau dm = σ.dA, atau dm = λ.dl jika : ρ = massa persatuan volume (v) σ = massa persatuan luas (A) λ = massa persatuan panjang (l)

untuk benda rigid :

jadi kordinat titik pusat massa juga dapat ditulis sebagai berikut : x.dv x.dA x.dl atau x pm = ∫ atau x pm = ∫ x pm = ∫ v A l y.dA y.dl y.dv atau y pm = ∫ atau y pm = ∫ y pm = ∫ A l v z.dv z.dA z.dl atau z pm = ∫ atau z pm = ∫ z pm = ∫ v A l Jika benda rigid yang homogen mempunyai bentuk simetri, pusat massa akan berimpit dengan pusat simetrinya, misalnya bola, parallel epipedum(balok), kubus, dan lain-lain.Jika benda rigid yang homogen mempunyai sumbu simetri misalnya kerucut, silinder, maka pusat massanya akan berada pada sumbu simetrinya. 1.3.3. Titik Berat Titik berat : titik-titik yang dilalui oleh garis kerja dari resultan gaya berat sitem benda titik, berarti merupakan titik potong dari garis kerja gaya berat bila letak dari sitem ini berubah – ubah. Misal benda rigid seperti gambar dibawah ini :

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 20

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

tali

01 t

Gambar 2.2. Kesetimbangan Sebuah benda rigid digantung dengan pusat 0, maka garis vertikal melalui 0 adalah tempat kedudukan titik berat benda. Jika digantung pada tempat yang berlainan maka akan mempunyai titik berat yang berbeda. Koordinat titik berat benda dirumuskan sebagai : ∑ wi .xi ∑ mi .g .xi ∑ mi .xi = = ∑ mi ∑ mi ∑ wi dengan cara yangs sama didapat untuk titik yang lain : ∑ mi . yi ∑ mi .zi , zz = yz = ∑ mi ∑ mi untuk benda rigid berlaku : x.dw ∫ y.dw , z = ∫ z.dw xz = ∫ , yz = z ∫ dw ∫ dw ∫ dw xz =

Titik berat dan titik pusat massa mempunyai koordinat yang sama, berati titik ini berimpit. Hal ini benar bila benda atau system berada dekat dengan permukaan bumi. Untuk benda-benda yang jauh dari permukaan bumi titik berat letaknya berubah, lebih dekat ke arah bumi dari pada pusat massa, yang selalu tetap letaknya dimana pun benda itu berada. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 21

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

2.4. Torsi Definisi Torsi adalah Suatu batang dijepit dengan kuat pada salah satu ujungnya dan ujung yang lainnya diputar dengan suatu torsi (momen puntir, twisting moment) T = Fd yang bekerja pada bidang tegaklurus sumbu batang seperti terlihat pada Gb. 5-1. Batang tersebut dikatakan dalam kondisi kena torsi. T adalah torsi (Nm), F adalah gaya (N) dan d adalah diameter lengan putar (m). Alternatif lain untuk menyatakan adanya torsi adalah dengan dua tanda vektor dengan arah sejajar sumbu batang.

F T d F

Gambar 2.3. Torsi yang bekerja pada bidang tegak lurus sumbu batang 1.4.1. Momen kutub inersia Untuk suatu batang bulat berlobang (pipa) dengan diameter luar Do dan diameter dalam Di, momen kutub inersia (polar moment of inertia) penampang melintang luasnya, biasanya dinotasikan dengan J, diberikan dengan: J=

π

32

( Do4 − Di4 )

Momen kutub inersia untuk batang bulat tanpa lubang (batang pejal) dapat diperoleh dengan memberi nilai Di = 0. Kuantitas dari J merupakan sifat matematis dari geometri penampang melintang yang muncul dalam kajian tegangan pada batang atau poros bulat yang dikenai torsi. Sering untuk tujuan praktis, persamaan diatas ditulis kembali dalam bentuk: J=

π

32

( Do2 − Di2 )( Do2 − Di2 )

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 22

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

=

π 32

( Do2 − Di2 )( Do − Di )( Do − Di )

Bentuk terakhir dari persamaan diatas sangat berguna khususnya pada evaluasi numeris J dimana perbedaan antara ( Do − Di ) adalah kecil. 1.4.2. Torsi tegangan geser Baik untuk poros pejal maupun poros berlubang yang dikenai momen puntir T torsi tegangan geser (torsional shearing stress) τ pada jarak p dari titik pusat poros dinyatakan dengan: τ=

Tp J

p τ

Do

Gambar 2.4. Distribusi tegangan bervariasi Penjabarannya diberikan dalam contoh 1. Distribusi tegangan bervariasi dari nol pada pusat poros sampai dengan maksimum pada sisi luar poros seperti diilustrasikan pada Gb. 2.4 1.4.3.Regangan geser Suatu garis membujur a-b digambarkan pada permukaan poros tanpa beban. Setelah suatu momen puntir T dikenakan pada poros, garis a-b bergerak menjadi a-b’ seperti ditunjukkan pada Gb. 2.5. Sudut γ, yang diukur dalam radian, diantara posisi garis akhir dengan garis awal didefinisikan sebagai regangan geser pada permukaan poros. Definisi yang sama berlaku untuk setiap titik pada batang poros tersebut.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 23

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

γ

a

b’ b

T

T

Gambar 2.5. Garis a-b bergerak menjadi a-b’ 1.4.4. Modulus elastisitas geser Rasio tegangan geser τ terhadap regangan geser γ disebut modulus elastisitas geser dan, seperti pada bab 4, diformulasikan dengan: G=

τ γ

Lagi, dimensi untuk G adalah sama dengan dimensi tegangan geser, karena regangan geser tak berdimensi. 1.4.5.Sudut puntir Jika suatu poros dengan panjang L dikenai momen puntir T secara konstan dikeseluruhan panjang poros, maka sudut puntir (angle of twist) θ yang terbentuk pada ujung poros dapat dinyatakan dengan θ=

TL GJ

dimana J menunjukkan momen inersia pada penampang melintang poros. Lihat Gb. 5-4. Persamaan ini hanya berlaku untuk poros dalam kondisi elastis.

