## Desain Sistem Otomatis Area Solution Tank Berbasis Mikrokontroller

## Mochamad Machmud
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Gresik deniestein@gmail.com
Jl. Sumatra No 101, Gresik 61121, Jawa Timur, Indonesia

## ABSTRAK
Penelitian ini didasari pada sebuah permasalahan pada perusahaan bagian produksi atau proses  pengolahan  pada  perusahaan  PT.  Unichem  Candi  Indonesia.  Adapun  yang  menjadi  latar belakang  penelitian  ini  yaitu  hasil  produksi  yang  kurang  maksimal  di  area  Solution  Tank,  yaitu tempat pencampuran garam dan air untuk menjadi larutan garam yang sesuai kadar garam yang ditentukan. Desain otomatis area Solution Tank ini memiliki 2 sensor yaitu sensor kadar garam dan sensor  speed  monitor  (rpm).  Sensor  kadar  garam  berfungsi  untuk  mendeteksi  kadar  garam  pada bak  Solution  Tank  apakah  sesuai  kadar  garam  yang  ditentukan  apa  belum  sehingga  dapat mengontrol  valve  air  otomatis.  Sedangkan  sensor  speed  monitor  berfungsi  untuk  mendeteksi banyaknya  endapan  garam  sehingga  dapat  menjadi  proteksi  untuk  motor  mixer  dan  mengontrol masuknya garam.
Keyword : Solution Tank, Kadar Garam, Sensor

## 1. PENDAHULUAN
Solution  tank  adalah  bak  tempat pencampuran  antara  garam  yang  telah diproses  dari  mesin  Centrifuge  dengan  air yang  dikirim  dari  Water  Tank.  Dalam Solution  Tank  garam  dan  air  tawar  tersebut diaduk  motor  Agitator  sampai  kadar brain (nama  lain  campuran  garam  dan  air) mencapai 23.5 BE atau 1.9 Sg satuan dalam kadar garam. Dengan perbandingan air 1000 liter  dan  garam  400  Kg  yaitu  5  :  2.  Setelah kadar  garam  telah  mencapai  sesuai  yang ditetapkan air bran akan mengalir ( over flow ) bak  sementara  selanjutnya  untuk  dikirim  ke divisi  pelarutan  untuk  proses  penjernihan dan  penambahan  material  garam,  sampai  air dan garam bisa bercampur secara sempurna. Dalam  proses  pencampuran  garam  dan  air tawar di Solution tank ini masih menggunakan cara manual yang setiap 10-15 menit  sekali  harus  diukur  dengan  alat  ukur Aroemeter (Baume  meter).  Permasalahan saat ini adalah alat ukur tersebut mempunyai batas  stabil  25 0 C  ( suhu  kamar ).  Sedangkan pasokan  air  tawar  ke  Water  Tank  berasal
dari Water  Condentsat (Air  yang  di  suplay dari  proses  kondensat)  yang  mempunyai suhu air 30-40 0 C, WWP (Air  yang di suplay dari  proses  MVR)  bersuhu  15-30 0 C, PDAM Tank (Air yang disuplay dari air sumur/tawar)  bersuhu  0-10 0 C  dan Water Tripleyer (Air  yang  diperoleh  dari  pelarutan garam  yang  sudah  terpakai)  mempunyai suhu  air  5-15 0 C.  Sehingga  dalam  tidak stabilnya  suhu  tersebut  yang  semestinya  air bran  sudah  memenuhi  standart  tetapi  ketika suhu  naik  alat  ukur  Aroemeter  tidak  bisa membaca  akurat.  Sehingga  timbul  masalah endapan  garam  yang  terlalu  banyak  dalam dalam  bak  Solution  Tank  membuat  kerja motor  Agitator  menjadi  lebih  berat  atau malah sampai overload atau terbakar.
Pada  penelitian  sebelumnya  Alat  Ukur Kualitas  Air  Minum  Dengan  Parameter  PH, Suhu,  Tingkat  Kekeruhan,  dan  Jumlah Padatan Terlarut oleh Fauzi Amani dan Kiki Prawiroredjo (2016). Didapat hasil pengujian pada pengukuran sensor konduktivitas  dan  TDS  yang  dihubungkan langsung  pada  mikrokontroler  Arduino
adalah  0.97%.  Rata-rata  standart  devisianya adalah  6.69.  hal  ini  dapat  disebabkan  oleh adanya  toleransi  komponen  pada  sensor tersebut.[1] Dari permasalahan dan penelitian  dan  penelitian  sebelumny,  maka desain pada penelitian ini adalah mengidentifikasi  kandungan  air  garam dengan  sensor  TDS  (konduktivitas)  dengan judul  : Sistem  Desain  Otomatis  Area Solution  Tank  Berbasis  Microkontroller ARM STM32F.

