SISTEM IRIGASI OTOMATIS BERBASIS PLC

( Programmable Logic Controllers )

MAKALAH

diajukan untuk melengkapi salah satu tugas Mata Kuliah Teknologi Informasi Komputasi dan Otomatisasi

Oleh:

Eryalfan Setyo Prakoso NIM 111710201028

Ardika Aris S. NIM 111710201042

Agus Panduwinata NIM 111710201030

Theofilus Tirta A. NIM 111710201038

Septian Gagas P. NIM 111710201032

J U R U S A N T E K N I K P E R T A N I A N

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS JEMBER

2012

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada saat ini telah banyak berbagai peralatan yang mendukung kinerja

manusia, melalui dari alat-alat control sederhana hingga berbasis teknologi yang

rumit. Hal ini tidak lepas dari perkembangan system control dan instrumentasi,

baik pengontrolan yang menggunakan computer maupun mikrokontroler ataupun

mikroprosessor terlebih lagi dengan adanya piranti kendali otomatis seperti

penggunaan Programmable Logic Control ( PLC).

Perkembangan teknologi khususnya di bidang elektronika sangatlah cepat,

terlebih lagi setelah di temukan komponen terintegrasi (IC) yang menjadikan

pembuatan rangkaian yang komplek dapat di buat menjadi sederhana sehingga

bentuk fisiknya pun dapat di buat sekecil mungkin.

Perkembangan teknologi tentu membuat dunia industri maupun dalam

dunia pertanian harus ikut berkembang, agar tidak kalah bersaing dengan para

pengusaha lainya. Untuk tujuan tersebut banyak perusahaan-perusahaan ataupun

dalam industri pertanian yang memfasilitasi perusahanya dengan berbagai

teknologi-teknologi canggih. Salah satu teknologi canggih tersebut adalah

pendeteksi kelembaban tanah dalam suatu areal pertanian. 

Alat ini bisa di gunakan pada industri industri pertanian sebagai pendeteksi

lembab atau tidaknya tanah yang ada di suatu lahan, yang berfungsi juga untuk

mencegah terjadinya kekeringan atau kelembabanya suatu areal lahan pertanian. 

Dalam suatu dunia industri pertanian perangkat tersebut hanya dibuat

untuk mendeteksi dan memberi peringatan jika suatu lahan memiliki kadar air

yang tinggi pada musum penghujan, begitu pula apabila terjadi kekeringan dalam

musim kemarau lalu para petani lah yang menggerakan pintu aliran air secara

manual. Maka dari itu perlu adanya system yang dapat mendeteksi dan

menggerakan pintu aliran air secara otomatis.

Berdasar pemikiran diatas kami bermaksud merealisasikan hal tersebut

dengan menggunakan system otomatis elektronik yaitu menggunakan PLC

(Programmable Logic Control) robotika. 

1.2 Tujuan dan Manfaat

Tujuan:

Tujuan dari makalah ini adalah:

1. Untuk memberikan informasi mengenai precision farming khususnya

di bidang sistem irigasi

2. Untuk mengetahui prinsip kerja sistem irigasi berbasis PLC

Manfaat:

Makalah sistem irigasi otomatis berbasis PLC ini di harapkan dapat

bermanfaat bagi masyarakat/petani, diantaranya adalah :

1. Mendeteksi apakah tanah dalam areal pertanianya sedang mengalami

kekurangan/kelebihan air, sehingga hasil panen dapat dengan maksimal di

tunai.

2. Membuka dan menutup pintu saluran air dengan otomatis tanpa

menggunakan tenaga manusia.

.

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian PLC

PLC merupakan sistem kendali berbasis digital yang hanya mengenal dua

kondisi yaitu on atau off (Yulianto, 2006). PLC dapat mengendalikan multi input

dan multi output, yang terdiri dari modul input, modul output, CPU (Central

Processing Unit), dan programming device.

PLC dapat diprogram, dikendalikan dan dioperasikan oleh operator yang

tidak ahli computer sekalipun karena sifatnya yang sederhana, sehingga

memungkinkan untuk diaplikasikan dalam bidang pertanian secara luas

(Suhardiyanto et al., 2006).

