Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44

## Perancangan  Unit  Pengisian  Pada  Mesin  Pengisian  Botol  Otomatis Berbasis PLC
Ikhsan Arif M.T.L Tobing, Junaidi, Yulfira
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik & Komputer, Universitas Harapan Medan Email : yogieamanda29@gmail.com

## ABSTRACK
In designing the filling unit in this automatic liquid filling  machine, a simple filling system is used.  Nozzle  only  serves  to  stop  the  liquid  flowing,  continue  the  flow  of  water  using  only gravity as pressure to drain the liquid. The filling system in this liquid filling uses PLC as the main driving unit.  In the ladder diagram there are also several types of commands that are most often used in programming such as the TON (Time On Delay) command whose function is to determine  the  time  of  each  automation  process.  The  next  command  is  the  CTU  (Counter  Up) command whose function is to set the number of bottles that will be read by the sensor. In this study,  the  average  speed  for  filling  is  Automatic  filling  of  500  mL  bottles  takes  about  15.62 seconds, while in 250 mL  bottles requires a charging time of 7.81 seconds. In the design also found delay caused by automatic system programming of 3 seconds when pneumatic down, and 1 second when pneumatic up. So that in 1 minute, filling a 500ml bottle with a filling time of 15.62 plus a delay of 4 seconds, then in 1 minute the filling machine can fill 12 500 mL bottles.
Kata Kunci: PLC, Automatic Liquid Filling Machine

## 1. PENDAHULUAN
Teknologi  terus  berkembang  dari  zaman  ke  zaman  dengan  segala  inovasi  yang bertujuan  untuk  meringankan  segala  urusan  manusia,  dari  aspek  dunia  industri,  dunia komunikasi  ,  informasi  dan  lain  lain.  Teknologi  juga  sangat  berkaitan  dengan  sistem otomasi,  yaitu  suatu  sistem  yang  dirancang  agar  mengurangi  tenaga  manusia  atau manusia hanya sebagai operator dari suatu teknologi tersebut. Sitem otomasi itu sendiri dirancang  sedemikian  mungkin  agar  dapat  mempermudah  pengerjaan  produksi. Sehingga  keterlibatan  manusia  hanya  sebagai  pengendali  pada  pengerjaan  tersebut. Dalam  dunia  industri,  sistem  otomasi  jelas  berdampak  pada  proses  produksi,  pada biaya, sehingga semua proses pengerjaannya menjadi lebih efisien.
Pada  saat  ini,  banyak  sekali  masyarakat  membuat  suatu  Usaha  Mikro  Kecil Menengah  (UMKM)  untuk  sumber  penghasilannya,  baik  dari  segi  usaha  yang berkecimpung  dalam  dunia  kuliner,  tata  busana  ( fashion ),  dan  sebagainya.  Salah satunya  adalah  usaha  air  mineral  dalam  kemasan.  Dalam  usaha  ini  tentunya  pemilik usaha harus membuat  suatu  alat agar dapat  memenuhi  permintaan para konsumen dari segi waktu maupun hasil yang baik pula dalam waktu yang sesingkat mungkin.
Solusi  untuk  masalah  tersebut  adalah  dengan  menggunakan  suatu  teknologi  berupa alat yang mudah digunakan serta memiliki fungsi yang mempersingkat waktu produksi yaitu  mesin filling botol  otomatis  ,  yaitu  alat  pengisian  cairan  pada  wadah  atau  botol secara otomatis. Mesin ini berfungsi untuk mengisi cairan pada wadah secara otomatis dengan  PLC  ( Programmable  Logic  Controller )  sebagai  controller  dapat  melakukan pengisian  secara  otomatis  dengan  waktu  yang  telah  di  setting  atau  di  atur.  Sehingga proses  pengisian  akan  lebih  praktis,  waktu  produksi  tidak  akan  terbuang  sia  sia  (lebih efisien) dan proses pengerjaan juga lebih steril bebas dari campur tangan manusia.
Pada  penelitian  sebelumnya,  [1]  membuat  mesin  filling  cairan  dengan  lengan  robot sebagai  conveyor,  lalu microcontroller  arduino sebagai  kontrollernya,  dengan  type Arduino  Mega  2580.  Namun  dengan  lengan  robot  sebagai  conveyor  tentu  akan
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44
menghasilkan hasil yang lebih sedikit sehingga tidak sesuai dengan kebutuhan UMKM. Lalu,  [2]  juga  melakukan  perancangan  mesin  dengan  sistem  IoT  ( Internet  of  Things ) yang mana proses terlalu rumit digunakan.
Banyak UMKM di bagian usaha air mineral ini masih menggunakan tenaga manusia dan  proses  pengerjaannya  juga  masih  pengerjaan  manual.  pandangan  masyarakat menjadi  cenderung  kurang  yakin  terhadap  suatu  produk  tersebut  dikarenakan pengerjaannya  yang  kurang  bersih  atau  kurang  higienis,  ditambah  dengan  kurangnya waktu  produksi  dengan  banyaknya  permintaan  konsumen  yang  menjadi  permasalahan yang berakibat kurangnya waktu dalam suatu produksi.
Alasan inilah menjadi dasar bagi penulis untuk merancang mesin pengisian otomatis dengan  skala  UMKM  yang  akan  membantu  para  pemilik  usaha  Air  Mineral  dalam kemasan  dengan  harga  yang  lebih  murah  dan  pengaplikasiannya  mudah  digunakan dikalangan masyarakat

