m 0

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Dasar

2.1.1 Pengertian Mekatronika

Mekatronika adalah interaksi yang sinergis antara disiplin ilmu mekanika,

elektronika dan sistem kontrol dalam peracangan suatu produk secara otomasi

untuk meringankan pekerjaan manusia.

Gambar.2.1. Bentuk bagan dari ilmu mekatronika

Bagan mekatronika di atas adalah bentuk sedehana pembentukan ilmu

mekatronika. Terdiri atas dua lapisan fisika dan logika, dan tiga dasar ilmu utama

elektronika, informatika dan mekanika.

2.1.2 Sistem Mekatronika

Sistem mekatronika merupakan sistem sederhana yang membentuk suatu

fungsi yang cerdas, yang terdiri dari sensor, kontroler, dan aktuator.

http://candrayasa.blogdetik.com/wiki/Berkas:Baganbundar_mekatronika.jpg

PRAKTIKUM MEKATRONIKA 2014/2015 LABORATORIUM MEKATRONIKA

Gambar.2.2. Sistem mekatronika

Dari gambar sistem mekatronika diatas dapat dilihat bahwa sensor yang

mendeteksi dan memberikan sinyal kepada kontroler terlebih dahulu

dikonversikan dari sinyal analog menjadi digital atau disebut ADC (analog

digital convert) dan diperkuat oleh operational amplifier, karena sebagian besar

sinyal yang dihasilkan oleh sensor adalah sinyal analog, sedangkan yang

dibutuhkan oleh kontroler sinyal digital dan sinyal yang dihasilkan oleh sensor

berdaya lemah, sehingga dibutuhkan operational amplifier untuk memperkuatnya.

Sinyal dari sensor yang telah dikonversikan diteruskan ke kontroler untuk diolah.

Kemudian diteruskan ke aktuator sebagai pengeksekusi sinyal. Dari kontroler

dihasilkan sinyal digital, sedangkan aktuator membutuhkan sinyal analog oleh

sebab itu dibutuhkan DAC (digital analog convert).

ADC(analog digital convert) adalah suatu alat elektronik yang mengubah

sinyal analog menjadi sinyal digital. DAC (digital analog convert) adalah suatu

alat elektronik yang dapat mengubah sinyal digital ke bentuk sinyal analog.

operational amplifier adalah suatu alat yang berfungsi memperkuat sinyal listrik

yang lemah (misalnya yang dihasilkan oleh sensor).

Sistem mekatronika sangat terkait erat dengan:

1. Otomasi dari produk dan proses

Otomasi adalah aspek mental, seperti mengawasi, mengendalikan

aktivasi dilakukan oleh sistem, sedangkan mekanisasi adalah aspek fisik yang

digantikan oleh mesin.

Misalnya pada mesin bubut adalah mekanisasi dari suatu proses

pemesinan, sedangkan mesin bubut CNC (pengendalian proses bubut

dilakukan oleh mesin) adalah otomasi suatu proses pemesinan.

Kelompok XII 4

http://id.wikipedia.org/wiki/Analog

http://id.wikipedia.org/wiki/Digital

http://id.wikipedia.org/wiki/Sinyal

http://id.wikipedia.org/wiki/Elektronika

http://id.wikipedia.org/wiki/Digital

http://id.wikipedia.org/wiki/Analog

http://id.wikipedia.org/wiki/Elektronik


2. Sistem Kontrol

Sistem kontrol adalah sistem yang menjaga suatu besaran keluaran

(temperatur, ketinggian air, putaran) relatif konstan.

Defenisi sistem pada sistem kontrol ditunjukkan pada suatu kotak hitam

yang memiliki input dan output.

Misalnya motor dapat dipandang sebagai suatu sistem dengan input

energi listrik dan energi mekanik (gerak rotasi) sebagai output.

Sistem kontrol dibedakan menjadi dua, yaitu sistem kendali loop

terbuka dan sistem kendali loop tertutup.

a. Sistem kontrol terbuka

Sistem kontrol terbuka adalah proses pengendalian dimana variabel

input mempengaruhi output yang dihasilkan.

