Sistem Pengendali Mesin Tenun GA615
Dwi Cahyo Mahardika 1 , Deddy Susilo 2 , Darmawan Utomo 3
1,2 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 dwicahyomahardika91@gmail.com , 2 deddy.susilo@staff.uksw.edu,
3 Program Studi Sistem Komputer, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga darmawan@staff.uksw.edu

## Ringkasan
Sistem  pengendali  mesin  tenun  GA615  ini  dibuat  dengan  tujuan  untuk  mengganti  sistem pengendali yang lama di PT. Panca Bintang Tunggal Sejahtera, karena banyak yang sudah tidak  dapat  bekerja  dengan  baik.  Sistem  yang  diusulkan  menggunakan  mikrokontroler ATMEGA  328P  sebagai  pengendali  utama.  Cara  kerja  sistem  adalah  menunggu  masukan dari  operator  melalui  lima  buah  tombol  yaitu  maju,  mundur, jogging , start ,  dan stop . Terdapat  dua  buah proximity sensor Autonics  PR18-5DN  untuk  menentukan  batas  depan dan  belakang.  Tombol  masukan  dan  proximity  sensor  tersebut  diolah  dalam  sebuah mikrokontroler  yang  kemudian  didapat  keluaran  untuk  menggerakan  motor  AC  tiga  fasa sebagai  penggerak  utama  serta  rem  elektromagnetik  sebagai  komponen  pengereman, melalui  relay  dan  kontaktor.  Pengujian  sistem  yang  telah  dilakukan  sebanyak  30  kali, didapatkan  prosentase  keberhasilan  untuk  masing  –  masing  tombol.  Untuk  tombol  maju, mundur, jogging ,  dan start prosentase  keberhasilan  100%.  Sedangkan  untuk  tombol stop prosentase  keberhasilan  93.33%,  ini  disebabkan  respon  sistem  pengereman  yang  kurang cepat  dalam  melakukan  pengereman  saat  putaran  motor  sangat  cepat,  sehingga  saat berhenti masih terlalu maju.
Kata kunci: pengendali mesin tenun GA615 , mikrokontroler, proximity sensor

## 1. Pendahuluan
Mesin  merupakan  perkakas  untuk  menggerakkan  atau  membuat  sesuatu  yang dijalankan  dengan  roda,  digerakkan  oleh  tenaga  manusia  atau  motor  penggerak, menggunakan  bahan  bakar  minyak  atau  tenaga  alam.  Sedangkan  Tenun  adalah  hasil kerajinan  yang  berupa  bahan  (kain)  yang  dibuat  dari  benang  seperti  kapas  dan  sutra, dengan cara memasuk-masukkan pakan secara melintang pada lungsin. Sehingga, Mesin Tenun  merupakan  suatu  alat  yang  digerakkan  oleh  motor  penggerak  atau  tenaga manusia untuk menghasilkan suatu kerajinan yang berupa kain. Penunjang kemajuan di bidang  industri  adalah  berkembangnya  sistem  kontrol  untuk  mengatur  mesin-mesin yang digunakan dalam proses industri. Sistem kontrol ini berfungsi untuk memonitoring kondisi  tertentu  dalam  rangkaian  atau  mesin  tersebut  supaya  dapat  bekerja  sesuai dengan  yang  diharapkan.  PT.  Panca  Bintang  Tunggal  Sejahtera  yang  berlokasi  di Manang, Grogol, Sukoharjo, merupakan perusahaan yang bergerak pada bidang industri
tekstil.  Contoh mesin tenun yang digunakan pada PT. Panca  Bintang Tunggal Sejahtera dapat dilihat pada Gambar 1 (a) dan (b).
(a) (b)
Gambar 1. Mesin Tenun GA615 (a) Tampak belakang, (b) Tampak depan.
Untuk  meningkatkan  produktivitas,  PT.  Panca  Bintang  Tunggal  Sejahtera  telah mendatangkan sejumlah mesin tenun bertipe GA615 dari RRT sejumlah 192 mesin, tetapi sistem  pengendali  elektronika  dari  mesin  tersebut  banyak  yang  sudah  tidak  dapat berfungsi. Hanya ada 90 mesin yang masih dapat bekerja. Tidak disertakan skematiknya saat mendatangkan, menyebabkan sulit untuk dibenahi. Oleh karena itu, pada artikel ini akan dibuat sebuah sistem pengendali baru menggunakan mikrokontroler, yang mampu menggantikan sistem pengendali lama, tentunya dengan biaya yang tidak terlalu mahal. Sehingga  produktivitas  akan  meningkat  karena  ada  pertambahan  mesin  tenun  yang dapat berfungsi dengan biaya minimal.
Pembahasan  dimulai  dengan  deskripsi  sistem,  meliputi  cara  kerja  sistem, perancangan perangkat keras, dan perancangan perangkat lunak. Kemudian dilanjutkan dengan ilustrasi dan hasil pengujian dan diakhiri dengan kesimpulan.