θ L T

T

Gambar 2.6. Penampang melintang poros 1.4.6.Torsi plastis Apabila momen puntir yang bekerja baik pada poros pejal maupun poros berlubang dinaikkan terus, nilai momen puntir mungkin akan mencapai titik Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 24

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

lelah geser dari bahan bagian luar. Ini adalah batas maksimum untuk momen puntir elastis dan dinyatakan dengan Te. Kenaikan selanjutnya dari momen puntir menyebabkan tercapainya titik-titik lelah pada bahan untuk posisi lapis yang semakin kedalam, sampai keseluruhan lapisan bahan mencapai titik lelahnya; dan ini menunjukkan terjadinya momen puntir plastis penuh (fully plastic twisting moment) Tp. Kita tidak bicarakan tegangan yang lebih besar dari batas titik lelah, karena ini adalah batas momen puntir yang dapat diberikan oleh poros. Dari hasil beberapa pengujian diperoleh bahwa Tp = 4/3(Te). Contoh 1. Jabarkan hubungan antara momen puntir yang bekerja pada poros pejal dan regangan geser yang terjadi pada sembarang titik pada poros tersebut. T

T

(a)

Gambar 2.7. Momen puntir yang bekerja pada poros pejal dimana sudut α diukur dalam radian. Berdasarkan geometri pada gambar diperoleh α=

atau

AB rθ = L L

γ=

rθ L

Tetapi karena diameter poros oleh pengaruh pembebanan adalah tetap setelah torsi, unit regangan geser pada jarak ρ dari pusat poros dapat dinyatakan dengan γ p = ρθ / L . Konsekuensinya regangan geser pada titik titik arah longitudinal bervariasi secara linier sebagai fungsi jarak dari pusat poros. Jika hanya kita perhatikan pada rentang linier dimana tegangan geser proporsional dengan regangan geser, maka terbukti bahwa tegangan geser pada arah longitudinal bervariasi linier terhadap jarak dari pusat poros. Distribusinya adalah simetris pada sekeliling sumbu poros, seperti ditunjukkan pada gambar (d). Untuk kesetimbangan, jumlah momen distribusi gaya geser pada potongan Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 25

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

melintang ini sama dengan besarnya momen puntir. Juga jumlah momen gayagaya adalah sama dengan besarnya torsi T . Dengan demikian T =

∫

r

0

τpda

dρ

r

ρ

τ

Gambar 2.8. Luasan elemen bidang cincin yang diarsir dimana da menyatakan luasan elemen bidang cincin yang diarsir pada gambar 2.8.. Namun demikian, tegangan geser bervariasi terhadap jarak dari sumbu poros; maka τp ρ

=

τr r

=C

dimana subskrip pada tegangan geser menunjukkan jarak elemen dari sumbu poros. Konsekuensinya kita dapat menulis T =

∫

r

0

τρ τρ ( ρ 2 ) da = ρ ρ

∫

r

0

ρ 2 da

karena rasio τρ/ρ adalah konstanta. Namun, pernyataan

∫

r

0

ρ 2 da berdasarkan

definisi adalah momen inersia luasan penampang melintang. Dengan demikian diperoleh: T=

τρJ ρ

atau

τρ =

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Tρ J

Hal. 26

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Contoh 2. Jabarkan penyataan untuk sudut puntir suatu poros sebagai fungsi momen puntir. Asumsikan bahwa poros bekerja pada rentang elastis.

θ L

T

T

Gambar 2.9. Sudut Puntir Misalkan L adalah panjang poros, dan J adalah momen inersia penampang melintang, T adalah momen puntir (diasumsikan konstan sepanjang poros), dan G adalah modulus elastisitas geser. Sudut puntir pada panjang L adalah θ seperti ditunjukkan gambar disamping. Dari contoh 1, kita dapatkan bahwa untuk posisi dimana ρ = r: γr =

rθ L

dan

τr =

Tr J

Berdasarkan definisi, modulus geser diberikan dengan G = τ = Tr / J = TL , γ rθ / L Jθ TL dimana selanjutnya kita peroleh θ = . Disini θ dinyatakan dalam radian. GJ

Kadang-kadang sudut puntir juga dinyatakan dalam unit panjang; sering dinyatakan dengan φ , dan dinyatakan dengan φ = θ / L = T / GJ Contoh 3. Suatu poros dijepit di salah satu ujungnya, ujung lainnya bebas, dan dibebani dengan momen putir secara seragam disepanjang poros dengan besar t per satuan panjang gambar 2.10.a Kekakuan poros adalah GJ. Tentukan besarnya sudut puntir pada ujung bebas poros.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 27

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

t

tx

t

L

x

dx

(a) (b)

Gambar 2.10. Suatu poros dibebeani beban puntir Momen puntir per unit panjang dinyatakan dengan t, dan koordinat x mempunyai origin disebelah kiri. Diagram porsi batang ujung sebelah kiri dan bagian x ditunjukkan pada gambar 2.10.b. Suatu elemen dengan panjang dx tampak pada gambar dan kita akan menentukan sudut putar pada elemen silinder dengan panjang dx ini. Untuk kesetimbangan momen terhadap sumbu batang, suatu momen puntir tx bekerja pada bagian sebelah kanan bagian. Momen puntir tx ini menyebabkan elemen sepanjang dx terpuntir dengan sudut putar: dθ =

(tx)dx GJ

Total putaran pada ujung sebelah kiri diperoleh dengan integrasi keseluruhan elemen sedemikian sehingga sudut puntir dapat dinyatakan dengan θ =∫

x=L

x =0

(tx)dx tL2 = 2GJ GJ

2.5. Gear Gear adalah berputar mesin bagian memiliki gear dipotong, atau roda, yang dimesh dengan bagian lain bergigi untuk mengirimkan torsi . Dua atau lebih Gear yang bekerja di tandem disebut transmisi dan dapat menghasilkan keuntungan mekanis melalui rasio gear dan dengan demikian dapat dianggap sebagai mesin sederhana . Diarahkan perangkat dapat mengubah kecepatan, torsi, dan arah dari sumber listrik . Situasi paling umum adalah untuk gear untuk mesh dengan peralatan lain, namun roda gear dapat juga mesh bagian non-rotating bergigi, yang disebut rak, sehingga menghasilkan terjemahan bukan rotasi. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 28

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Roda gear dalam transmisi analog dengan roda di katrol . Keuntungan dari gigi adalah bahwa gear dari roda gigi mencegah tergelincir. Ketika dua gear dari jumlah tidak sama gear digabungkan. Keuntungan mekanik yang dihasilkan, dengan baik kecepatan rotasi dan torsi dari dua roda gear yang berbeda dalam suatu hubungan yang sederhana. Dalam transmisi yang menawarkan beberapa rasio gigi, seperti sepeda dan mobil, istilah gear, seperti pada gear satu, mengacu pada rasio gear daripada gear fisik yang sebenarnya. Istilah ini digunakan untuk menggambarkan perangkat sejenis bahkan ketika rasio gear terus menerus bukan diskrit , atau bila perangkat tidak benar-benar mengandung gear, seperti dalam transmisi continuously variable . [1] Referensi paling awal yang diketahui adalah sekitar gigi AD 50 oleh Pahlawan dari Alexandria , [2] tetapi mereka dapat ditelusuri kembali ke Yunani mekanik dari sekolah Aleksandria pada abad ke-3 SM dan itu sangat dikembangkan oleh Yunani polymath Archimedes (287-212 SM). [3] Para mekanisme Antikythera adalah contoh dari perangkat diarahkan sangat awal dan rumit, yang dirancang untuk menghitung astronomi posisi. Waktu konstruksi sekarang diperkirakan antara 150 dan 100 SM. [4]