## 2. DASAR TEORI

## 2.1 Solution Tank
SOLUTION  TANK  adalah  tempat pencampuran  antara  garam  yang  telah diproses  di  Centrifuge  dengan  air  yang dikirim  dari  Water  Tank.  Dalam  Solution Tank  tersebut  diaduk  sampai  mencapai larutan garam mencapai 23.5 BE atau 1.9 Sg satuan  dalam  kadar  garam.  Maka  dari  itu dapat  dihitung  perbandingan air  1000  liter dan garam 400 Kg yaitu 5 : 2 .

## 2.2 Larutan Garam
Larutan  garam  dalam  air  (Misalnya natrium klorida dalam air) merupakan larutan elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Pernyataan diatas sesuai  dengan  pendapat  Bevilacqua  (1998) dalam  Andri,  “Dalam  keperluan  untuk mengukur  daya  hantar  listrik  dalam  larutan maka,  dibutuhkan  alat  ukur  konduktivitas larutan yang mampu untuk mengindentifikasi atau  menganalisis  kualitas  air  berdasarkan konsep dasar fisika tentang konduktivitas dan resistivitas  serta  konsep  dasar  kimia  tentang larutan asam, basa dan garam”. [2]
2.3 Microkontroler STM32F4 Discovery Microkontroler  STM32F4 STM32F4
Discovery adalah  salah  satu  jenis  prosesor ARM.
Fitur yang
terdapat pada Microkontroler
STM32F4 Discovery membantu  kita  dalam  mengembangkan aplikasi  dengan  cepat  dan  mudah  karena rangkaian  ini  memiliki  segala  sesuatu  yang
diperlukan  dalam  mengaplikasikan  suatu program.[3]
2.4 Liquid Crystal Display (LCD) 16 x2
LCD  ( Liquid  Crystal  Display )  adalah suatu  jenis  media  tampil  yang  menggunakan kristal  cair  sebagai  penampil  utama.  LCD sudah digunakan di berbagai bidang misalnya alat–alat elektronik seperti televisi, kalkulator, atau pun layar komputer. Pada aplikasi LCD yang  dugunakan  ialah  LCD  dot  matrik dengan  jumlah  karakter  2  x  16.  LCD  sangat berfungsi  sebagai  penampil  yang  nantinya akan  digunakan  untuk  menampilkan  status kerja alat.[4]

## 2.5 Sensor TDS (Total Dissolve Solid)
Dalam  pengukuran  tingkat  TDS
digunakan rangkaian modul sensor TDS.Modul  ini  terdiri  atas  rangkaian  modul sensor  dan  rangkaian  pengkondisian  sinyal sensor  TDS.Cara  kerja  rangkaian  adalah dimulai  dengan  pembangkitan  gelombang sinus oleh rangkaian Osilator Jembatan Wien dengan  frekuensi  osilasi  5,3  kHz  kemudian dikuatkan  oleh  penguat  tak  membalik  yang besar penguatannya didasarkan dari besarnya nilai  tahanan  yang  diperoleh  dari  hasil keluaran  sensor  konduktivitas.  Sinyal  AC yang  terjadi  tersebut  diubah  menjadi  sinyal DC untuk dapat diproses oleh mikrokontroler melalui  rangkaian  konverter  sinyal  AC  ke DC.

