## Design and Development of Automation System for Measurement of Flow Nozzle Robot Spray Based on Programmable Logic Controller and Human Machine Interface at PT ADM Casting Plant
1 Joko Purwanto, 2 Karya Suhada, 3 Rukmanta Jayawiguna, 4 Aprilia Hananto, 5 Aviv Yuniar Rahman
1,2,3 Program Studi Teknik Informatika, STMIK ROSMA
4 Program Studi Sistem Informasi, Universitas Buana Perjuangan Karawang
5 Program Studi Teknik Informatika, Universitas Widyagama Malang Email: joko.purwanto@mhs.rosma.ac.id

## Abstract
The  spray  is  one  of  the  important  processes  in  the  metal  smelting  industry  that  uses  die  casting machines to make aluminium products. This spraying process serves to prevent the problem of stamps (products attached to the dies/mold) due to overheating (overheating) on the surface of the dies. The main device in this spraying process is the nozzle that is driven by a coil from the solenoid valve. To maintain  the  quality  of  the  output  spray  to  remain  standard,  routine  maintenance  is  carried  out manually by two operators. Operator one is outside the machine area to see the digital flow sensor display and the second operator is inside the machine area to operate the solenoid valve nozzle spray. Communication  between  operators  plays  an  important  role  when  carrying  out  the  process  of  flow spray  measurement.  This  treatment  takes  7  hours.  The  problems  found  are  the  lack  of  security  for operators inside the engine area due to the potential for accidents, inaccurate measurements because there is always a  pause when communicating between operators inside and outside the engine area and  inefficient  maintenance  time.  The  purpose  of  this  study  is  to  make  a  flow  nozzle  spray measurement  system  that  is  safe,  accurate,  and  efficient.  This  research  method  uses  literature  and descriptive  methods.  The  design  of  this  system  is  done  by  creating  a  new  display  that  contains  a measurement  menu  and  a  record  of  flow  spray  measurement  data  through  a  Human  Machine Interface (HMI) device in the form of an NS-8 Series Omron touch screen that is integrated with a Q- Series  Programmable  Logic  Controller  (PLC)  type  device.  Mitsubishi  as  a  controller.  From  the results  of  this  study,  it  can  be  concluded  that  the  flow  nozzle  spray  measurement  system  display  is safer  and  displays  accurate  and  efficient  measurement  results  because  the  measurement  process  is carried out automatically and is operated by one operator outside the machine area.
Keywords: spray, nozzle, digital flow sensor

## Abstraksi
Spray merupakan salah satu proses penting dalam industri peleburan logam yang menggunakan mesin die casting untuk membuat produk berbahan alumunium. Proses spray ini berfungsi untuk mencegah terjadinya  problem  petangko  (produk  melekat  di  dies/cetakan)  akibat  terjadinya  overheat  (panas berlebih)  pada  permukaan  dies.  Perangkat  utama  dalam  proses  spray  ini  adalah  nozzle  yang digerakkan  oleh  coil  dari  solenoid  valve.  Untuk  menjaga  kualitas  output  spray  agar  tetap  standar, maka dilakukan perawatan rutin secara manual oleh dua orang operator. Operator satu berada di luar area mesin untuk melihat display digital flow sensor dan operator kedua berada di dalam area mesin untuk  mengoperasikan  solenoid  valve  nozzle  spray.  Komunikasi  antar  operator  berperan  penting ketika melakukan proses pengukuran flow spray. Perawatan ini memakan waktu 7 jam. Permasalahan yang ditemukan adalah  kurangnya keamanan  bagi operator yang berada di dalam area mesin karena berpotensi terjadinya accident, pengukuran tidak akurat karena selalu ada jeda ketika berkomunikasi antar operator yang berada di dalam dan di luar area mesin serta waktu pelaksanaan perawatan yang
tidak efisien. Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat sistem pengukuran flow nozzle spray yang aman, akurat dan efisien. Metode penelitian ini menggunakan metode pustaka dan metode deskriptif. Desain  rancangan  sistem  ini  dilakukan  dengan  membuat  display  baru  yang  berisi  menu  pengukuran dan  record  data  pengukuran  flow  spray  melalui  perangkat  Human  Machine  Interface  (HMI)  berupa touch  screen  tipe  NS-8  Series  Omron  yang  diintegrasikan  dengan  perangkat  Programmable  Logic Controller (PLC) tipe Q-Series Mitsubishi sebagai controller. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa display sistem pengukuran flow nozzle spray ini lebih aman dan menampilkan hasil ukur yang akurat serta efisien karena proses pengukuran dilakukan secara otomatis serta dioperasikan oleh satu operator di luar area mesin.
Kata kunci: spray, nozzle, digital flow sensor