## 2. Deskripsi Sistem
Sistem pengendali mesin tenun GA615 terdiri dari beberapa masukan dan keluaran. Masukan terdiri dari 5 buah tombol dan 2 buah proximity sensor [1]. Sedangkan keluaran berupa  relay  dan  kontaktor  yang  akan  mengaktifkan  motor AC tiga  fasa  sebagai penggerak  utama  serta  sistem  pengereman.  Masukan  ini  kemudian  diolah  oleh mikrokontroler.  Hasil  dari  olahan  masukan  tersebut  digunakan  untuk  mengendalikan keluaran.  Deskripsi  sistem  dapat  dilihat  pada  diagram  blok  yang  ditunjukkan  pada Gambar 2.

## 2.1 Cara kerja sistem
Saat awal, sistem kelistrikan dihidupkan, kemudian setelah kelistrikan hidup, mesin siap digunakan. Mesin bekerja dengan cara menunggu penekanan tombol dari operator. Ada lima buah tombol, yaitu maju, mundur, jogging, start , stop , serta dua buah proximity sensor, yaitu sensor batas depan dan belakang.
Ketika ditekan tombol maju, maka motor akan berputar ke arah operator sejauh satu langkah,  satu  langkah  ini  ditentukan  oleh  pewaktuan.  Tombol  maju  dapat  ditekan selama sensor batas depan belum mendeteksi logam.
Dwi Cahyo Mahardika, Deddy Susilo, Darmawan Utomo

## Gambar 2. Blok diagram sistem
Jika ditekan tombol mundur, maka  motor akan  berputar ke  arah menjauhi operator sejauh  satu  langkah,  satu  langkah  ini  ditentukan  dengan  pewaktuan.  Tombol  mundur dapat ditekan selama sensor batas belakang belum mendeteksi logam.
Jika  ditekan  tombol jogging ,  maka  sistem  akan  memeriksa  sensor  batas  belakang sudah  mendeteksi  logam  atau  belum,  jika  sudah  mendeteksi,  maka  motor  langsung berputar sejauh satu putaran kembali lagi ke posisi semula, jika belum mendeteksi, maka operator  diminta  untuk  menekan  tombol  mundur  sampai  sensor  batas  belakang mendeteksi logam.
Jika ditekan tombol start , maka sistem akan memeriksa sensor batas belakang sudah mendeteksi  atau  belum,  jika  sudah  mendeteksi,  maka  motor  dapat  langsung  berputar. Jika  belum  mendeteksi,  maka  diperlukan  penekanan  tombol  mundur  sampai  sensor batas belakang mendeteksi.
Jika  ditekan  tombol stop ,  maka  sistem  akan  memeriksa,  motor  dalam  keadaan berputar ke depan atau tidak, jika motor dalam keadaan berputar, maka motor langsung dihentikan, lalu dilakukan pengereman saat sensor batas belakang mendeteksi.
Sistem  pengereman,  menggunakan  sistem  rem  elektromagnetik,  yang  akan  aktif ketika dipicu dengan tegangan 75-110 VDC. Dengan tujuan menghentikan putaran motor seketika itu juga.