Gambar 2.11. Gear 1.5.1.Perbandingan dengan mekanisme drive Rasio kecepatan tertentu yang hasil dari memiliki gigi persneling memberikan keuntungan lebih dari drive lain (seperti traksi drive dan V-sabuk ) dalam mesin presisi seperti jam tangan yang bergantung pada rasio kecepatan yang tepat. Dalam kasus di mana driver dan pengikut berada di dekat gigi juga memiliki keuntungan lebih dari drive lain dalam berkurangnya jumlah bagian yang diperlukan; downside adalah bahwa roda gigi yang lebih mahal untuk memproduksi dan persyaratan pelumasan mereka dapat mengenakan biaya Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 29

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

operasi yang lebih tinggi. Para mobil transmisi memungkinkan pemilihan antara gigi untuk memberikan keuntungan mekanik berbagai. Jenis Bentuk Keterangan Sebuah gigi eksternal adalah satu dengan gigi Eksternal yang terbentuk pada permukaan luar dari vs internal silinder atau kerucut. Sebaliknya, sebuah gigi yang gigi internal adalah satu dengan gigi yang terbentuk pada permukaan dalam dari silinder atau kerucut. Untuk roda gigi bevel, sebuah gigi internal adalah salah satu dengan sudut pitch melebihi 90 derajat. Internal gigi tidak menyebabkan pembalikan arah. [5] Spur gear Memacu Spur gigi atau gigi lurus dipotong adalah tipe sederhana gigi. Mereka terdiri dari sebuah silinder atau disk dengan gigi memproyeksikan radial, dan meskipun mereka tidak lurus-sisi dalam bentuk, tepi tiap gigi lurus dan sejajar sejajar dengan sumbu rotasi. Gigi ini dapat menyatu bersama-sama dengan benar hanya jika mereka dipasang ke poros paralel Helical gigi Top: konfigurasi paralel Spiral Bawah: Konfigurasi menyeberangi Helical atau "kering tetap" gigi menawarkan perbaikan atas gir pendorong. Tepi terkemuka dari gigi tidak sejajar dengan sumbu rotasi, namun ditetapkan di sudut. Karena gigi melengkung, memancing ini menyebabkan bentuk gigi menjadi segmen dari heliks . Gigi heliks dapat menyatu dalam orientasi paralel atau menyeberang. Yang pertama mengacu pada ketika poros yang sejajar satu sama lain, ini adalah orientasi yang paling umum. Pada yang terakhir, poros non-paralel, dan dalam konfigurasi ini kadang-kadang dikenal sebagai "roda gigi miring".

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 30

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Gigi miring terlibat lebih bertahap daripada memacu gigi gigi menyebabkan mereka untuk berjalan lebih lancar dan tenang. [6] Dengan roda gigi heliks paralel, setiap pasangan gigi pertama membuat kontak pada satu titik di salah satu sisi roda gigi; kurva bergerak kontak kemudian tumbuh secara bertahap di seluruh muka gigi secara maksimal maka surut sampai gigi memutuskan kontak pada satu titik di seberang. Dalam memacu gigi gigi tibatiba bertemu di kontak baris di seluruh lebar mereka menyebabkan stres dan kebisingan. Spur gigi membuat merengek karakteristik pada kecepatan tinggi. Sedangkan gir pendorong digunakan untuk aplikasi kecepatan rendah dan situasi-situasi di mana kontrol kebisingan tidak masalah, penggunaan gigi heliks diindikasikan bila aplikasi melibatkan kecepatan tinggi, transmisi listrik yang besar, atau di mana pengurangan kebisingan adalah penting. Kecepatan dianggap tinggi ketika kecepatan melebihi garis lapangan 25 m / s. [7] Kelemahan dari heliks gigi adalah resultan dorong sepanjang sumbu roda gigi, yang perlu diakomodasi oleh tepat bantalan dorong , dan gelar yang lebih besar dari geser gesekan antara meshing gigi, sering ditangani dengan aditif dalam pelumas. 1.5.2. Skew gigi Untuk konfigurasi 'menyeberangi' atau 'miring' roda gigi harus memiliki sudut tekanan yang sama dan pitch normal, namun sudut heliks dan wenangan dapat berbeda. Hubungan antara dua shaft sebenarnya ditentukan oleh sudut heliks (s) dari dua shaft dan wenangan, seperti yang didefinisikan: [8] E = β 1 + β 2 untuk gigi dari wenangan yang sama E = β 1 - β 2 untuk gigi dari wenangan yang berlawanan Di mana β adalah sudut heliks untuk gigi. Konfigurasi menyeberangi kurang mekanis suara karena hanya ada titik kontak antara roda gigi, sedangkan dalam konfigurasi paralel ada kontak baris. [8] Roda gigi heliks cukup umum digunakan dengan sudut heliks dari satu memiliki negatif dari sudut heliks yang lain; seperti sepasang mungkin juga disebut sebagai memiliki heliks kanan dan heliks kidal dari sudut yang sama. Dua sudut yang sama tetapi berlawanan menambah nol: sudut antara poros adalah nol - yaitu, poros sejajar. Dimana jumlah atau perbedaan (seperti yang dijelaskan dalam persamaan di atas) tidak nol poros disilangkan. Untuk shaft menyilang di sudut kanan sudut heliks adalah dari tangan yang sama karena mereka harus menambah 90 derajat. • 3D Animasi roda gigi heliks (sumbu paralel) • Animasi 3D roda gigi heliks (sumbu melintasi) Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 31