## 1. PENDAHULUAN
Pada era modern ini, dunia industri terus mengalami kemajuan terutama dalam bidang manufaktur[1]. Ada  berbagai  macam  produk  yang  dihasilkan  dari  proses  manufaktur  khususnya  dari  proses pengecoran.  Proses  pengecoran  dalam  dunia  industri  digunakan  untuk  membuat  benda-benda berbentuk  rumit,  seperti  benda  berlubang  dan  sebagainya.  Produk-produk  yang  rumit  tersebut  dapat diproduksi massal secara mudah dan efisien dengan menggunakan proses casting (pengecoran logam).
PT  ADM  Casting  Plant  merupakan  salah  satu  perusahaan  manufaktur  yang  menghasilkan produk  casting  berbahan  alumunium.  Salah  satu  tahapan  penting  dari  pembuatan  produk  casting adalah  proses  spray.  Definisi  istilah  spray  adalah  proses  pelumasan  ke  permukaan  cavity  (profil cetakan) sebelum dilakukan proses injection (memasukkan logam cair dengan kecepatan dan tekanan tinggi)  sehingga  produk  casting  yang  dihasilkan  tidak  melekat  pada  permukaan  cavity  ketika  akan diambil oleh robot take out.
Perkembangan  teknologi Artificial  Intelligence (kecerdasan  buatan)  di  dunia  industri  sangat berperan    dalam  proses  produksi  dengan  tingkat  efisiensi  yang  tinggi[2].  Kini  tak  dapat  dipungkiri bahwa  penggunaan  robot  berteknologi  tinggi  dalam  dunia  industri  semakin  meningkat[3],  hampir semua  maker  (pembuat)  mesin  mengaplikasikan  robot  sebagai  peripheral  equipment  (peralatan pelengkap)  dalam  proses  produksi  yang  akan  membantu  kinerja  mesin  die  casting  beroperasi  secara otomatis penuh.
Perawatan  terhadap  mesin  dan  robot  dilakukan  untuk  memastikan  produk  casting  memiliki  kualitas yang baik sesuai dengan standar dan mencegah line stop (jalur produksi berhenti) akibat mesin rusak (breakdown), sehingga perusahaan bisa melakukan aktivitas reduce cost (mengurangi biaya) produksi. Pada umumnya mesin die casting terdapat dua macam robot[4] yang diaplikasikan, yaitu:
1. Robot Unload/Take Out
Robot  ini  berfungsi  untuk  mengambil  produk  casting  dari  dies  yang  masih  bersuhu  tinggi (200-300  OC).  Selain  itu,  robot  take  out  juga  berfungsi  untuk  melakukan  sebagian  job finishing.
2. Robot Spray
Robot  ini  berfungsi  untuk  meratakan  semprotan  cairan  die  lube  (pelumas  cetakan)  yang dikeluarkan  melalui  nozzle  (lubang  pengarah)  ke  seluruh  bagian  hotspot  dies  (titik  panas cetakan).
Untuk  menjaga  kondisi  tools  spray,  maka  dilakukanlah  kegiatan  Preventive  Maintenance  (PM) pada tools robot spray (cassette). Salah satu item PM ini adalah pengukuran flow nozzle spray yang bertujuan  untuk  mengukur  kondisi  flow  (aliran  bertekanan)  dari  nozzle.  Metode  pengukuran  flow nozzle  spray  ini  dilakukan  dengan  cara  manual  (operasional  secara  konvensional)  dan  visual  check (pemeriksaan dengan melihat) oleh 2 orang team member (operator) dengan cara sebagai berikut:
1. Team  member  satu  berada  di  dalam  area  mesin  bertugas  untuk  mengoperasikan  output solenoid  valve  (katup  elektrik)  nozzle  spray  dengan  menggunakan  remote  pendant  (papan tombol pengendali) robot spray.
2. Team  member  dua  berada  di  luar  area  mesin  bertugas  untuk  mengukur  flow  nozzle  spray dengan cara melihat nilai flow pada display digital flow sensor (alat pengukur aliran cairan) sesuai  waktu  pengukuran  pada  stopwatch.  Kedua  team  member  saling  berkomunikasi  untuk memulai dan menghentikan proses pengukuran.
Pada uraian tugas team member di atas ditemukan beberapa masalah seperti kondisi yang kurang aman bagi team member satu saat berada di dalam area mesin karena berpotensi terjadinya accident. Selain  itu,  pengukuran  flow  spray  tidak  akurat  karena  selalu  ada  jeda  ketika  berkomunikasi  antara kedua  team  member  untuk  memulai  dan  menghentikan  proses  pengukuran  serta  waktu  pelaksanaan perawatan yang cukup lama sehingga metode PM ini tidak efisien.