## 2.2 Perancangan perangkat keras
Perancangan  perangkat  keras  terdiri  dari  beberapa  modul,  yaitu  modul mikrokontroler,  tombol  masukan,  driver  sensor,  driver  relay,  serta  pengkabelan kontaktor.
a. Modul Mikrokontroler
Mikrokontroler  yang  digunakan  adalah  ATMEGA328P,  dengan  untai  pada Gambar 3.
b. Tombol masukan
Pada  modul  tombol  masukan,  digunakan  lima  buah  tombol  bertipe push-ON . Kelima  tombol  tersebut  adalah  Tombol  Maju,  Mundur, Jogging,  Start dan Stop . Masing – masing tombol ini terhubung ke pin mikrokontroler dengan konfigurasi
seperti pada Gambar 4. Dengan mengaktifkan fitur internal pull-up yang ada pada chip ATMEGA328P maka tidak perlu memakai resistor pull-up ataupun pull-down . Digunakan dioda  pengaman  untuk  membatasi  tegangan,  jika  mendapat  tegangan  negatif  dari induksi/ spike ,  maka  akan  dibuang  ke ground melalui  dioda  D3,  D5,  D7,  D9,  dan  D11, sedangkan jika mendapat tambahan tegangan, maka akan dibuang ke vcc melalui D4, D6, D8, D10, dan D12.
Gambar 3. Untai Modul Mikrokontroler.
Gambar 4. Untai Tombol Masukan.
c. Driver sensor
Untuk membaca perubahan state output proximity sensor , digunakan MOSFET N- channel dengan  seri  2N7000. Output dari  sensor  masuk  ke  kaki Gate MOSFET yang  sudah  diberi  resistor pull-up ,  kemudian input ke  mikrokontroler  diambil dari Drain MOSFET menuju ke pin PB4(sensor depan) dan PB3(sensor belakang) . Dengan  mengaktifkan  fitur internal  pull-up yang  ada  pada  chip  ATMEGA328P maka  tidak  perlu  memakai  resistor pull-up ataupun pull-down pada  kaki input mikrokontroler[2].  Saat  sensor  tak  mendeteksi  logam,  tegangan  pada  kaki Gate ditarik ke 12V (High) , ini menyebabkan MOSFET aktif, kemudian tegangan pada Drain ditarik  ke Ground  (Low) maka  menghasilkan  logika  ‘0’  pada input mikrokontroler.  Kemudian,  saat  sensor  mendeteksi  logam,  tegangan  pada  kaki Gate ditarik  ke Ground ( Low ),  ini  menyebabkan MOSFET tidak  aktif,  kemudian tegangan  pada Drain ditarik  ke  5V  ( High) maka  menghasilkan  logika  ‘1’  pada input mikrokontroler.  Digunakan dioda  pengaman  untuk  membatasi  tegangan,  jika mendapat  tegangan  negatif  dari  induksi/ spike ,  maka  akan  dibuang  ke ground melalui