Penggunaan PLC dalam sistem kendali otomatik untuk sistem irigasi

secara hidroponik pernah diujicobakan untuk pengendalian pemberian larutan

nutrisi dalam budidaya tanaman secara hidroponik pada berbagai umur dan jenis

tanaman. Sensor kelembaban dipasang pada media tanam sebagai bagian dari

sistem kendali tersebut (Suhardiyanto et al. 2006). Apabila sensor tersebut aktif

maka PLC akan melakukan perintah sesuai dengan hasil pengukuran oleh sensor

tersebut dan berdasarkan program yang telah dimuat ke dalam PLC.

2.2 Perancangan Alat

1. Bagian Input

a. Detektor Kelembaban Tanah

Terdapat tiga buah ditektor kelembaban tanah pada sistem irigasi otomatis

yaitu digunakan pada input detector kelembaban tanah pertanian 1, pertanian 2,

pertanian 3. Detector ini berfungsi sebagai mendeteksi kelembaban tanah.

Detector ini mengunakan komponen jack audio sebagai sensor kelembaban tanah

yang bekerja mengantarkan arus listrik dari lempeng besi satu kelempeng besi

yang lain.

Pada rangkaian detector arus listrik 5V lempengan besi 1, mengalir

kelempengan besi kedua melalui tanah. Basah atau keringnya pada lempengan

menentukan besar kecilnya arus yang di terima oleh lempengan 

Rangakaian detector kelembaban tanah yang menggunakan IC LM 358

sebagai pengolah sinyal masukan dari sensor jack audio. Resistansi pada

lempengan menyebabakan beda tegangan yang berfungsi untuk mengantur besar

kecilnya tegangan yang diumpankan ke IC LM 358. IC ini berfungsi sebagai

pembanding yang membandingkan besarnya tegangan inverting dan non inverting

pada input komparator. Apabila tegangan inverting lebih besar dari non inverting

maka output berlogika 0 (nol). Apabila keadaan tanah kering, maka output

komparator berlogika 1 (satu). Jika keadaan lembab komparator 1 akan

mengeluarkan output dengan logika 1 dan output komparator 2 akan berlogika 0,

bila tanah nya basah maka kedua komparator mengeluarkan output berlogika 0.

logika output dari komparator diumpankan ke kaki basis C828 yang berfungsi

sebagai saklar menggerakan relay.

b. Detektor Ketingian Air 

Sinyal dari sensor optocoupler diumpankan ke kaki non inverting IC LM

358 yang berfungsi sebagai komparator kemudian dibandingkan dengan tegangan

inverting pada komponen potensio meter. Jika sensor optocoupler memberikan

sinyal ke komparator, maka tegangna yang ada pada kaki non inverting akan lebih

besar mulai nya dibanding dengan inveerting, sehingga menyebabkan output

komparator berlogika 1 dan sebaliknya. Jika detector kelembaban tanah

mendeteksi adanya kekurangan air maka bagian hulu ssaluran air pertama akan

menuutup untuk menampung air.

c. Relay Input

Blok relay input sebagai memberi logika 0 atau logika 1 bagi modul input

PLC

d. Limit Switch

Blok limit switch berfungsi sebagai pembatas dari gerakan menutup pada

masing-masing pintu air agar motor arus searah tidak rusak

e. Tombol Start / Stop

Tombol start/stop berfungsi untuk memulai atau menghentikan kerja dari

sistem irigasi ini.

f. power supply

Power supply berfungsi untuk memberikan supply tegangan bagi

keseluruhan blok. Besar output power supply 5V, 12V, 24V.

2. Bagian proses

a. Pengalamatan

PLC Omron CMQ1 mendapat logika input dari tiga buah detector tanah,

satu buah detector ketinggian air dan empat buah limit swicht. Logika input ini

diolah oleh PLC sesuai dengan program. Sedangkan pada output PLC

memberikan logika mmelaui relay output ke empat buah motor DC.