## 2. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  di  lakukan  di  Laboratorium  Proses  Produksi  dan  Laboratorium Pengujian  Mesin  Fakultas  Teknik  dan  Komputer  Universitas  Harapan  Medan.  Dalam melakukan sebuah perancangan tentunya memerlukan persiapan serta perencanaan yang matang, karena untuk mempermudah dalam menentukan alat yang akan di rancang serta proses  pengerjan  alat  tersebut.  Langkah  awal  yang  harus  dilakukan  adalah  dengan melakukan study literatur, dimana studi literatur  bertujuan untuk  mengetahui  beberapa masalah  yang  ada  dan  nantinya  dapat  di  kembangkan  sebagai  tujuan  dari  penelitian yang akan dilakukan.
Setelah  semua  data  dan  permasalahan  didapatkan  lanjut  dengan  melakukan perancangan  dan  perencanaan,  ini  bertujuan  agar  mempermudah  pada  saat  proses pengerjaan alat. Berikutnya adalah dengan melakukan pemilihan bahan bahan apa saja yang  akan  digunakan  pada  penelitian  tersebut,  seperti  pada  perancangan  mesin  filling bottle kali ini menggunakan beberapa alat serta bahan yang digunakan seperti besi holo dan plat stainless steel untuk bagian rangka, juga beberapa jenis komponen mecatronika seperti  relay,  power  suplay,  dan  beberapa  jenis  sensor  untuk  mendukung  kinerja  dari sistem  yang  akan  digunakan,  serta  terdapat  sistem  pneumatic  dan  motor  DC  /  power window sebagai penggerak.

## 2.1. Alat dan Bahan
Bahan yang digunakan untuk menguji unit pengisian adalah air pam yang mana suhu dan  kekentalan airnya sama yaitu 25°C. Tinggi air pada tangki dari permukaan tangki pada  pada  dasar  tangki  adalah  25  cm,  sehingga  data  pengujian  diambil  hanya  sesuai dengan  tekanan  pada  saat  itu.  Analisa  perhitungan  data  dilakukan  dengan  hasil  dari perancangan dan melalui teori yang penulis paparkan di landasan teori sebagai acuan.
Dalam  melakukan  perancangan  unit  pengisian  filling  botol  diatas,  tentunya  ada beberapa  tahapan  tahapan  yang  perlu  dilakukan,  dari  perancangan  unit  pengisian, hingga pengambilan data, tahapan tahapan tersebut dapat dilihat sebagai berikut:
 Merancang nozzle dengan bahan Polyethylane sebagai bahan yang sesuai dengan peralatan pengolahan makanan yang higienis dan aman di gunakan
 Perancangan design nozzle dan kontruksi unit pengisian pada mesin filling botol cairan sederhana
 Melakukan pengujian unit pengisian mesin filling botol cairan
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44