## 2. METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  digunakan  dua  metode  (pustaka  dan  deskriptif)[5-7]  untuk  membantu memudahkan dalam memperoleh data yang dibutuhkan dalam penelitian ini.

## 2.1 Metode Pustaka
Metode  ini  dilakukan  dengan  mencari  data-data,  referensi,  dan  dokumentasi  yang  berkaitan  dengan sistem yang akan dibuat, dari literatur buku-buku, jurnal-jurnal ilmiah, buku-buku manual mesin die casting  SSDC  dan  robot,  serta  situs-situs  internet  untuk  mempelajari  hal-hal  yang  berhubungan dengan rancang bangun sistem ini seperti berikut:
1. Karakterisitik PLC tipe Q-Series Mitsubishi termasuk pemrogramannya.
2. Karakteristik HMI touch screen  tipe NS-8 Omron dan coriolis digital flow sensor tipe FD-S Series Keyence yang diintegrasikan dengan sistem kontrol robot spray dan mesin die casting.

## 2.2 Metode Deskriptif
Metode ini merupakan prosedur pemecahan masalah yang diselidiki dengan menggambarkan keadaan subjek  atau  objek  dalam  penelitian  berdasarkan  fakta-fakta  yang  tampak  atau  apa  adanya.  Adapun langkah-langkah metode penelitian untuk membangun sistem ini adalah sebagai berikut :
1. Melakukan  observasi  dan  wawancara  dengan  team  member  dan  team  leader  yang  bertugas melakukan PM flow nozzle spray.
2. Merancang  sistem  display  pengukuran  sesuai  dengan  data-data  yang  telah  diperoleh berdasarkan spesifikasi peralatan yang digunakan di mesin.
Melaksanakan  perencanaan  sistem  dengan  mengolah  output  data  dari  coriolis  digital  flow  sensor  di dalam program PLC yang hasilnya ditampilkan pada touch screen.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Analisis Kebutuhan
Analisis  ini  membahas  tentang  perangkat  keras  (hardware)  dan  perangkat  lunak  (software)  yang dibutuhkan dalam pembuatan display ini, yaitu sebagai berikut:
1. Kebutuhan hardware yang terdiri dari:
a. Laptop  dengan  spesifikasi  minimal:  processor  Intel  Core  i3  dengan  kecepatan  2.1  GHz, Hard Disk 500 GB, RAM 4 GB, Port USB 2.0.
b. PLC tipe Q-Series Mitsubishi.
c. Interactive Display tipe NS-8 Omron.
2. Kebutuhan software sebagai berikut:
a. Sistem operasi minimal Microsoft Windows 7 Professional.
b. GX-Developer versi 8 Mitsubishi.
c. CX-Designer versi 3.2 Omron.

## 3.2 Perancangan
Perancangan sistem ini dilakukan dengan beberapa tahapan yaitu sebagai berikut:
1. Diagram Rangkaian Electric
Diagram  ini  digunakan  untuk  menjelaskan  koneksi  semua  komponen  penting  yang digambarkan melalui simbol-simbol grafis.
2. Flowchart
Langkah berikutnya dibuatkan flowchart seperti berikut ini:
Gambar 2 Flowchart Sistem Otomasi Pengukuran Flow Nozzle Spray
3.3 Implementasi Sistem
Implementasi pembuatan sistem ini adalah sebagai berikut:
1. Pembuatan display interface dengan menggunakan software CX-Designer versi 3.2 Omron.
Gambar 3 Implementasi Interface Menu Utama
2. Pembuatan  program  PLC  pendukung  dengan  menggunakan  software  GX-Developer  versi  8 Mitsubishi untuk mengoperasikan display interface yang telah dibuat sebelumnya.
3. Pembuatan  job  program  robot  spray  menggunakan  remote  pendant  untuk  menjadikan  posisi robot sebagai interlock sebelum mengoperasikan display interface sistem ini.