Tabel Alamat Input 

No Nama Alamat1 Tombol Start 000002 Tombol Stop 000013 Detector Ketinggian Air 00002

4Detector Kelembebn Tanah Lahan 1 ( Lembab )

00003

5 Detector Kelembebn Tanah Lahan 1 (Kering )

00004

6Detector Kelembebn Tanah Lahan 2 ( Lembab )

00005

7 Detector Kelembebn Tanah Lahan 2 ( Kering )

00006

8 Detector Kelembebn Tanah Lahan 3 ( Lembab )

00007

9Detector Kelembebn Tanah Lahan 3 ( Kering )

00008

10 Limit Switch 1 0000911 Limit Switch 2 0001012 Limit Switch 3 0001113 Limit Switch 4 00012

Tabel Alamat Output

No Nama Alamat

1 Motor Pintu 1 ( Buka )

10000

2Motor Pintu 1 ( Tutup )

10001

3Motor Pintu 2 ( Buka )

10002

4Motor Pintu 2 ( Tutup )

10003

5 Motor Pintu 3 ( Buka )

10004

6 Motor Pintu 3 ( Tutup )

10005

7 Motor Pompa Air 100068 Buzer 10007

3. Bagian Output

a. Bagian Relay

Blok relay berfungsi untuk mengaktifkan/nonaktifkan miniatur pintu air,

pompa air, dan buzer. Blok relay output mandapatkan logika dari modul output

PLC OMRON. Coil pada masing-masing relay dihubungkan pada modul output 

PLC dan VCC 24V, kontak NC dihubungkan dengan ground 1 daya,

kontak NO dihubungkan ke 5V dan common pada masing-masing relay

dihubungkan ke beban. Jadi ketika output logika 0 relay akan bekerja dan

common akan terhubung oleh NO untuk mengaktifkan beban dan begitu pula

sebaliknya bila output logika1.

b. Motor Pintu Air Lahan 1, Lahan 2, Lahan 3

Miniatur pintu air menggunakan motor arus searah dengan supply

tegangan maksimal 15V DC. Motor dapat bergerak dua arah putaran untuk

membuka dan menutup.

c. Motor Pompa Air

Motor pompa air berfungsi untuk memberikan supply air pada saluran

utama. Menggunakan motor AC dengan tegangan 220V AC dan diaktifkan oleh

satu buah relay.

d. Buzer 

Blok buzer berfungsi untuk mennandakan bahwa sistem telah selesai

bekerja. Ketika tanah pada semua miniatur areal pertanian telah mendapatkan

supply air yang cukup, maka buzer akan berbunyi dan air akan mengalir ke bagian

muara saluran air.

2.3 Prinsip Kerja Rangkaian

1. Rangkaian Input Output PLC

Pada input PLC terdapat dua buah push dan button, detektor kelembaban

tanah , detector ketinggian air, dan empat buah limit switch yang telah terpasang

pada masing-masing miniatur pintu air. Pada output PLC terdapat sepuluh relai

penggerak motor arus searah dengan indikator LED ( Light Emitting Diode ) serta

sebuah buzzer untuk menandakan kadar air pada tanah diareal yang tercukupi.

Dua buah push on/off button berfungsi mengaktifkan dan menonaktifkan kerja

sistem.

Detector kelembaban tanah berfungsi untuk mendeteksi kadar air yang

terdapat pada suatu tanah dengan menancapkan sebuah jack audio sebagai

sensornya, dan memberikan sinyal kuat kepada input PLC untuk menggerakan

pintu air sesuai dengan kondisi tanah pada saat itu.

Detector ketinggian air berfungsi untuk mendeteksi ketinggian air yang

ada di aliran air utama dan memberikan sinyal kepada input PLC.

Limit Switch berfungsi untuk membatasi gerakan menutup saluran air

yang dilakukan oleh miniatur pintu air.

Sedangkan pada output PLC terdapat rangkaian relay yang berfungsi

untuk menggerakan motor arus searah pada lima buah miniatur pintu air dengan

arah putaran yaitu untuk membuka total, menutup total, membuka setengah total

dan menutup setengah saluran air.

2. Rangkaian Detector Kelembaban Tanah

Rangkaian detector kelembaban tanah pada sutu lahan dibangun dari

sebuah komponen jack audio yang dihubungkan dengan dua buah rangkain

komparator LM 358 dan masing-masing output dari kedua buah rangkaian

komparator ini diumpankan ke sebuah relay 12V untuk memeberikan input

kepada PLC. Satu kontak dari jack audio dihubungkan dengan +12V dan satu

kontak lainnya dihubungkan untuk menjadi masukan bagi kedua buah

komparator.

Kontak common dari relay 12V dihubungkan dengan modul input PLC

pada alamat 00000, dst, kontak NO (Normally Open) dari masing-masing relay

tersebut dihubungkan pada 12V, dan kontak NC (Normally Close) dari masing-

masing relay dihubungkan dengan ground PLC. Jadi ketika relay tersebut bekerja

maka input PLC pada alamat tersebut mendapat logika 1.