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

2.6. Friksi Friksi adalah gaya yang menahan gerakan sliding atau rolling satu benda terhadap benda lainnya. Friksi merupakan faktor yang penting dalam mekanisme operasi sebagian besar peralatan atau mesin. Friksi besar (high friction) dibutuhkan untuk bekerjanya mur dan baut, klip kertas, penjepit (tang catut), sol sepatu, alat pemegang dll. Gaya friksi dibutuhkan pada saat kita jalan agar tidak terpeleset. Friksi juga dibutuhkaan agar dapat menumpuk pasir, apel dll. Namun friksi juga merupakan tahanan tehadap gerakan yang bersifat merugikan.20% tenaga mesin mobil dipergunakan untuk mengatasi gaya friksi pada elemen mesin yang bergerak. Oleh karena itu friksi kecil (low friction), dikehendaki untuk benda yang bergerak seperti mesin tenaga (engine), ski, elemen arloji/jam dll. Disamping itu juga dibutuhkan friksi konstan (constant friction ) yaitu untuk rem, dan kopling agar geakkan tidak tersendat sendat. Friksi telah dipelajari sebagai cabang mekanika beberapa ratus tahun yang lalu, dan hukum dan metode untuk memperkirakan besarnya friksi telah diketahui 2 abad lalu. Manun mekanisme friksi, yaitu proses hilangnya energi jika dua permukaan saling bergesek tidak dapat diterangkan dengan baik. Penyebab utama friksi antara dua logam kelihatannya adalah gaya tarik (adesi) daerah kontak (contact region) dari permukaan yang secara mokroskopik tidak beraturan. Jika diperbesar permukaan menyerupai bukit dan lembah. Jika ada beban, ketika 2 permukaan bersinggungan, dua bukit menempel (adesi atau menyatu) atau terkunci dilembah permukaan dihadapannya. Friksi timbul akibat adanya geseran (shearing) bukit yang menyatu tersebut dan jua akibat ketidak teraturan permukaan.tersebut, bagian yang keras tertanam kepada bagian lunak. Friksi dari slidding dua benda padat yang diperoleh dari ekperimen sederhana menghasilkan kesimpulan sbb : 1. Besarnya friksi hampir tidak bergantung pada luas kontak . Jika sebuah bata ditarik diatas meja, gaya friksi tetap sama, baik posisi bata berdidri ataupun tidur. (Leonardo da Vinci (1452-1519) 2. Friksi berbanding lurus dengan beban yang bekerja pada permukaan. Jika bata ditumpuk empat ditarik diatas meja, besarnya friksi empatkalinya friksi satu batayang ditarik.. Jadi rasio gaya friksi F terhadap beban L adalah tetap. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 32

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Rasio yang tetap tersebut disebut koefisen friksi (coefficient of friction ) dan biasanya diberi simbol huruf Yunani mu (μ ). Secara matematik persamaan dapat ditulis sbb :

Koefisien friksi tidak punya satuan, karena friksi dan beban yang diukur dalam satuan gaya (pound atau Newton) saling meniadakan. Sebagai contoh : Harga koefisien friksi μ=0,5 untuk kasus bata ditarik diatas kayu yang berarti bahwa dibtuhkan gaya sebesar setengah dari berat bata untuk mengatasi friksi, dan menjaga bata bergerak secara konstan. Gaya friksi arahkan berlawanan dengan arah gerak bata. Karena friksi timbul antara permukaan yang bergerak maka ini disebut friksi kinetik (kinetic friction). Ini untuk membedakan dengan friksi statik (static friction), yang bekerja pada permukaan yang diam. Harga friksi statik selalu lebih besar dari friksi kinetik Friksi rolling (rolling friction) terjadi jika suatu roda, slinder ataupun bola menggelinding bebas diatas permukaan, sepertihalnya pada ball tau roller bearing. Sumber friksi utama dalam gerakan rolling adalah disipasi energi yang meilbatkan deformasi benda. Jika bola keras menggelinding diatas permukaan, bola sedikit peyang dan permukaan sedikit legok pada daerah kontak. Deformasi elastik atau kompresi pada daerah kontak tersebut merupakan penghambat gerakan dan energinya tidak kembali saat benda kembali ke bentuk semula. Enegi yang hilang pada kedua bagian permukaan sama dengan energi yang hilang pada bola yang jatuh dan terpantul. Besarny friksi slidding pada umumnya 100 sampai 1000 kali lebih besar dibandingkan dengan friksi rolling.Keuntungan gerakan rolling dipahami oleh manusia pendahulu sehingga ditemukan roda.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 33

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

BAB III Mekanika Dinamika

POKOK BAHASAN: 1. 2. 3. 4.

Perpindahan Kecepatan Percepatan Momentum

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu memahami mengenai konsep dan analisa dinamik pada mesin (robot)

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 34

PHK-I 2011

3.1.

Buku Ajar Mekatronika

Pendahuluan

Apabila kita membicarakan tentang mekatronika, maka persepsi yang muncul tidak lepas dari mesin yang dapat bergerak ke segala arah, baik bergerak lurus maupun bergerak melingkar. Seperti diketahui bahwa pergerakan muncul apabila terjadi perubahan gaya pada suatu benda. Dengan demikian dalam membahas mekatronika, maka erat hubungannya dengan mekanika seperti kinematika dan dinamika. Besaran-besaran fisis yang timbul antara lain: perpindahan atau perubahan posisi, kecepatan, percepatan, momentum, dan lainnya. Gerak didefinisikan sebagai keadaan benda yang melakukan perpindahan akibat adanya perubahan gaya. Di dalam ilmu Fisika gerak dibedakan menjadi gerak lurus, gerak proyektil, dan gerak melingkar. Gerak lurus dibedakan menjadi gerak lurus beraturan dan gerak lurus berubah beraturan. Untuk mengukur besarnya perpindahan (jarak) direpresentasikan sebagai S, yang menunjukkan perpindahan posisi dari satu posisi ke posisi yang lain, sedangkan kecepatan benda dinyatakan dalam v, dan percepatan yang ditimbulkan direpresentasikan dalam a.

3.2. Perpindahan 3.2.1. Perpindahan dalam gerak lurus beraturan Seperti diketahui bahwa perpindahan erat kaitannya dengan pergerakan, sedangkan pergerakan dapat dibedakan menurut jenis lintasannya dan perubahan kecepatan yang terjadi. Apabila lintasan benda berupa garis lurus, maka dikategorikan ke dalam gerak lurus. Untuk kecepatan yang konstan disebut dengan Gerak Lurus Beraturan, sedangkan bila terjadi perubahan kecepatan, maka gerak tersebut termasuk dalam Gerak Lurus Berubah Beraturan. Perpindahan S, dalam gerak lurus beraturan dinyatakan dengan hubungan: S = v∆t (3.1) Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 35

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

S: menyatakan besar perpindahan v: Kecepatan benda ∆t:waktu yang diperlukan untuk perpindahan

3.2.2. Perpindahan beraturan

dalam

gerak

lurus

melakukan

berubah

Selain Gerak Lurus Beraturan, dapat pula berada pada kondisi Gerak Lurus Berubah Beraturan. Gerak ini bercirikan memiliki kecepatan yang tidak konstan, sehingga dapat berubah menjadi lebih cepat atau sebaliknya menjadi lebih lambat. Apabila kecepatan bertambah maka terjadi percepatan, sedangkan bila kecepatan berkurang sebaliknya terjadi pelambatan.

3.3.

Percepatan, Kecepatan, dan Perpindahan

Di dalam fisika besar percepatan dinotasikan dengan a. Besar a diukur dari perbandingan perubahan kecepatan terhadap perubahan waktu, dan direpresentasikan dalam persamaan (3.2): ∆v (3.2) a= ∆t ∆v: perubahan kecepatan ∆t: waktu yang diperlukan Bila kecepatan awal dinotasikan sebagai vo, dan kecepatan selang waktu ∆t adalah vt, maka besar perubahan kecepatan adalah ∆v sebesar: ∆v = v t − v o Dari persamaan (3.2) didapatkan: ∆v = a∆t v t − v o = a (t t − t o ) , apabila to =0 maka vt = v o + at

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

(3.3)

Hal. 36

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Besar perpindahan S diukur berdasarkan hubungan: dS = v t dt S = ∫ v t dt

1 2 (3.4) at 2 Pada kenyataannya dalam performa mekatronika, selain gerak lurus yang banyak digunakan adalah gerak melingkar. Seperti pada gerak lurus, gerak melingkar terbagi ke dalam Gerak Melingkar Beraturan dan Gerak Melingkar Berubah Beraturan. S = vo t +

3.4.