Gambar.2.3. Skema Sistem Kontrol Terbuka

Dari gambar diatas dapat dipahami tidak ada informasi yang dibeikan

oleh peralatan output kepada bagian proses sehingga tidak diketahui apakah

hasil output sesuai dengan yang kita kehendaki.

b. Sistem kontrol loop tertutup

Sistem kontrol loop tertutup adalah suatu proses pengendalian dimana

variabel yang dikendalikan (output) disensor secara kontiniu, kemudian

dibandingkan dengan besaran acuan.

Misalnya pada pendingin ruangan AC (sistem slip dengan pengaturan

temperatur) temperatur diset 20 maka AC akan mati atau stand-by sendiri.

Gambar 2.4. Skema Sistem Kontrol Tertutup

Kelompok XII 5


2.1.3 Sensor

Sensor adalah suatu komponen atau alat yang dapat mendeteksi suatu

besaran atau nilai dan dapat menghasilkan sinyal berdasarkan kuantitas dan

kualitas yang diukur.

Isyarat sensor :

1. Mechanical, contoh: panjang, luas, mass flow, gaya, torque, tekanan,

kecepatan, percepatan, panjang gelombang accoustic, dll.

2. Thermal, contoh: temperatur, panas, entropy, heat flow,dll.

3. Electrical, contoh: tegangan, arus, muatan, resistance, frekuensi, dll.

4. Magnetic, contoh: intensitas medan, flux density, dll.

5. Radiant, contoh: intensitas, panjang gelombang, polarisasi, dll.

6. Chemical, contoh: komposisi, konsentrasi, pH, kecepatan reaksi, dll.

Karakteristik sensor :

1. Kecermatan

Ukuran terkecil (skala) yang dapat dirasakan oleh sensor.

2. Keterulangan/ketepatan

Variasi nilai yang hampir sama dari pengukuran yang berulang-ulang.

3. Ketelitian

Kesesuaian harga yang terukur dengan harga sebenarnya.

Gambar.2.5. Diagram ketepatan dan ketelitian

Kelompok XII 6


4. Sensitivitas

Kemampuan sensor merasakan suatu perubahan yang kecil.

Gambar.2.6. Grafik sensitivitas

5. Histerisis

Kesalahan atau eror yang terjadi pada pengukuran secara kontinu dari 2

arah yang berlawanan.

Gambar.2.7. Grafik histerisis

6. Non-linearity error

Kesalahan yang terjadi karena sensor tidak linier (walaupun secara teoritis

sensor dinyatakan linier)

Gambar.2.8. Grafik non-linearity error

7. Range

Jangkauan nilai atau besaran yang dapat dirasakan oleh sensor.

Kelompok XII 7

error


Jenis-jenis sensor :

Berdasarkan kondisi kerja :

1. Sensor kontak

Antara sensor dan besaran atau nilai yang diukur saling berinteraksi dan

saling mempengaruhi.

Contoh : metal sensor detector, LVDT Load cell dan Strain gage.

Gambar.2.9. LVDT Load cell

2. Sensor non kontak

Antara sensor dan besaran atau nilai yang diukur tidak saling berinteraksi

dan besaran atau nilai yang diukur mempengaruhi sensor.

Contoh : LDR, Photocell, termokopel dan thermistor.

Gambar.2.10. Thermistor

Berdasarkan prinsip kerja :

1. Sensor mekanik

Sensor yang berpengaruh terhadap perubahan mekanik.

Contoh : Strain gage dan Piezo elektrik.

Gambar.2.11. Strain gage dan Piezo elektrik

Kelompok XII 8


2. Sensor optik

Sensor yang berpengaruh terhadap perubahan cahaya.

Contoh : Photocell dan LDR.

Gambar.2.12. Photocell dan LDR

3. Sensor magnetik

Sensor yang berpengaruh terhadap perubahan secara magnetik.