Apabila keadaan tanah saat itu sedang kering, maka kedua komparator ini

( U1 dan U2 ) akan mengeluarkan output dengan logika, jika keadaan tanah saat

itu lembab, maka hanya komparator 1 ( U1 ) yang akan mengeluarkan output

dengan logika 1 dan output komparator 2 ( U2 ) akan berlogika 0, sedangkan bila

keadaan tanah dalam keadaan basah, maka kedua komparator ( U1 dan U2 ) akan

mengeluarkan oputput dengan logika 0. Demikian pula halnya pada detector

kelembaban untuk lahan 2 dan lahan 3.

Jika sebuah jack audio tadi ditancapkan pada suatu tanah dengan kadar iar

sangat banyak, maka arus listrik dari lempengan jack udio pertama yang

dihubungkan pada +12VCC dapat dengan mudah menghantar melalui tanah yang

berkadar air banyak kepada jack audio kedua yang dihubungkan ke tiga buah

komparator. Semakin basah suatu keadaan tanah yang ditancapkan jack audio,

maka arus listrik dapat dengan mudah menghantar dari satu lempengan jack audio

ke lempengan lainnya. Hal ini disebabkan nilai resistansi tanah yang berkadar air

banyak/basah akan lebih kecil bila dibandingkan dengan nilai resistansi tanah

yang berkadar air sedikit/kering. Dengan kata lain, semakin basah suatu tanah,

maka nilai resistansi tanah tersebut akan semakin mengecil. Demikian sebaliknya,

apabila keadaan suatu tanah semakin kering, maka nilai resistansi tanah tersebut

akan semakin membesar.

Besar nilai arus/tegangan yang diumpankan oleh jack audio ini kemudian

diterima oleh tiga buah input inverting komparator dengan menggunakan IC

LM358. nilai tegangan non inverting pada tiga buah komparator ini telah dibuat

sedemikian rupa dengan menggunakan potensiometer sebagai pengatur besarnya

tegangan. Apabila nilai tegangan yang terdapat pada inverting komparator lebih

besar bila dibandingkan dengan nilai tegangan pada non inverting, maka nilai

output dari suatu komparator dengan IC LM358 akan belogika 0, demikian pula

sebaliknya. Oleh karena itu, pengaturan nilai tegangan pada inverting komparator

sangantlah penting untuk menentukan output dengan logika apa suatu komparator

tersebut.

Besar nilai tegangan inverting komparator pertama di buat berbeda dengan

besarnya nilai tegangan inverting pada komparator kedua dan ketiga, demikian

pula halnya pada komparator kedua dan ketiga, mengalirkan arus dari satu daya

kepada coil relay sehingga kontak common akan terhubung dengan kontak NC

pada relay lalu pada modul input PLC akan menerima sinyal.

3. Rangkaian Detector Ketinggian Air.

Rangakain detector ketinggian air digunakan saat pengisian air yang

dialirkan melalui pompa pada hulu miniatur saluran air. Apabila pada suatu tanah

disalah satu areal terdeteksi sedang mengalami kekurangan air, maka pintu air

pada bagian hulu saluran langsung menutup untuk menampung air sampai sensor

optocoupler menyentuh air. Ketika sensor ini tersentuh air, maka pintu air bagian

hulu akan membuka kembali untuk memberikan air yang cukup banyak ke areal

tanah yang mengalami kekurangan air.

Sensor optocoupler memberikan tegangan yang berbeda kepada rangkaian

komparator pada saat terkena ataupun tidak terkena air. Perbedaan tegangan dari

sensor ini diumpankan pada pin inverting IC LM358 dan kemudian dibandingkan

dengan tegangan pin noninverting yang telah disetting sedemikian rupa. Sinyal

yang biberikan oleh rangkaian komparator ini berlogika 0 apabila sensor

optocoupler tidak terkena air dan berlogika 1 apabila sensor optocoupler terkena

air ketika air sedang ditampung pada bagian hulu. Sinyal ini kemudian

diumpankan pada modul input PLC dari alamat 00003 sampai 00008.