## 3.4 Pengujian Sistem
Pengujian yang dilakukan pada sistem ini adalah sebagai berikut:
1. Pengujian fitur-fitur yang ada pada display interface.
Test Case Hasil yang Diharapkan Hasil yang Didapatkan Keterangan Interlock Sistem hanya bisa dioperasikan  jika interlock terpenuhi. Sistem  bisa  dioperasikan setelah interlock terpenuhi. Berhasil Lampu Indikator Lampu menyala jika input/output aktif. Lampu  menyala  sesuai input/output yang aktif. Berhasil
Numerical
Display Menampilkan  nilai  sesuai angka  yang  ada  di  program PLC . Nilai  tampil  sesuai  dengan program. Berhasil Record Data Merekam  hasil  ukur  yang telah selesai dilakukan. Hasil ukur masuk ke record data.
Berhasil
Tabel 1 Hasil Uji Fitur Sistem
Berdasarkan hasil pengujian tabel 1 yang dilakukan pada test case interlock , didapatkan hasil bahwa sistem bisa dioperasikan setelah interlock terpenuhi, untuk test case lampu indicator hasil yang didapatkan  lampu  menyala  sesuai  input/output  yang  aktif,  dan  untuk test  case  Numerical  Display menampilkan  nilai  yang  tampil  sesuai  dengan  angka  yang  ada  dalam  program  PLC  serta  test  case record data mendapatkan hasil bahwa hasil ukur berhasil masuk ke record data .
2. Hasil Pengujian
Untuk  melengkapi  hasil  pengujian  display  ini,  maka  dilakukan  juga  perbandingan  hasil pengukuran  dengan  metode  sebelumnya  (manual)  dengan  settingan  waktu  dan  perulangan yang sama dengan display interface , yang bertujuan untuk melihat sejauh mana keakurasian hasil ukur dari display ini.
Berikut  ini  tabel  hasil  perbandingan  pengukuran  antara  metode  manual  dengan display interface menu pengukuran :
Pengujian Hasil Ukur Manual (ml)  Hasil Ukur Display (ml) Selisih 1 6,3 6,5 0,2 2 6,8 6,7 0,1 3 6,5 6,6 0,1 4 6,7 6,5 0,2 5 6,6 6,6 0,2 Tabel 2 Hasil Uji Pengukuran
Berdasarkan  hasil  pengukuran  yang  dilakukan  mulai  dari  pengujian  1  sampai  5  didapatkan hasil  ukur  manual  rata-rata  sekitar  6.58  ml,  dan  rata-rata  hasil  ukur  display  sekitar  6.58  ml yang kalu disimpulkan nilainya sama dengan hasil ukur rata-rata manual, sedangkan dari sisi selisih antara hasil ukur manual dan hasil ukur display adalah 0.16 ml

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengujian dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Sistem  ini  memiliki  hasil  ukur  dengan  tingkat  keakurasian  tinggi  (selisih  0,1  s.d.  0,2  ml) dibandingkan  dengan  metode  manual  dan  pengoperasiannya  pun  bisa  disesuaikan  dengan kebutuhan perawatan mesin (maintenance) sehingga lebih efektif dan efisien.
2. Interlock-interlock yang ada menjadi syarat utama untuk mengoperasikan sistem ini, sehingga meningkatkan  faktor  safety  bagi  team  member.  Selain  itu,  pengoperasian  sistem  ini  lebih aman, karena tidak ada team member yang berada di dalam area mesin dan robot.
Dari pengujian dan analisa terhadap sistem ini masih ditemukan beberapa kelemahan. Adapun saran yang diperlukan, yaitu:
1. Adanya evaluasi terhadap sistem yang berjalan secara signifikan untuk pengembangan sistem selanjutnya.
2. Penerapan sistem otomasi pengukuran dengan metode Human Machine Interface (HMI) yang terintegrasi  dengan  program  mesin  die  casting  dan  robot  spray  untuk  menggantikan  proses manual sangat menunjang terhadap terpenuhinya kebutuhan informasi.

## REFERENCES
[1]  Grover,  Mikell  P.  2010.  Automation,  production  systems,  and  computer  integrated manufacturing, Second edition. New Jersey: Prentie.
[2]  P.  Gruhn.2011. Human Machine Interface (HMI) Design: The Good , The Bad  , and The Ugly (and what makes them so ). 66th Annu. Instrum. Symp. Process Ind., pp
[3]  Irawan, A. S. Y., & Prihandani, K. (2019). Sistem Pengontrol Lampu Berbasis Internet Dengan Metode Virtual Prototype. Systematics, 1(1), 12-21.
[4]  Wisnu, Jatniko, dkk. 2014. Robotika: Teori dan Aplikasi. Jakarta: Erlangga.
[5]  Dennis, Alan, Barbara Haley Wixom and Roberta M. Roth. 2012. System Analysis and Design. United States: John Wiley & Sons, Inc.
[6]  Indrajani,  2015,  Database  Design,  Jakarta:  PT  Elex  Media  Komputindo.  Hartono,  Jogiyanto, 2013, Metodologi Penelitian Bisnis, Yogjakarta: BPFE.
[7]  Mulyani,  Sri.  2016.  Metode  Analisis  dan  Perancangan  Sistem.  Edisi  Kedua  cetakan  ke-1. Bandung: Abdi Sistematika.