## 2.6  Sensor Rotary Encorder
Rotary Encoder adalah suatu komponen  elektro  mekanis  yang  memiliki fungsi  untuk  memonitoring  posisi  anguler pada  suatu  poros  yang  berputar.  Dari perputaran benda data tersebut yang termonitoring  akan  diubah  ke  dalam  bentuk data  digital  dengan  rotary  encoder  maka lebar  pulsa  nantinya  akan  terhubung  ke kontroler (Mikrokontroler / PLC). Berdasarkan  data  yang  di  dapat  diberikan posisi anguler (sudut) maka dapat diolah oleh kontroler  sehingga  data  yang  ada,  arah,  dan posisi dari perputaran porosnya. [5]

## 2.7  Mekanik Screw Feeder
Mekanik feeder berfungsi untuk simulasi  mesin  centrifuge  yaitu  untuk menyalurkan  garam  pada  solution  tank. Mekanik  feeder  ini  bekerja  pada  tegangan DC  5-12V  dengan  sistem  penggerak  screw menggunakan  motor  DC  gearbox.  Dan hopper sebagai penampung garam sementara.

## 2.8 Kran Otomatis
Electrik valve untuk aplikasi minyak, gas,  cairan  (liquid),  water,  udara  bertekanan (compressor air), vacum.

## 2.9  Catu Daya
Catu  daya  merupakan  suatu  rangkaian yang  paling  penting  dari  sistem  elektronika. Ada dua  sumber catu daya  yaitu sumber AC (alternating  current) dan  sumber  DC (direct current) .  Sumber  AC  yaitu  sumber  tegangan bolak-balik, sedangkan sumber tegangan DC merupakan sumber tegangan searah.

## 3. HASIL DAN DISKUSI

## 3.1. Pengujian sensor TDS
Sensor TDS yang digunakan diuji berdasarkan  kadar  garam  yang  berada  pada sebuah  bak  atau  wadah  tertentu.  Sensor kadar garam dapat dikalibrasi dengan sebuah alat  ukur  Aroemeter.  Karena  dalam  tugas akhir  ini  menggunakan  sensor  TDS  yang mempunyai  karakteristik  tersendiri.  Maka pengukuran mengacu pada percobaan dengan  datasheet  pada  sensor  tersebut. Sensor  TDS  membutuhkan  tegangan  input sebesar  5V  DC  dan  mengelurkan  tegangan output  DC.  Berikut  tabel  percobaan  sensor TDS  untuk  mengetahui  tegangan  output pada setiap kadar garam.
Tabel  3.1 Pengujian sensor ADC PENGUJIAN NILAI ADC Tegangan input Nilai ADC 1 V 1040 2 V 1870 3 V 2810 4 V 3480 5 V 4095
Dari Tabel  3.1 dapat  dianalisa  jumlah bit  dalam  ADC  tersebut  adalah  12  bit. Kemudian dapat melakukan pengujian ADC kembali  dengan  menggunakan  sensor  TDS. Berikut adalah tabel pengujian.
Tabel  3.2 Pengujian  sensor  TDS  untuk mengetahui tegangan output pada air PDAM

## PENGUJIAN SENSOR TDS
Garam  dengan  air PDAM 100 ml Nilai ADC pengujian Nilai Tegangan output 0gr 1450 1.45 V 4 gr 3800 1.90 V 8 gr 3910 2.55 V 12 gr 4095 3.00 V
Tabel  3.3 Pengujian  sensor  TDS  untuk mengetahui  tegangan  output  pada  air Aquades