Gerak Melingkar Beraturan

Jika benda bergerak di sepanjang lintasan yang berbentuk lingkarang atau di sekeliling lingkaran dengan kelajuan konstan, maka benda tersebut dinyatakan melakukan gerak melingkar beraturan. Kecepatan pada gerak melingkar selalu konstan, namun arahnya berubahubah dan menyinggung lingkaran. Dengan demikian v selalu tegak lurus garis yang ditarik melalui titik pusat lingkaran ke sekeliling lingkaran tersebut. Gerak melingkar ini seperti diilustrasikan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Gerak melingkar beraturan Dari Gambar 3.1. diasumsikan benda mulai bergerak dari titik P, dan melakukan pergerakan satu lingkaran penuh, maka waktu yang diperlukan untuk melakukan gerak satu lingkaran disebut sebagai waktu edar atau perioda. Perioda dinotasikan dalam T. Banyaknya putaran yang Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 37

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

dihasilkan dalam satu detik menyatakan besar frekuensi (f) yang dinyatakan dalam Hz atau cps (cycle per second).

3.4.1. Kecepatan Linier dan Kecepatan Sudut Jika waktu yang dibutuhkan untuk menempuh lintasan satu lingkaran adalah T dan menempuh jarak sejauh 2πR, maka kelajuan s benda untuk mengelilingi lintasan dinyatakan dalam v = , inilah yang T dinyatakan sebagai kecepatan linier. Kecepatan sudut (angular) dinotasikan sebagai ω merupakan perubahan perpindahan sudut per satuan waktu. Untuk menyatakan kecepatan sudut seringkali dinyatakan dalam radian. Sebagai contoh radian per detik (rps) atau radian per menit (rpm). Keadaan tersebut dapat diekspresikan sebagai: besarsudut (radian) (3.5) ω= waktuyangdiperlukan Jika benda melakukan perpindahan sebanyak satu putaran maka: 2π rad/detik ω= T ω = 2πf Secara umum hubungan kecepatan linier (v) dengan kecepatan angular (ω) dapat dinyatakan sebagai berikut: θ 2π (3.6) ω= = t t persamaan (3.6) menyatakan besar perubahan arah gerak per satu satuan waktu, sedangkan untuk kecepatan linier dinyatakan dengan: s 2πR (3.7) v= = t t persamaan (3.7), s menyatakan jarak yang ditempuh selama satu lingkaran penuh. Dengan demikian didapatkan: Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 38

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

v = ωR

(3.8)

Berkaitan dengan aplikasi mekatronika, sering kali penggunaannya pada susunan roda. Gerak pada susunan roda ini dapat dibedakan menjadi sistem gerak langsung, sistem gerak tidak langsung, dan sistem gerak dalam satu sumbu.

3.4.2. Sistem Gerak Susunan Roda Secara Langsung Sistem gerak melingkar ini seperti pada ilustrasi Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Sistem gerak susunan roda secara langsung Pergerakan pada sistem langsung adalah melalui persinggungan roda I dan roda II. Pada pergerakan ini jelas bahwa kecepatan linier yang terjadi pada roda I dengan roda II adalah sama, sedangkan untuk kecepatan angularnya berbeda, atau: v1 = v 2

ω1 ≠ ω 2

3.4.3. Sistem Gerak Langsung

Susunan

Roda

Secara

Tidak

Contoh gerak melingkar dengan susunan roda tidak langsung adalah pada ban berjalan (conveyer), yaitu roda yang dikaitkan dengan ban, tali, atau rantai yang digunakan untuk mengangkut beban. Sistem gerak tersebut seperti diilustrasikan pada Gambar 3.3.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 39

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Gambar 3.3. Sistem gerak susunan roda secara tidak langsung Berdasarkan Gambar 3.3. pergerakan dengan sistem ini memiliki kecepatan linier yang sama, sedangkan kecepatan angularnya berbeda, dengan demikian berlaku seperti pada sistem langsung, yaitu: v1 = v 2 dan ω1 ≠ ω 2

3.4.4. Gerak Melingkar pada Sistem Roda dengan Satu Sumbu Jenis gerak melingkar lain yang sering digunakan untuk kebutuhan rekayasa dan mekatronika adalah sistem roda dengan menggunakan satu sumbu untuk melakukan gerak, seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4. Gerak melingkar pada sistem roda dengan satu sumbu Pada Gambar 3.4. tampak bahwa roda I memiliki jari-jari lebih kecil dibanding jari-jari roda II. Kedua roda tersebut disusun dalam titik pusat yang sama atau berada dalam satu poros putar. Apabila roda tersebut diputar, maka kecepatan linier roda I berbeda dengan roda II, sedangkan kecepatan angular dari masing-masing roda adalah sama besar. Hal ini ditunjukkan oleh titik A, B, dan C yang berada pada sudut yang sama, dengan demikian: Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 40

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

v1 ≠ v 2 dan ω1 = ω 2 Atau dengan kata lain: v A ≠ v B ≠ vC dan ω A = ω B = ω C

3.5.

(3.9)

Percepatan pada Gerak Melingkar

Jika benda melakukan gerak melingkar dengan kelajuan tetap, maka arah gerak benda tersebut memiliki perubahan yang tetap, dengan demikian harus ada yang mengubah arah dari kecepatan tersebut. Seperti yang telah diketahui bahwa perubahan kecepatan erat kaitannya dengan percepatan, sehingga untuk mengubah arah kelajuan pada gerak ini tidak lain adalah percepatan geraknya. Arah percepatan yang timbul selalu tegak lurus dengan arah kecepatan yang dimiliki, oleh karena arah kecepatan linier selalu menyinggung lingkaran, sedangkan arah percepatan adalah tegak lurus terhadap kecepatannya, maka jelaslah bahwa arah percepatan yang timbul adalah menuju pusat lingkaran. Arah yang menuju pusat lingkaran ini disebut dengan centripetal, sehingga percepatan yang memiliki arah ke pusat lingkaran dinamakan sebagai percepatan centripetal. Besar percepatan centripetal didefinisikan sebagai: a cp =

3.6.