##  Menganalisa data dari unit pengisian yang dirancang

## 2.2. Perancangan Alat
Perancangan  nozzle  yang  sederhana,  dengan  mempertahankan  kualitas  umur  pakai serta dapat di aplikasikan pada proses produksi makanan dan minuman dengan gambar rancangan dibawah ini.
Gambar 1. Rancangan Nozzle
Dengan spesifikasi bahan:
 Bahan polyethylene rod sebagai dengan diameter 41 mm sebagai body nozzle
 Pipa  stainless  ukuran  diameter  16  mm  yang  disesuaikan  dengan  diameter  tutup botol 2,5 cm untuk botol 500ml dan 3cm untuk botol 250 mL.
Berikut pula ukuran nozzle yang dirancang :
 Diameter Body nozzle : 41mm
 Panjang body nozzle
: 75mm
 panjang pipa stainless
: 170mm
 diameter inlet pada pipa : 10mm
 diameter dalam pipa outlet : 16mm
Gambar 2. Pembubutan PE untuk Nozzle
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada saat sensor proximity sudah membaca perintah untuk mengisi cairan ke botol, maka conveyor akan berhenti. Lalu pada saat conveyor berhenti, plc memberikan sinyal ke  solenoid  valve  sehingga  solenoid  valve  atau  katup  pneumatic  terbuka.  Pneumatic akan  menerima  udara  dari    compressor  udara  dan  menekan  penyanggah  pada  nozzle sehingga  nozzle  akan  ditekan  dan  lubang  inlet  pada  pipa  stainless  nozzle  masuk  ke dalam body nozzle. Cara kerja dari unit pengisian ini hanya menggunakan prinsip gaya gravitasi  yang mana aliran akan mengalir ke tempat  yang lebih rendah dengan dibantu dengan  dorongan  tekanan  gravitasi.  Pada  saat  body  inlet  pipa  nozzle  masuk  ke  dalam body nozzle, cairan pada tangki dan selang akan bergerak masuk ke dalam melalui inlet pada  pipa  dan  mengalir  dengan  botol  sesuai  dengan  waktu  pemrograman  pada  plc secara continue.
Gambar 3. prinsip kerja nozzle sederhana
Unit  pengisian  yang  di  rancang  menggunakan  prinsip  kerja  sederhana  yaitu  hanya mengandalkan  gaya  gravitasi    sebagai  tekanan  aliran.  Dengan  spesifikasi  sebagai berikut:
TANGKI
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44

## 3.1. Ladder Diagram Pada PLC Saat Unit Melakukan Pengisian
Setelah Counter 2 Done dengan jeda mencapai 3 detik maka conveyor akan berhenti, dan  Timer  2  akan Done ,  setelah  itu  Relay  1  akan  aktif  dan  akan  memberikan  sinyal untuk proses turun nya Nozzle dengan jeda mencapai 3 detik.
Gambar 5. Ladder untuk perintah pneumatic turun
Kemudian Relay 2 akan aktif dan Nozzle akan mengisi botol dengan waktu 16 detik, setelah  itu  Timer  5  Down  dan  Relay  2  aktif,  setelah  botol  hampir  mencapai  500  ml dengan jeda 1 detik Nozzle akan kembali naik keposisi semula dan Timer 3 Down dan proses pengisian telah selesai.
Gambar 6. Ladder untuk perintah pneumatic naik
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44