## PENGUJIAN SENSOR TDS
Garam dengan air Aquades  100 ml Nilai  ADC pengujian Nilai Tegangan output 0 gr 1430 1.40 V 4 gr 3750 1.85 V 8 gr 3810 2.32 V 12 gr 3910 2.74 V 16 gr 4095 3.00 V Maka  dari  hasil  percobaan  pada Tabel  3.2
dan Tabel  3.3 dapat  dikalibrasi  dengan datasheet  pada  lampiranalat  TDS  dengan
rumus.  Angka  bergaris  merah  menunjukkan saat  sensor  masuk  ke  dalam  air  tanpa campuran  garam.  Angka  bergaris  hijau menunjukkan  titik  target  garam  maksimum. Angka bergaris biru adalah pengurangan dari nilai  garam  maksimum  dengan  nilai  saat sensor  masuk  kedalam  air  tanpa  campuran garam.
/////////variable garam////if(loopa_buck++>=50) loopa_buck=0; buff_buck[loopa_buck]=acs0; for(i1=0,arus_0=0;i1<50;i1++) { arus_0=arus_0+buff_buck[i1]; } i_0=arus_0/50;    //adc  KADAR  GARAM arus_buck = (float)((i_0-1430)*466/2665);
Dengan demikian setelah melakukan beberapa  percobaan  untuk  menemukan  titik jenuh  atau  kadar  garam  maksimal  pada sensor  tersebut.  Juga  dapat  mengkalibrasi dan  menganalisa  kadar  garam  pada  sensor TDS  dengan  nilai  ADC  pada  datasheet. Gambar  3.1  adalah  sensor  TDS  dan  gambar 3.2  adalah  pengujian  sensor  TDS  dan kalibrasi.

## Gambar 3.1 Sensor TDS

## 3.2 Pengujian Sensor Rotary Encorder
Sensor  Rotary  Encorder  bekerja dengan  mendeteksi  kecepatan  putaran motor. Untuk mengetahui kedalaman endapan  garam  sensor  ini  akan  bekerja untuk  mendeteksi  speed  motor  mixer  pada bak/wadah Solution Tank. Kami melakukan
kalibrasi pada sensor Encorder dengan cara pengujian  saat  tanpa  beban  dan  berbeban dengan menggunakan alat ukur Tachometer untuk  perbandingan  pengukuran  speed motor.  Berikut  ini Gambar  3.2 dantabel pada pengujian sensor Rotary Encoder.
Gambar 3.2 Pengujian sensor Rotary Encorder
Dari Tabel  3.6 dapat  disimpulkan  bahwa semakin banyak garam semakin speed pada motor  mixing  sehingga  dapat  membuat beban  pada  motor  semakin  berat  dan mengakibatkan  kerusakan  pada  motor tersebut.
Tabel 3.6 Pengujian Sensor Rotary
Encoder

## PENGUJIAN SENSOR ROTARI ENCORDER
Volume Air Garam Nilai LCD NILAI Tachometer Error 0 0 900 910 1,11% 4500 0 gr 890 903 1,46% 4500 100gr 880 882 0,23% 4500 200gr 865 870 0,58% 4500 300gr 840 843 0,36% 4500 400gr 750 755 0,67% 4500 500gr 660 664 0,61% 4500 600gr 615 619 0,65% 4500 700gr 584 586 0,34% 4500 800gr 535 540 0,93% 4500 900gr 480 486 1,25% 4500 1000gr 430 434 0,93% Rata-rata 0,76%

## 3.3 Pengambilan Data dan Analisa
Setelah  pengujian  keseluruhan  terhadap  alat dilakukan dan semua sistem bekerja dengan baik langkah selanjutnya adalah melakukan pengambilan  data  dan  analisa  data  pada  alat. Pengambilan  data  diamati  saat  alat  bekerja dengan  keseluruhan  dan  analisa  data  dilakukan dengan  cara  menganalisa  dari  data  percobaan pada alat, dan hasil percobaan akan dibandingkan  dengan  proses  aktual  pada  area bak  Solution  Tank  yang  masih  menggunakan cara manual.
Berikut Tabel 3.7 pengambilan data perngujian alat secara keseluruhan,