## Dwi Cahyo Mahardika, Deddy Susilo, Darmawan Utomo
dioda D16 dan D18, sedangkan jika mendapat tambahan tegangan, maka akan dibuang ke vcc melalui D17 dan D19.
Gambar 5. Untai Driver Sensor.
d. Driver relay
Pada  modul Driver Relay,  digunakan  IC Optocoupler PC817  untuk  mengisolasi rangkaian  antara  mikrokontroler  dengan  relay.  Dapat  dilihat  pada  Gambar  6, bahwa ground- nya  terpisah/beda  dengan ground pada  Gambar  5,  ini  bertujuan untuk  memisahkan grounding pada  sistem  mikrokontroler  dengan  sistem  relay, supaya arus pada mikrokontroler tidak terganggu oleh relay.  Sedangkan untuk menggerakkan  relay,  digunakan  IC  ULN2003A. Output dari  mikrokontroler, yaitu  port  PD2,  PD3,  dan  PD4  masuk  ke anoda dari  IC Optocoupler .  Saat input optocoupler high, ini menyebabkan phototransistor aktif, maka menghasilkan logika high pada  kaki emiter nya.  Kemudian saat input optocoupler  low, ini menyebabkan phototransistor tidak  aktif,  maka  menghasilkan  logika low pada  kaki emiter nya yang mana emiter ini terhubung dengan IC ULN2003A pada sisi input sesuai yang tertampil  pada  Gambar  6.    Ketika, input ULN2003A high ,  maka  akan menghasilkan output  low .  Sedangkan  saat input ULN2003A low, maka  akan menghasilkan output high .
Gambar 6. Untai driver relay.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 15 No. 2 Oktober 2016 Hal 129 – 139
e. Pengkabelan kontaktor
Pengkabelan antara  kontaktor dengan relay terdapat  pada  Gambar 7. Kontaktor yang  digunakan  merupakan  produk  dari Scneider seri LC1D09M7 [3].  Kontaktor ini  menggunakan  tegangan  koil  220  VAC.  Pada  Gambar  7,  menggunakan  dua buah kontaktor yang kemudian diberi nama K1 ( Forward ) dan K2 ( Reverse ). Label KONTAKTOR_1  dan  KONTAKTOR_2  pada  Gambar  7,  terhubung  dengan  label KONTAKTOR_1 dan KONTAKTOR_2 pada Gambar 6. M merupakan Motor AC tiga  fasa  yang  digunakan  sebagai  penggerak  utama  pada  mesin  tenun.  R,  S,  T, merupakan  sumber  tegangan  tiga  fasa.  N  menunjukan  kabel  Netral.  Untuk mengaktifkan  kontaktor  maka  diperlukan  tegangan  fasa  dengan  netral,  karena kontaktor tersebut menggunakan koil 220 VAC pada pin A1 dan A2. Terdapat 2 buah kontak bantu yaitu NO ( Normally Open ), dan NC ( Normally Connect ). Pin A2 (K1) terhubung dengan tegangan sumber fasa R. Pin A2 (K2) terhubung dengan tegangan sumber fasa S. Pin A1 (K1) terhubung pada NC (K2), kemudian dari NC (K2) ini terhubung dengan relay-1 pada Gambar 6. Pin A1 (K2) terhubung pada NC (K1),  kemudian  dari NC (K1)  ini  terhubung  dengan  relay-2  pada  Gambar  6.
[4]
Gambar 7. Pengkabelan kontaktor.

## 2.3 Perancangan perangkat lunak
Perangkat lunak digunakan untuk mengendalikan seluruh operasi sistem. Perangkat lunak  ditulis  dan  di- compile menggunakan Arduino  IDE  1.6.5 yang  kemudian  di tanamkan  ke  mikrokontroler.  Pada  bagian  ini  akan  dibahas  garis  besar  program  sistem yang direpresentasikan melalui diagram alir.
Untuk mengatur gerak dan pengereman motor, dibutuhkan tiga buah relay.  Relay-1 merupakan relay yang digunakan untuk menghidupkan kontaktor arah maju ( Forward) ,
Dwi Cahyo Mahardika, Deddy Susilo, Darmawan Utomo
Relay-2 merupakan relay yang digunakan untuk menghidupkan kontaktor arah mundur ( Reverse ),  sedangkan  Relay-3  merupakan  relay  yang  digunakan  untuk  mengaktifkan Rem.  Sedangkan  untuk  sensor proximity dibutuhkan  dua  buah  sensor,  Sensor  Belakang merupakan  sensor  yang  digunakan  untuk  mengetahui  batas  belakang.  Sensor  Depan, merupakan sensor yang digunakan untuk mengetahui batas depan.
Proses kerja dari sistem pengendali mesin tenun dijelaskan sebagai berikut. Pada saat awal  sistem  dihidupkan,  sistem  menunggu  masukan  yang  diberikan  oleh  operator dengan cara penekanan salah satu tombol. Masukan yang diberikan akan dibandingkan apakah Tombol Maju, Mundur, Jogging , Start , atau Stop .
a.  Jika  ditekan  Tombol  Maju,  maka  sistem  akan  membandingkan,  apakah  Sensor Depan  mendeteksi,  jika  ya,  maka  akan  kembali  meminta  masukan,  jika  tidak, maka akan menjalankan subrutin maju.
b.  Jika ditekan Tombol Mundur, maka sistem akan membandingkan, apakah Sensor Belakang mendeteksi, jika ya, maka  akan  kembali meminta  masukan, jika tidak, maka akan menjalankan subrutin mundur.
c.  Jika ditekan Tombol Jogging , maka sistem akan membandingkan, apakah Sensor Belakang  mendeteksi,  jika  ya,  maka  akan  menjalankan  subrutin jogging ,  jika tidak, maka akan kembali meminta masukan.
d.  Jika  ditekan  Tombol Start ,  maka  sistem  akan  membandingkan,  apakah  Sensor Belakang  mendeteksi,  jika  ya,  maka  akan  menjalankan  subrutin start ,  jika  tidak, maka akan kembali meminta masukan.
e.  Jika  ditekan  Tombol Stop ,  maka  sistem  akan  membandingkan,  apakah  Relay-1 hidup,  jika  ya,  maka  akan  menjalankan  subrutin stop ,  jika  tidak,  maka  akan kembali meminta masukan.
Diagram  alir  program  utama ditunjukkan  pada  Gambar  8.  Diagram  alir  untuk masing – masing tombol disajikan dalam Gambar 9.
Gambar 8. Diagram alir program utama
Gambar 9. Diagram Alir Maju(a), Mundur(b), Jogging (c), Start (d), Stop (e)