(vlinier )2 R

(3.10)

Momentum

Momentum benda yang dinotasikan dengan p didefinisikan sebagai perkalian massa dengan besar kecepatan gerak benda. Apabila benda bergerak dengan lintasan lurus, disebut dengan momentum linier, maka: p=mv sedangkan apabila benda bergerak melingkar, maka momentumnya disebut dengan momentum sudut, dan besarnya adalah: l=rxp 𝑙𝑙 = 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 (3.11) Ilustrasi untuk mencari momentum sudut seperti pada Gambar 3.5. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 41

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Gambar 3.5. Momentum sudut benda Dari definisi momentum sudut, apabila didefferensialkan menghasilkan: 𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑

=

𝑑𝑑(𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 ) 𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑

(3.12) 𝑑𝑑𝑑𝑑

= �𝑟𝑟 × 𝑑𝑑𝑑𝑑 � + ( 𝑑𝑑𝑑𝑑 × 𝑝𝑝)

= (𝑟𝑟 × 𝐹𝐹) + (𝑣𝑣 × 𝑚𝑚𝑚𝑚) = 𝜏𝜏

(3.13)

Berdasarkan pada persamaan tersebut, dapat dinyatakan bahwa laju perubahan momentum sudut terhadap waktu sebanding dengan torsi yang bekerja pada benda tersebut.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 42

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

BAB IV Sistem Sensor

POKOK BAHASAN: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Sensor Categories Binary Sensor Analog versus Digital Sensors Shaft Encoder A/D Converter Position Sensitive Device Compass Gyroscope, Accelerometer, Inclinometer Vision Sensor

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: • Memahami pengertian sensor dan penggunaan dalam sistem kendali • Menjelaskan jenis sensor yang ada di industri.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 43

PHK-I 2011

4.1.

Buku Ajar Mekatronika

Pendahuluan

Untuk menghasilkan performa yang optimal, hampir di berbagai divais elektronik digunakan sensor yang sesuai dengan hasil yang diinginkan. Menurut definisi sensor adalah suatu elemen atau piranti yang dapat mengubah besaran fisik (kecepatan, cahaya, tekanan) menjadi besaran elektrik, misal arus, tegangan, atau resistansi.

4.2.

Kategori Sensor

Saat ini telah banyak tersedia berbagai macam sensor yang digunakan untuk menyelesaikan masalah tertentu. Di dalam dunia elektronik sensor dapat di kategorikan berdasarkan pada: 1. Aktivitas Berdasarkan aktivitas sensor, dikenal antara lain untuk keamanan, biomedical, agrikultur, industri, kontrol iklim, otomasi, dan otomotif. 2. Teknologi sensor dan prinsip pengukuran Pada kategori ini sensor terbagi menjadi berdasarkan pada teknologi: • Akustik, seperti bimetallic, capacitive, chemical, conductivity, differential temperature, gyroscopic, dan masih banyak yang lain. • Amperometric, di antaranya biological, doppler, electrostatic, field effect, hall, laser, magnetic, dan mechanical. • AMR (anisotropic magnetoresistive), biometric, CCD, CMOS, differential pressure, dan lain-lain. 3. Aplikasi sensor menurut parameter yang diukur Berdasarkan kategori ini, sensor dibedakan atas aplikasi untuk: • Posisi dan dimensi, seperti sensor sudut, inklinasi, kontur (2D/3D), posisi, GPS, jarak, topografi, ukuran, volome, dll. • Mekanik atau dinamik, dibedakan atas akselerasi, akselerasi rotasi, dan akselerasi yang berkaitan dengan vibrasi. • Tekanan, aliran, dan level

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 44

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

• • •

4.3.

Sensor yang dipergunakan untuk yang berkaitan dengan kimia, biologi, dan lingkungan Sensor yang ditujukan untuk yang berkaitan dengan temperatur, kelembaban, cuaca, dan lingkungan, Sensor yang berkaitan dengan tubuh, manusia, dan kedokteran, seperti fingerprint, bloodpressure, human identification, dll.

Sensor Biner (Binary Sensor)

Berdasarkan output yang dihasilkan, sensor dibedakan menjadi sensor biner dan sensor analog. Sensor biner menghasilkan dua output sinyal, yaitu status “on” dan status “off”. Status-status tersebut dikonversikan ke dalam bilangan biner 1 untuk “on” dan 0 untuk “off”. Untuk mendapatkan output biner, dapat menggunakan sistem threshold atau komparasi pada outputnya. Jenis sensor biner yang sering digunakan antara lain: • Sensor manual (push button), contoh normally open/closed contact dan changeover contact. Sensor jenis ini memberikan logika “0” atau “1” selama penekakanan. Gambar sensor push button seperti pada Gambar 4.1.

Gambar 4.1. Push Button Sumber: Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 45

PHK-I 2011

•

Buku Ajar Mekatronika

Sensor batas (limit switch) Limit Switch adalah sensor peraba yang bersifat mekanis dan mendeteksi sesuatu setelah terjadi kontak fisik. Penggunaan sensor ini biasanya digunakan untuk membatasi gerakan maksimum sebuah mekanik. Contohnya pada penggerak lengan di mana limit switch akan aktif dan memberikan masukan pada CPU untuk menghentikan gerak motor di saat lengan sudah ditarik maksimum.Pada umumnya limit switch digunakan untuk mengetahui ada tidaknya suatu obyek di lokasi tertentu. Gambar 4.2. merupakan bentuk-bentuk dari sensor limit switch

Gambar 4.2. Limit Switch Sumber: Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) •

Sensor proximity Sensor ini biasanya digunakan untuk mendeteksi ada atau tidak nya suatu objek, tanpa melakukan kontak fisik. Jenis sensor proximity meliputi limit switch (saklar mekanik), ultrasonic proximity, infra merah, kamera dan lain sebagainya. Contoh sensor proximity jenis infra merah seperti pada Gambar 4.3.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 46

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Gambar 4.3. Sensor Infra Red Proximity Sumber: http://2.bp.blogspot.com/IR_proximity.jpg

4.4.

Sensor Analog

Setelah mengenal sensor biner, tentu dengan mudah kita dapat mendefinisikan sensor analog. Sensor analog merupakan sensor yang mengukur atau menentukan informasi kontinyu. Dengan kata lain sensor analog merupakan sensor yang dapat membangkitkan atau menghasilkan perubahan sinyal elektrik berupa perubahan arus atau perubahan tegangan. Contoh dari sensor analog antara lain adalah LDR (sensor cahaya) yang memonitor jumlah intensitas cahaya, sensor untuk mengukur temperatur, jarak dan tekanan.

Gambar 4.4. Sensor cahaya (LDR) Sumber: http://vegasuz.wordpress.com Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 47

PHK-I 2011

4.5.