## 3.2. Perhitungan kinerja unit pengisian
Dalam percobaan pengujian unit pengisian botol, botol yang digunakan berjumlah 4 botol  dalam  sekali  pengujian  yang  di  samakan  pada  jumlah  nozzle  yang  di  rancang  di unit pengisian. Penulis akan menyajikan data pengisian pada tabel dibawah ini.
Tabel 1. Hasil pengujian pada botol 250 mL No Percobaan pengisian Volume (ml) Waktu (s) 1 1 250 7,73 2 2 250 7,77 3 3 250 7,38 4 4 250 7,91 5 5 250 7,33 6 6 250 7,26 7 7 250 7,88 8 8 250 7,34
Dari data di  atas, menunjukkan bahwa unit pengisian  yang dirancang menghasilkan kecepatan  waktu  pengisian  dengan  range  8  detik,  sehingga  dalam  1  menit,  unit pengisian bisa mengisi botol sebanyak 28 botol ukuran 250 mL.
Tabel 2. Hasil pengujian pada botol 500 mL
No Percobaan Pengisian Volume (mL) Waktu (s) 1 1 500 15,62 2 2 500 15,93 3 3 500 14,99 4 4 500 15,77 5 5 500 15,82 6 6 500 15,31 7 7 500 16,12 8 8 500 15,79
Dari  data  diatas,  dapat  di  menunjukkan  bahwa  unit  pengisian  yang  di  rancang menghasilkan  kecepatan  waktu  pengisian  dengan  range  16  detik.  Sehingga  dalam  1 menit, unit pengisian dapat mengisi botol sebanyak 12-16 botol ukuran 500ml.
Dari  hasil  pengujian  pada  Sensor  proximity  pada  table  deiatas  menunjukan  bahwa pada  Sensor  Induksi  Proximiti  dapat  mendeteksi  objek  mulai  dari  0  cm  hingga  batas maksimal  pembacaan  80  cm,  dengan  nilai  delay  sensor  menuju  plc  1  detik  dimana motor DC akan / power supply mati secara otomatis ketika sensor mendeteksi jarak 0 – 80 cm. Apabila jarak objek lebih dari 80 cm maka motor dc akan tetap hidup dan sensor tidak akan berfungsi.