## 3. Ilustrasi dan Hasil Pengujian
Ilustrasi  pengujian  bertujuan  untuk  memberi  gambaran  pada  tiap state /posisi  dari sensor proximity dan logam.
Gambar 10. Arah pergerakan motor.
Gambar  10,  merupakan  gambar  arah  pergerakan  motor,  ditunjukkan  dengan  anak panah.  Anak  panah  yang  berwarna  hitam,  menunjukkan  pergerakan  motor  ke  arah mendekati  operator.  Sedangkan  anak  panah  yang  berwarna  abu  –  abu,  menunjukkan pergerakan motor ke arah menjauhi operator.
Pada  Gambar  11,  bagian  yang  berwarna  biru  menunjukkan  bahan  logam  yang nantinya akan dideteksi oleh sensor proximity . Bagian biru ini menempel pada lingkaran
Dwi Cahyo Mahardika, Deddy Susilo, Darmawan Utomo
warna kuning, warna kuning ini berotasi. Tanda panah menunjukkan arah rotasi bagian yang  berwarna  kuning  dan  biru  yaitu  ke  arah  maju/ forward. Bagian  lingkaran  yang berwarna  merah,  merupakan  sensor proximity yang  digunakan.  Sensor  ini  tidak  ikut berotasi  seperti  warna  biru  dan  kuning.  Ada  dua  sensor,  yaitu  sensor  batas  depan (ditandai dengan nomor 1), dan sensor batas belakang (ditandai dengan nomor 2).
Gambar    11,  menunjukkan  kondisi  sensor  batas  belakang  (2)  mendeteksi  logam, berarti saat ini motor tidak dapat bergerak ke arah mundur lagi, karena sudah mencapai batas  belakang.  Tetapi  masih  dapat  bergerak  ke  arah  maju/mendekati  operator.  Selain itu,  kondisi  ini  juga  merupakan  syarat  Tombol  Jogging  dan  Start  agar  dapat  bekerja, yaitu sensor batas belakang (2) mendeteksi logam dan juga sebagai syarat berhenti yaitu harus  pada  saat  sensor  batas  belakang  (2)  mendeteksi  logam.  Gambar  12,  merupakan gambar kondisi nyata pada mesin untuk ilustrasi pertama.
Gambar 13, menunjukkan kondisi kedua sensor tidak mendeteksi logam sama sekali, berarti  saat  ini  dapat  bergerak  maju  (mendekati  operator)  ataupun  mundur  (menjauhi operator),  karena  belum  mencapai  batas  belakang/depan.  Namun,  pada  kondisi  ini, tombol  jogging  dan  start  tidak  dapat  bekerja  sesuai  prosedur,  karena  belum  memenuhi persyaratan,  seperti  yang  sudah  dijelaskan  pada  bagian  sebelumnya.  Gambar  14, merupakan gambar kondisi nyata pada mesin untuk ilustrasi kedua.
Gambar 15, menunjukkan kondisi sensor batas depan mendeteksi logam, berarti saat ini  motor  tidak  dapat  bergerak  ke  arah  maju  (mendekati  operator)  lagi,  karena  sudah mencapai  batas  depan.  Tetapi  masih  dapat  bergerak  ke  arah  mundur  (menjauhi operator).  Gambar  16,  merupakan  gambar  kondisi  nyata  pada  mesin  untuk  ilustrasi ketiga.
Hasil  pengujian  disajikan  dalam  Tabel  1.  Dari  hasil pengujian  yang  telah  dilakukan sebanyak  30  kali,  didapatkan  prosentase  keberhasilan  untuk  masing  –  masing  tombol, yaitu  untuk  tombol  Maju,  Mundur, Jogging ,  dan Start 100%,  sedangkan  untuk  tombol Stop , didapatkan prosentase keberhasilan 93,33%, dikarenakan terjadi dua kali kegagalan dalam  berhenti.  Kegagalan  ini  disebabkan  mikrokontroler  terkena spike sesaat  sebelum melakukan pengereman.
Tabel 1. Hasil Pengujian tiap tombol. Tombol Maju Tombol Mundur Tombol Jogging Tombol Start Tombol Stop Jumlah Berhasil (√) 30 30 30 30 28 Jumlah    Gagal (×) 0 0 0 0 2 Prosentase Keberhasilan 100% 100% 100% 100% 93,33%
Gambar 11. Ilustrasi Pertama.
Gambar 12.Gambar nyata dari ilustrasi pertama.
Gambar 13. Ilustrasi kedua.
Gambar 14. Gambar nyata ilustrasi kedua.
Gambar 15. Ilustrasi ketiga.
Gambar 16. Gambar nyata ilustrasi ketiga