4. Rangkaian Relay Penggerak Motor Arus Searah.

Hubungkan denagan modul output PLC dan RL1 – RL7 dihubungkan

dengan modul input PLC. RL8 – RL16 digunakan untuk menggerakan lima buah

motor arus searah dengan dua arah putaran. Satu buah miniatur pintu air

digerakan oleh rangkaian relay penggerak motor arus searah yang dibangun

dengan dua buah relay 24V. RL17 digunakan untuk menyalakan atau mematikan

pompa air. Sedangkan RL1 – RL7 digunakan untuk memberika logika input bagi

PLC.

Coil RL8 sampai dengan RL17 dihubungkan langsung dengan modul

output PLC alamat 10000dan 10005. kontak common dari RL8 dihubungkan

dengan motor pada suatu miniatur pintuair, kontak NC dihubungkan dengan

ground satu daya sedangkan kontak NO dihubungkan dengan +5V satu daya. Jadi

jika alamat 10000 diberikan logika 1 maka coil RL8 akan teraliri arus dan

membuat kontak common terhubung dengan kontak NO pada RL1 sehingga M1

akan berputar. Jika pada alamat tersebut diberikan logika 0 maka coil RL8 tidak

teraliri arus dan membuat kontak common terputus dengan kontak NO dan

terhubung dengan NC sehingga common RL8 kembali terhubung pada ground

satu daya sehingga M1 tidak berputar. RL9 yang terhubung dengan alamat 10002

juga berkerja seperti halnya diatas tetapi motor M1 akan berubah arah putarannya.

Begitu pula hal ini akan terjadi pada hubungan antara Rl10 dengan M2 pada

alamat 10004. Jadi dibutuhkan dua buah relay untuk menggerakan motor arus

searah dengan dua arah putaran.

2.4 Manfaat Rangkaian Sistem Irigasi Berbasis PLC

Manfaat :

1. Mempermudah proses irigasi karena irigasi dilakukan secara otomatis.

2. Irigasi lebih akurat karena dilengkapi dengan sensor. Hal ini dapat terlihat

dari jalannya proses sistem yang terdapat dalam rangkaiannya, mulai dari

sistem sensor kelembapan tanah, dan sensor ketinggian air.

KESIMPULAN

Dengan selesainya pembuatan alat dan hasil pengamatan pada laporan ini

dapat di simpulkan bahwa alat ini dapat bekerja dengan baik sesuai program

ladder yang di buat yaitu melakukan pendeteksian kadar air dalam suatu tanah dan

dan miniatur sistem irigasi yang berfungsi untuk memberikan suplay air secara

otomatis. Dan dapat di simpulkan bahwa :

1. PLC OMRON CQM1 dapat di manfaatkan untuk miniatur sistem otomatis,

yang terdiri dari detektor kelembaban tanah, detektor ketinggian air dan limit

switch sebagai input serta buzzer, motor arusbolak nalik dan motor arus searah

sebagai output untuk menggerakan miniatur pintu air.

2. Detektor kelembaban tanah dengan jack audio dapat mendeteksi kadar air/

kelembaban tanah pada sustu miniatur saluran air dengan sensor optocoupler

dapat mendeteksi ketinggian air pada suatu miniatur saluran air sungai dengan

baik.

DAFTAR PUSTAKA

Bahari, C. 2011. Miniatur Sistem Irigasi Otomatis Berbasis Plc. http://mp093i.blogspot.com/2011/01/miniatur-sistem-irigasi-otomatis.html (15 Oktober 2012)

Frank, P. 1996. Elektronika Industri. Yogyakarta: Andi

Melano, Mustofa, W. 2003. Perangkat Pengisisan Botol Otomatis Menggunakan PLC. Jakarta: Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Negeri Jakarta,

Paul, M. 1996. Prinsip-prinsip Elektronika, Edisi Ke-2. Cet-10. Jakarta: Erlangga.

Suhardiyanto, H., A. Sapei, C. Arief, A. Mardjani, B.D. Astuti. 2006. Sistem Kendali Berbasis PLC untuk Pengaturan Pemberian Larutan Nutrisi pada Jaringan Irigasi Tetes, Jurnal Ilmiah Ilmu Komputer

Yeadon, William,H.P.E. 2001.Handbook Of Small Elektric Motors.

Yulianto, Anang. 2006. Panduan Praktis Belajar PLC (Programmable Logic Controller). PT. Elex Media Komputindo. Jakarta.