## PENGUJIAN KESELURUHAN ALAT
Garam dengan
air 4500 ml Nilai ADC kadar garam Nilai Rotary Encorder Kondisi Keterangan feeder garam solenoid valve 0 gr 150
890 ON OFF Sesuai 100gr 440 880 ON OFF Sesuai 200gr 450 865 ON OFF Sesuai 300gr 461 840 ON OFF Sesuai 400gr 466 750 ON ON Sesuai 500gr 466 660 ON ON Sesuai 600gr 466 615 ON ON Sesuai 700gr 466 584 ON ON Sesuai 800gr 466 535 ON ON Sesuai 900gr 466 480 OFF ON Sesuai 1000gr 466 430 OFF ON Sesuai
Dari  hasil  pengujian  diatas  ketika  kadar garam  kurang  dari  466  maka  feeder  garam “ON”  dan  solenoid  valve  air  masih  “OFF”. Dan  jika  kadar  garam  telah  mencapai  target atau  mencapai  nilai  466,  maka  solenoid valve air “ON” dan feeder garam tetap “ON” proses  tersebut  telah  sesuai.  Jika  speed motor 890 feeder garam “ON” dan solenoid valve  air  “OFF”.  Dan  jika  speed  motor
kurang  dari  500  maka  feeder  garam  “OFF” dan solenoid valve tetap “ON” maka proses tersebut sesuai yang diharapkan.
Dengan  demikian  dari  data  dan analisa tersebut dapat disimpulkan menjadi 3 kondisi sebagai berikut : 1. Jika  kadar  garam  ≤466  dan  rpm mixing  ≥500  maka  selenoid  “ off ” feeder garam “ on ” 2. Jika  kadar  garam  ≥  466  dan  rpm mixing  ≥  500  maka  selenoid  “ on ” feeder garam “ on ” 3. Jika  kadar  garam  ≥  466  dan  rpm mixing  ≤  500  maka  solenoid  “ on ” feeder  garam  “ off ”    kondisi  tersebut akan  tetap  berlangsung  dalam  sekali proses,  dan  jika  kadar  garam  sudah normal  maka  air  dalam  bak  solution tank  akan  dihabiskan  kemudian  diisi kembali dengan proses  yang berbeda dengan cara yang sama.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  dilakukan dapat ditarik kesimpulan :
1. Mikrontroler  ARM  STM32  mampu berfungsi  sebagai  pengendali  utama (central processing unit) yang mengendalikan  proses  dari  sistem otomatisasi  area  Solution  Tank. Semua  proses  dapat  dikendalikan dengan  baik  untuk  pengujian  tingkat kadar  garam  dari  sensor  TDS  dan nilai  speed  motor  dari  sensor  Rotary encorder  untuk  Otomatisasi  area Solution Tank
2. Proses  pencampuran  larutan  garam pada  simulasi  bak  Solution  Tank telah  sesuai  dengan  kondisi  yang diharapkan.  Dari  sensor  TDS  yang melakukan  proses  pengukuran  kadar garam  untuk  mengaktifkan  dan mematikan  solenoid  valve  air.  Dan sensor Rotary Encorder
memonitoring  speed  pada  motor mixing  untuk  mengontrol  garam yang masuk dari screw feeder.
3. Pada  proses  Kalibrasi  sensor  TDS terdapat  perbedaan  error  antara  air
PDAM  dengan  air  Aquades  yang digunakan untuk melarutkan garam.

## 5. DAFTAR PUSTAKA
[1] P.  Amani,  “Alat  Ukur  Kualitas  Air Minum  Dengan  Parameter  PH,  Suhu,
Tingkat Kekeruhan,dan
Jumlah Padatan Terlarut,” J. Jur. Tek. Elektro Fak. Teknol. Ind. Univ. Trisakti , 2016.
[2] Andri,  “Perancangan  Dan  Pembuatan Alat  Ukur  Konduktivitas  Larutan Berbasis Mikrokontroler,” J. Fis. , vol.
3, no. 2, p. 710, 2014.
[3] st.life  augment,  “Discovery  kit  with STM32F407VG  MCU,” www.st.com .
[Online].
Available:
https://www.st.com/content/st_com/en /products/evaluation-tools/product- evaluation-tools/mcu-mpu-eval- tools/stm32-mcu-mpu-eval- tools/stm32-discovery- kits/stm32f4discovery.html. [Accessed: 13-May-2017].
[4] Jualan,  “Liguid  Crystal  Display (LCD) 16 x 2,” Les Elektronika , 2012.
[Online].
Available: http://www.leselektronika.com/2012/0 6/liguid-crystal-display-lcd-16-x-
2.html?m=1. [Accessed: 16-May- 2017]. [5] Repo  Inovasi,  “Sensor  Kecepatan Rotary Encoder RPM,”
repoinovasi.com .  [Online].  Available: http://www.depoinovasi.com/. [Accessed: 15-May-2017].