Contoh : metal sensor detector.

Gambar.2.13. Metal sensor detector

4. Sensor elektrik

Sensor yang berpengaruh terhadap perubahan secara elektrik(arus,

tegangan).

Contoh : potensiometer dan sensor kapasitif.

Gambar.2.14. Sensor kapasitif dan Potensiometer

5. Sensor temperatur

Sensor yang berpengaruh terhadap perubahan temperatur.

Contoh : Thermistor dan termokopel.

Gambar .2.15.Termokopel

Kelompok XII 9


2.1.4 Kontroler

Kontroler adalah suatu komponen atau alat yang berfungsi menerima

sinyal dari sensor ,mengolah sinyal tersebut, dan mengambil keputusan dari

sinyal yang diterima, dan memberikan sinyal kepada aktuator.

Jenis-jenis kontroler :

1. IC (intergrate circut)

IC merupakan komponen dasar elektronika yang terdiri dari

resistor, kapasitor dan lain-lain yang berfungsi sebagai otak atau

pengendali dari rangkaian

Gambar.2.16. IC(intergrate circut)

2. MC (microcontroller)

Microcontroller adalah suatu alat elektronika digital yang

mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan program yang

bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Sederhananya, cara kerja

mikrokontroler sebenarnya hanya membaca dan menulis data.

Gambar.2.17. MC (micro controller)

3. PLC(programabble logic control)

PLC adalah suatu perangkat elektronik digital yang dapat

diprogram untuk melakukan operasi logik, sekuensial, aritmatik, timing,

dan counting untuk mengontrol mesin atau proses.

Kelompok XII 10


Gambar.2.18. PLC(programabble logic control)

4. MP (mikroprocessor)

Mikroprocessor adalah sebuah central processing unit (CPU)

elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya

di atas sebuah sirkuit terintegrasi semikonduktor.

Gambar.2.19. MP (mikro processor)

5. PC(personal Computer)

Personal Computer adalah alat yang dipakai untuk mengolah data

menurut prosedur yang telah dirumuskan.

Gambar.2.20. PC (personal komputer)

2.1.5 Aktuator

Aktuator adalah suatu komponen atau alat sebagai pengeksekusi

sinyal yang diterima dari kontroller atau menghasilkan sebuah perubahan

secara fisik.

Kelompok XII 11

http://id.wikipedia.org/wiki/Prosedur

http://id.wikipedia.org/wiki/Data

http://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktor

http://id.wikipedia.org/wiki/Sirkuit_terintegrasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://id.wikipedia.org/wiki/Komputer

http://id.wikipedia.org/wiki/Elektronik


Jenis-jenis aktuator :

1. Aktuator elektromekanik

Aktuator yang menggunakan energi listrik untuk mengasilkan

perubahan secara mekanik (gerak).

Contoh : roda gigi dan belt.

Gambar.2.21. Belt

2. Aktuator material aktif

Aktuator yang apabila dialiri arus listrik materialnya dapat

mengeluarkan cahaya.

Contoh : LED( (Light Emiting Dioda).

Gambar.2.22. LED

3. Aktuator tenaga fluida

Aktuator yang menggunakan tekanan fluida sebagai penyebab

gerakan. Aktuator tenaga fluida terbagi atas 2 yaitu :

a. Pnuematic

Aktuator yang menggunakan tekanan udara sebagai penyebab

adanya gerakan.

Contohnya : Pnuematic slinder.

Kelompok XII 12


Gambar.2.23.Pnuematic slinder

b. Hidrolik

Aktuator yang menggunakan tekanan cairan sebagai penyebab

adanya gerakan.

Contohnya : dongkrak hidrolik.

Gambar.2.24. Dongkrak hidrolik

2.1.6 Sinyal

Sinyal ada 2 yaitu :

• Sinyal analog

Sinyalnya kontinu terhadap fungsi waktu.Misalnya: sinyal yang keluar

dari sensor analog atau sinyal radio.