## 4. Kesimpulan
Dari hasil pengujian dapat ditarik beberapa kesimpulan antara lain :
1.  Sistem dapat bekerja sesuai masukan tombol dari operator.
2.  Dalam pengujian  yang telah dilakukan  sebanyak 30 kali, didapatkan prosentase keberhasilan untuk tiap tombol sebagai berikut,
a.  Tombol Maju 100 %
b.  Tombol Mundur 100 %
c.  Tombol Jogging 100 %
d.  Tombol Start 100 %
e.  Tombol Stop 93,33 %
3.  Tombol Stop didapatkan  prosentase  93,33%,  dikarenakan  pada  saat  berhenti masih terlalu maju dari posisi seharusnya. Dalam 30 kali pengujian didapatkan 2 kali kegagalan dalam berhenti.
4.  Sistem  pengendali  yang  telah  dirancang  dapat  diterapkan  pada  mesin  tenun GA615  yang  terdapat  di  PT.  Panca  Bintang  Tunggal  Sejahtera,  namun mikrokontroler masih rawan terkena spike dari induksi motor AC tiga fasa.

## Daftar Pustaka
[1]  Anonim, “Cylindrical Type Proximity Sensor.” Autonics, pp. 1–6.
[2]  Anonim,  “8-bit  AVR  Microcontrollers  ATmega328.”  Atmel  Corporation,  1600 Technology Drive, San Jose, CA 95110 USA, pp. 1–444, 2016.
[3]  Anonim, “LC1D09M7 - TeSys D contactor - 3P(3 NO) - AC-3 - <= 440 V 9 A  - 220 V AC coil.” Schneider Electric, pp. 1–3, 2012.
[4]  Arochman, “Alat praktikum pengendali motor induksi tiga fasa untuk hubungan star delta dan  berurutan,” Tugas Akhir Program  Diploma III Teknik Elektro Universitas Negeri Semarang, 2013.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 15 No. 2 Oktober 2016 Hal 129 – 139