## 4. KESIMPULAN
Setelah melakukan penelitian maka didapat kesimpulan sebagai berikut.
 Unit  pengisian  dirancang  dengan  prinsip  kerja  yang  sederhana  karena  dengan menggunakan  gaya  grafitasi  sebagai  tekanan  alirannya,  nozzle  berfungsi  sebagai menghentikan  aliran,  meneruskan  aliran  pengatur  arah  aliran  dari  tangki  dan selang ke botol sehingga tidak memerlukan tekanan tambahan melalui pompa dan semacamnya
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44
 Seluruh  bahan  yang  digunakan  dalam  perancangan  unit  pengisian  aman digunakan  pada  kegiatan  produksi  minuman  karena  pada  materialnya  hanya menggunakan  material  berbahan  karet,  stainless  steel  dan  plastik  padat Polyethinal
 Dalam  1  menit  dengan  kecepatan  rata  rata  pengisian  0,0026m/s,  unit  pengisian bisa mengisi 34 botol untuk ukuran botol 250ml dengan waktu 7,81 detik dan 12 – 16  botol  untuk  ukuran  botol  500ml  dengan  waktu  15,26  detik  tanpa  ada  delay  / jeda dari sistem otomatis. Dan dengan sistem otomatis, jeda melalui program yang dirancang,  unit  pengisian  dapat  mengisi  12  botol  ukuran  250  ml  dengan  waktu 18,81 detik. Dan 8 botol ukuran 500ml dengan waktu 23,26 detik dalam 1 menit.
 Rugi  aliran  atau  losses  aliran  pada  aliran  mesin  pengisi  cairan  otomatis  bernilai 0,001335m/s
Adapun saran dari penelitian ini yaitu.
 Untuk kedepannya, sebaiknya penggunaan nozzle ini di modifikasi dengan adanya pengatur tekanan agar tekanan aliran pada nozzle 1 dan nozzle yang lain . karena proses  peng  kalibrasian  alat  ini  sangat  sulit  karena  mengatur  tekanannya  harus manual.
 Prinsip  kerja  dari  pengisian  sederhana  ini  memerlukan  sensor  yang  lebih  cepat daripada  sensor  proximity  yang  digunakan,  karena  masih  ada  jeda/  delay  pada proses baca dari sensor ke botol sehingga mempersulit sistem untuk bekerja.
 penggunaan  PE  sebagai  bahan  body  pada  nozzle  memang  cukup  baik  namun dilihat  dari  segi  kekuatan  material  dan  umur  pemakaian  material.  Namun pembuatan  body  PE  cukup  tergolong  rumit  karena  harus  mengunakan  mesin bubut sebagai alat untuk membentuk dari PE rod tersebut.
 Kekurangan  bagi  nozzle  sederhana  seperti  diatas  adalah  nozzle  tidak  bisa mengatur  aliran  yang  ada  pada  tangkin  dan  juga  selang,  namun  bahan  bahan nozzle  sederhana  diatas  cukup  aman  apabila  di  aplikasikan  untuk  memproduksi makanan dan minuman.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. Hari, I. Prosiding, A. M. Abdullahi, S. Lata, and A. A. Tijjani, “Materi Hari Ini :  Prosiding  Sistem  pengisian  cairan  otomatis  dengan  konveyor  lengan  robot untuk  industri  skala  kecil  Abdulrazaq  Nafiu  Abubakar  b  Machine  Translated  by Google,” no. xxxx, 2020.
[2] A. Syarif, Harianto, and I. Puspasari, “Rancang Bangun Automatic Liquid Filling Machine  Berbasis  IoT  (Internet  of  Things),”  JoTI,  vol.  3,  no.  1,  2021,  doi: 10.37802/joti.v3i1.178.
[3] E.  A.  Pangestu,  R.  Rifky,  and  D.  Agusman,  “Perancangan  Model  Mesin  Filling Cairan,”  Pros.  Semin.  Nas.  Teknoka,  vol.  5,  no.  2502,  pp.  313–320,  2020,  doi: 10.22236/teknoka.v5i.373.
[4] S. Suradi, A. Hanafie, M. Rusli, and M. Muzdalifah, “Evaluasi Mesin Filling Pada Bagian  Produksi  Pt.  Dharana  Inti  Boga  (Suntory  Garuda),”  ILTEK    J.  Teknol., vol. 12, no. 02, pp. 1785–1789, 2017, doi: 10.47398/iltek.v12i02.382.
[5] I.  Setiawan,  “Programmable  Logic  Controller  dan  Teknik  Perancangan  Sistem Kontrol,” Penerbit Andi Yogyakarta, pp. 1–14, 2006.
[6] M.  Irmansyah,  “Gerbang  Logika  Berbasis  Programmable  Logic  Device  (Pld),” Elektron  J. Ilm., vol. 1, no. 1, pp. 75–81, 2009, doi: 10.30630/eji.1.1.12.
Url: https://ceredindonesia.or.id/index.php/mesil Vol. 3, No.2, Desember 2022, Hal 37-44
[7] A. Bakhtiar, “Panduan Dasar Outseal PLC,” Agung Bakhtiar, pp. 1–183, 2019.
[8] L.  A.  Bryan  and  E.  A.  Bryan,  Programmable  Controllers:  Theory  and Implementation. 1997.
[9] A.  Andi,  “Sistem  Pneumatik,”  no.  1,  pp.  32–39,  2018,  [Online].  Available: http://eprints.uny.ac.id/44733/12/Pneumatik pertemua 1.pdf
[10]  Indonesia  Dokumen,  “Prinsip  Kerja  Solenoid  Valve    Pneumatic,”  Fdokumens Indones., vol. selnoid Va, no. prinsip kerja, pp. 5–30, 2018.
[11]  Badaruddin,  “Panduan  Praktikum  Debit  Air,”  Dr.  Badaruddin,S.Hut,MP,  p.  4, 2017,  [Online].  Available:  http://eprints.ulm.ac.id/2379/1/Panduan  praktek  Debit Air.pdf
[12]  T. Modul, “Modul i tekanan hidrostatis 1.1.,” pp. 1–7.
[13]  A.  Saputra,  H.  P.  Sauala,  J.  T.  Sipil,  F.  Teknik,  and  U.  H.  Oleo,  “Pada  Belokan Pipa Berangsur-Angsur,” 2016.