Gambar.2.25. Grafik sinyal analog

Kelompok XII 13


• Sinyal digital

Sinyal tidak kontinu (diskrit) terhadap fungsi waktu. Biasanya terdiri dari

hanya 2 level sinyal seperti hidup/mati, ya/tidak, true/false, open/closed.

Misalnya: sinyal yang keluar dari mikroprocessor.

Gambar.2.26. Grafik sinyal digital

2.1.7 Sistem bilangan

Sistem bilangan adalah suatu cara penulisan angka menggunakan simbol-

simbol tertentu.

Jenis-jenis bilangan :

a. Bilangan biner

Yaitu bilangan yang terdiri dari angka 1 dan 0.

Contoh:

101101 artinya 1 x 25 + 0 x 24 + 1 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20

50 desimal = 1 x 25 + 1 x 24 + 0 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20

= 110010 biner

b. Bilangan desimal

Yaitu bilangan yang terdiri dari angka 0,1,2,3,4,5,6,7,8 dan 9.

Contoh :

34618 artinya 3 x 104 + 4 x 103 + 6 x 102 + 1 x 101 + 8 x 100

40 octa = 4 x 81 + 0 x 80 = 32 desimal

12B hexa = 1 x 162 + 2 x 161 + 11 x 160 = 299 desimal

Kelompok XII 14


c. Bilangan heksa

Yaitu bilangan berbasis 16 yang terdiri dari angka 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A,

B, C, D, E dan F.

Contoh :

BC artinya 11 x 161 + 12 x 160

50 desimal = 3 x 161 + 2 x 160

= 32 heksa

d. Bilangan octa

Yaitu bilangan berbasis 8 yang terdiri dari angka 0,1,2,3,4,5,6 dan 7.

15 artinya 1 x 81 + 5 x 80

50 desimal = 6 x 81 + 2 x 80

= 62 octa

Tabel.2.1. Sistem bilangan.

Biner Desimal Heksa Octa

0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 0 2 2 2

0 0 1 1 3 3 3

0 1 0 0 4 4 4

0 1 0 1 5 5 5

0 1 1 0 6 6 6

0 1 1 1 7 7 7

1 0 0 0 8 8 10

1 0 0 1 9 9 11

1 0 10 10 A 12

1 0 1 1 11 B 13

1 1 0 0 12 C 14

1 1 0 1 13 D 15

1 1 1 0 14 E 16

1 1 1 1 15 F 17

Kelompok XII 15


2.1.8 Aplikasi Mekatronika

Salah satu aplikasi sederhana dari mekatronika adalah pada lampu kebun

atau teras Rumah, On ( hidup ) dan Off ( mati ) Secara otomatis rangkaian ini

dapat digunakan untuk menghidupkan lampu kebun atau teras dan mati secara

otomatis. Lampu akan hidup dengan sendirinya pada saat keadaan gelap ( malam

hari ) dan lampu akan mati dengan sendirinya ,jika keadan sudah terang ( pagi hari

).

Gambar.2.27. Rangkaian pada lampu otomatis

Cara Kerja Rangkaian :

Bila rangkaian seperti gambar diatas. yaitu switch 3 ( S3 ) pada kondisi On (

hidup ) dan posisi switch 2 ( S2 ) On ( hidup ) serta keadaan switch 1 ( S1 ) Off

( mati ), maka rangkaian akan bekerja sebagai lampu kebun ( teras ) yang On dan

Off secara otomatis, dimana pada saat LDR menerima cahaya maka tahanan LDR

akan menurun. Pada saat lampu atau outpu tnya dihubungkan ke relay dengan

kondisi NO ( Normali Open ), relay akan berbalik keadaan ( Komparator )

sehingga membuat lampunya tidak aktif (mati ). Sebaliknya pada saat keadaan

gelap tahanan LDR akan membesar, maka lampu yang dihubungkan dengan relay

pada kondisi NO ( Normali Open ) akan On ( Hidup ).

Kelompok XII 16

m 0

Documents