Buku Ajar Mekatronika

Sensor Analog vs Sensor Digital

Pada dasarnya penggunaan sensor sangat bergantung pada permasalahan yang ingin diselesaikan. Pemilihan sensor yang tepat menghasilkan unjuk kerja yang lebih optimal. Berdasarkan pada dua kategori sensor (analog dan digital) dapat disarikan seperti tabel 4.1 berikut: Tabel 4.1. Sensor Analog versus Sensor Digital SENSOR OUT PUT APLIKASI Analog temperatur, • Berupa tegangan (0-5) Sensor sensor cahaya, sensor volt accelerometer • Berupa arus (4-20) mA Digital Limit Switch, Infra Red • 2 kondisi: “1” dan “0” Dapat menggunakan thresholding untuk Giroskop Digital membatasi output • Pulsa (PWM)

4.6.

Shaft Encoder

Shaft encoder, sering disebut juga dengan rotary encoder, merupakan divais elektro mekanik yang berfungsi mengubah atau mengkonversi posisi gerakan angular dari batang atau pangkal ke dalam kode analog atau digital. Output deret sensor ini berupa informasi gerak seperti kecepatan, jarak, RPM, dan posisi, sedangkan output absolut menunjukkan arus dari posisi shaft. Encoder ini banyak digunakan di berbagai aplikasi yang membutuhkan ukuran yang presisi, seperti robotik,lensa fotografi, trackball, pengendali tekanan (rheometer), dan radar.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 48

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Gambar 4.5. Rotary Encoder Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray_code_rotary_encoder_13track_opened.jpg

4.7.

A/D Converter

A/D Converter atau Analog to Digital converter berfungsi sebagai pengubah sinyal/data analog menjadi sinyal/data digital. Biasanya oputput dari ADC ini masuk ke dalam komponen digital seperti mikrokontroller. Terdapat dua input ADC, yaitu input positif (+) dan input negatif (-). Sebagai contoh ADC 0804 yang terdiri dari 8 bit microprocessor Analog to Digital Converter. V(+) dan V(-) merupakan input tegangan analog differensial, sehingga data tegangan yang diproses adalah selisih dari kedua tegangan tersebut. Vref merupakan tegangan referensi ADC yang digunakan untuk mengatur tegangan input pada Vi+ dan Vi-. Besar tegangan referensi adalah setengah dari tegangan input maksimum, ini bertujuan agar pada saat input maksimum data digital juga maksimum. Frekuensi clock dapat diatur dengan menggunakan komponen R dan C eksternal pada pin Rclk dan Cclk, dengan mengikuti persamaan: 1 𝐹𝐹𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 = 1,1𝑅𝑅𝑅𝑅

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

(4.1)

Hal. 49

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Chip select berfungsi untuk mengaktifkan ADC yang diaktifkan dengan logika low. Read adalah input yang digunakan untuk membaca data digital hasil konversi yang aktif pada kondisi low, sedangkan Write berfungsi untuk memulai konversi ADC yang diaktifkan pada kondisi low. Instruksi berfungsi utnuk mendeteksi apakah konversi sudah selesai atau masih berlangsung, jika sudah selesai maka pin instruksi mengeluarkan logika low. Output berupa digital sebanyak 8 byte (DB0-DB7), dengan biner dari 0000 0000 sampai dengan 1111 1111, dengan demikian bilangan decimal yang muncul berkisar dari 0 sampai dengan 255, diambil dari pin D0 sampai D7.

Gambar 4.6. ADC0804

4.8.

Positive Sensitive Device

Positive sensitive device merupakan fotodiode sederhana, yaitu sensor posisi bersifat optik yang dapat mengukur atau mendeteksi seberkas cahaya yang jatuh di permukaan sensor. Posisi dihitung dari besar (magnitudo) signal photocurrent yang dikandung PSD.PSD terdiri atas sebuah photodiode PIN monolitik dengan resistansi uniform, baik satu atau dua dimensi. PSD memiliki banyak keuntungan dibanding Discrete Element Detector, yaitu memiliki resolusi tinggi, respon yang tinggi, dan rangkaian operasi yang sederhana. Salah satu aplikasi PSD ini adalah untuk penjejakan objek (optical tracking object).

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 50

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

(a) Sumber: http://sirad.pd.infn.it Sumber: (b) www.aculux.com Gambar 4.7. Sensor PSD (a) dan Disain Sensor PSD (b)

4.9.

Compass Sensor

Sensor compass merupakan alat yang dapat digunakan untuk navigasi atau penunjuk arah. Salah satu sensor tersebut adalah modul magnetic compass CMPS03. Modul ini sering digunakan dalam membuat robot yang berfungsi untuk memberikan referensi keberadaan robot dan arah dari robot tersebut, kemudian posisi dan arah yang telah ditentukan dijadikan acuan untuk gerakan robot selanjutnya. Modul Magnetic Compass menggunakan jalur komunikasi data 12C ke mikrokontroller.

(a)

(b)

Gambar 4.8. Modul CMP03 (a), dan Rangkaian aplikasi modul CMP03 (b) Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 51

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

4.10. Gyroscope, Accelerometer, Inclinometer 4.10.1. Gyroscope Giroskop (Gyroscope) adalah alat yang memiliki prinsip kerja yang sama dengan prinsip kerja sebuah gasing. Gasing berputar pada sumbunya untuk menjaga gerak rotasi agar tetap seimbang. Pada kapal dan pesawat, girokompas digunakan untuk navigasi. Giroskop dipasang khusus sehingga tidak terpengaruh pada berputarnya kapal atau pesawat. Selain itu giroskop juga digunakan untuk menjaga peralatan navigasi agar tetap stabil. Giroskop yang berputar selalu berusaha untuk tetap mengarah pada arah yang ditentukan sehingga perputaran tetap seimbang, Inilah yang disebut dengan gaya giroskopik. Contoh aplikasi giroskop adalah pada ban sepeda atau motor. Ban dapat terus seimbang berputar karena pengaruh gaya giroskopik.

Gambar 4.9. Giroskop Sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/File:3D_Gyroscope.png

4.10.2.

Accelerometer

Accelerometer merupakan sensor yang berfungsi untuk mengukur percepatan, mendeteksi dab mengukur adanya getaran. Sensor ini juga dapat digunakan untuk mengukur percepatan akibat gravitasi bumi. Prinsip kerja accelerometer mengikuti hukum fisika, yaitu seperti peristiwa timbulnya medan magnet. Bila medan magnet digerakkan melalui komduktor, maka timbul tegangan induksi pada Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 52

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

accelerometer tersebut, sehingga dapat dilakukan pengukuran percepatan. Bentuk sensor accelerometer ditunjukkan pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10. Accelerometer Sumber: www. ai.ia.agh.edu.pl

4.10.3.

Inclinometer

Inclinometer atau clinometer adalah instrumen yang digunakan untuk mengukur kemiringan atau sudut kemiringan objek yang berkaitan dengan gravitasi. Sensor ini dapat digunakan pada kamera, pengendali pesawat terbang, sistem keamanan mobil dan lain sebagainya. Contoh inclinometer seperti ilustrasi gambar 4.11.

Gambar 4.11. Inclinometer Sumber: www. shzhichuan.51ev.org

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 53

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

4.11. Sensor Vision Saat ini pada aplikasi robot banyak sekali penggunaan sensor vision, demikian juga pada mekatronika. Sensor vision erat kaitannya dengan pendeteksian atau pengenalan suatu objek, sehingga di dalamnya terkandung sistem kecerdasan buatan (AI), yang digunakan sebagai pengambilan keputusan. Dengan demikian sensor vision dapat dinyatakan sebagai sensor yang berfungsi menganalisis citra (image) untuk pengenalan atau pendeteksian objek, pengenalan karakter, pendeteksian posisi, dan pendeteksian kerusakan atau cacat. Terdapat setidaknya 13 macam poduk sensor vision, antara lain sensor untuk menentukan posisi, sensor untuk penjejakan (tracking), dan sensor camera. Gambar 4.12. adalah berbagai bentuk fisik dari sensor vision:

Sensor jenis FQ

Jenis FZ3

Jenis FL

Jenis FQ-M

Jenis FZM1

Gambar 4.12. Berbagai jenis sensor vision Sumber: http://www.ia.omron.com/product/29.html

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 54

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

BAB 6 SISTEM KONTROL

POKOK BAHASAN: 1. Pengenalan Sistem Kontrol 2. Jenis – Jenis Sistem Kontrol a. Logic Control b. On-Off Control c. Linear Control : PID d. Fuzzy Logic e. PLC

TUJUAN BELAJAR: Setelah mempelajari materi dalam bab ini, mahasiswa diharapkan mampu: 1. Memahami jenis-jenis system control 2. Mengaplikasikan jenis-jenis system control pada robotic

6.1.

Pengenalan Sistem Kontrol Istilah "sistem kontrol" dapat diterapkan dengan kontrol manual yang memungkinkan dasarnya operator, misalnya, untuk menutup dan membuka tekan hidrolik, mungkin termasuk logika sehingga tidak dapat dipindahkan kecuali penjaga keselamatan di tempat. Sebuah sistem kontrol otomatis sekuensial dapat memicu serangkaian aktuator mekanik dalam urutan yang benar untuk melakukan tugas. Misalnya berbagai transduser listrik dan pneumatik dapat lipat dan lem kotak karton, mengisinya dengan produk dan kemudian segel dalam sebuah mesin kemasan otomatis.

Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 90

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

Kontrol otomatik telah memainkan peranan penting dalam sains dan rekayasa modern. Disamping untuk kepentingan khusus seperti space-vehicle system, missile-guidance system, robotic system, kontrol otomatik telah menjadi bagian integral yang penting dalam manufaktur modern dan industri proses. Sebagai contoh, kontrol otomatik merupakan esensi dalam numerical control mesinmesin presisi pada industri manufaktur, disain sistem auto pilot pada industri penerbangan, disain mobil dalam industri otomotif. Juga dapat diterapkan pada operasi-operasi industri seperti mengontrol tekanan, temperatur, kelembaban, viskositas, aliran dalam industri proses. Beberapa istilah yang banyak digunakan: • Controlled Variable: kuantitas atau kondisi yang diukur dan dikontrol • Manipulated Variable: kuantitas atau kondisi yang divariasikan oleh pengontrol sehingga mempengaruhi variabel yang dikontrol. Biasanya variabel yang dikontrol adalah output dari sistem. Kontrol dapat berarti mengukur controlled variable dari sistem dan menerapkan manipulated variable pada sistem untuk mengoreksi dan membatasi deviasi harga terukur (output) dari harga yang diinginkan. • Plant: Obyek yang akan dikontrol • Proses: Operasi dan pengembangan kontinu yang ditandai oleh perubahan gradual dari variabelnya dengan cara tertentu sehingga sampai pada suatu hasil atau keadaan tertentu. • Sistem: Kombinasi dari berbagai komponen yang beraksi bersamasama dan menghasilkan suatu performansi tertentu. • Gangguan: Sinyal yang mempengaruhi sistem sehingga mempengaruhi harga output dari harga yang diinginkan. Dalam kasus sistem umpan balik linear, loop kontrol, termasuk kontrol algoritma sensor, dan aktuator, diatur sedemikian rupa untuk mencoba untuk mengatur variabel di sebuah setpoint atau nilai referensi. Sebuah contoh dari ini dapat meningkatkan pasokan bahan bakar ke tungku ketika suhu diukur tetes. PID kontroler yang umum dan efektif dalam kasus-kasus seperti ini. Kontrol sistem yang mencakup beberapa penginderaan dari hasil yang mereka Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 91

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

capai yang membuat penggunaan umpan balik dan sehingga dapat, sampai batas tertentu, beradaptasi dengan berbagai keadaan. Loop terbuka sistem kontrol tidak menggunakan umpan balik, dan berjalan hanya dalam pre arrange way. 6.2.

Jenis – Jenis Sistem Kontrol Ada beberapa jenis system control yang dapat digunakan pada mekatronika robotic, diantaranya; logic control, on-off control, linear control (PID), Fuzzy logic, dan Proggramable Logic Control (PLC). 6.2.1. Logic Control Sistem kontrol logika untuk mesin industri dan komersial secara historis diterapkan pada relay tegangan listrik menggunakan saling berhubungan, dirancang dengan menggunakan logika tangga. Saat ini, kebanyakan sistem tersebut dibangun dengan programmable logic controller (PLC) atau mikrokontroler. Notasi logika tangga masih digunakan sebagai idiom pemrograman untuk PLC. Logic controller dapat menanggapi switch, sensor cahaya, saklar tekanan, dll, dan dapat menyebabkan mesin untuk memulai dan menghentikan berbagai operasi. Sistem logika digunakan untuk operasi urutan mekanik di banyak aplikasi. PLC perangkat lunak dapat ditulis dalam berbagai cara diagram tangga, SFC -. Grafik fungsi sekuensial atau dalam istilah bahasa yang dikenal sebagai daftar pernyataan Contoh termasuk lift, mesin cuci dan sistem lain dengan saling menghentikan operasi-pergi. Sistem logika yang cukup mudah untuk merancang, dan dapat menangani operasi yang sangat kompleks. Beberapa aspek dari desain sistem logika menggunakan logika Boolean. 6.2.2. On – Off Control Pada sistem kontrol dua posisi, elemen aktuasi hanya mempunyai dua posisi yang tetap. Kontrol on-off ini banyak digunakan di industri karena murah dan sederhana. Sinyal control akan tetap pada satu keadaan dan akan berubah ke keadaan lainnya bergantung pada nilai error positif atau negatif. Lussiana ETP, Atit Pertiwi, Hustinawati, Ary Bima K, M. Achsan Isa A.A, Yogi Permadi

Hal. 92

PHK-I 2011

Buku Ajar Mekatronika

u(t) = sinyal control e(t) = sinyal error u(t) = U1 , e(t)>0 = U2 , e(t)