## PENGUJIAN KARAKTERISTIK SENSOR WARNA BF5RD1-N DAN APLIKASINYA UNTUK OTOMATISASI SORTIR PRODUK (Hasil Penelitian)

## Oleh : Sugijono
Staf  Pengajar Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. Sudarto, S.H. Tembalang Semarang Indonesia

## Abstrak
Sensor warna BF5RD1-N yang diteliti merupakan modul dengan dua komponen utama yaitu photo dioda dan  console  dengan  tombol-tombol  setting  dan  display  digital.  Photo  dioda  dari  BF5RD1-N  disusun secara  array  8x8  dengan  konfigurasi  :  16  photo  dioda  untuk  memfilter  warna  merah,  16  photo  dioda untuk memfilter warna hijau, 16 photo dioda untuk memfilter warna biru, dan 16 photo dioda tanpa filter. Kelompok  photo  diode  yang  digunakan  untuk  mendeteksi  warna  dapat  diatur  melalui  tombol-tombol setting  pada  console  dan  ditampilkan  pada  layar  display  berupa  angka  yang  menunjukkan  nilai  dari warna  tertentu.  Penelitian  ini  menguji  untuk  mengetahui  karakteristik  dari  BF5RD1-N, dan  kemudian menerapkannya dalam suatu proses pemisahan (sorting) produk secara otomatis menurut warna produk tersebut. Dalam pengujian karakteristik, maka BF5RD1-N didekatkan ke berbagai jenis sampel berwarna tertentu  dengan  ukuran  tertentu  pada  jarak  dan  intensitas  cahaya  lingkungan  tertentu,  sehingga diperoleh data daerah responnya yang optimal. Dalam aplikasi pada proses otomatis pemisahan produk berwarna, maka BF5RD1-N diarahkan ke produk-produk berwarna yang berjalan. Bila terdapat produk berwarna tertentu yang dideteksi oleh BF5RD1-N, maka produk tersebut dipisahkan.
Kata Kunci : Warna, Sensor, Karakteristik, Sortir.

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Pemisahan  produk  menurut  warnanya produk  tersebut  semula  dilakukan  oleh manusia  atau  karyawan  dalam  suatu pekerjaan proses pemisahan produk berdasarkan warna tertentu, misalnya pemisahan  produk  yang  berwarna  merah tua dari  yang  merah muda. Telah diketahui bahwa keterlibatan manusia di dalam proses penanganan  produk  selalu  diikuti  oleh masalah-masalah klasik yang bersifat manusiawi.  Kesalahan  manusiawi  ( human error )  merupakan  salah  satu  masalah  yang dapat  terjadi  akibat  dari  kelelahan  ataupun kelalaian.  Pekerjaan  penyortiran  tersebut yang dikerjakan oleh manusia membutuhkan  waktu  relatif  lebih  lama. Kehadiran  sensor  warna  yang  mampu mendeteksi  jenis  warna  tertentu  dapat menggantikan peran manusia atau karyawan dalam pekerjaan proses pemisahan  produk  berwarna  berdasarkan warna  tertentu.  Agar  dapat  mengetahui dengan lebih jelas tentang karakteristik dari sensor  warna  itu,  maka  perlu  terlebih dahulu  dilakukan  penelitian  menggunakan metode eksperimen guna memperoleh data-
data  yang  faktual  mengenai  karakteristik dari sensor warna tersebut. Dengan demikian  penelitian  dapat  dilanjutkan dengan  penerapan  sensor  warna  itu  dalam suatu  aplikasi  proses  pemisahan  produk berwarna  menurut warna tertentu, sehingga dapat menghilangkan kesalahan manusiawi, dan  menghemat  waktu  relatif  lebih  cepat, serta tentu juga dapat menurunkan pengeluaran untuk upah atau gaji.
1.2. Perumusan Masalah
Penelitian
mengenai aplikasi mikrokontroler  untuk  pengendalian  proses sudah  pernah  dilakukan  pada  penelitian terapan  sebelumnya.  Kecepatan  dalam pemrosesan  sangat  berpengaruh  untuk perhitungan  lebih  lanjut  terkait  dengan metode yang digunakan. Kelemahan mikrokontroler  untuk  pengendalian  adalah kesulitan  dalam  perubahan  atau  modifikasi program,  dan  juga  dalam  hal  kecepatan pemrosesan, terutama jika digunakan metode  yang  berbasis  kecerdasan  buatan. Penelitian  ini  merupakan  kelanjutan  dari penelitian-penelitian  sebelumnya  mengenai pengendalian otomatis, tetapi tanpa menggunakan mikrokontroler maupun

## aplikasi  android,  namun  menggunakan
Programmable  Logic  Controller (PLC) untuk membuat dan mengoperasikan program  serta  memonitor  proses  sortir produk.
Pertanyaan
dalam suatu pengendalian proses secara otomatis adalah apakah PLC mampu menggantikan mikrokontroler dengan lebih sederhana dan lebih  mudah  dalam  pemrograman  dan modifikasi program?
Disamping  itu  ada  tambahan  dalam penelitian  ini,  yaitu  mengenai  pengujian karakteristik  dari  sensor  warna  yang  akan digunakan  dalam  proses  sortir  produk. Pertanyaan  dalam  pengujian  karakteristik sensor warna adalah bagaimanakah variabel jenis  warna  dari  obyek  berwarna,  dan berapakah  variabel  jarak  optimal  dari sensor  ke  obyek  berwarna?  Pertanyaan berikutnya  adalah  seberapa  signifikan sensor  warna  itu  mampu  menggantikan peran  manusia  atau  karyawan  dalam pekerjaan  proses  sortir  produk  yang berwarna tertentu tersebut?

## 1.3. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan sebagai berikut :
a. Melanjutkan penelitian bidang pengendalian otomatis
b. Mengembangkan  sistem  pengendalian otomatis menggunakan PLC
c. Mengembangkan aplikasi program
otomatis  untuk  pengendalian  proses sortir warna produk
d. Meningkatkan kemampuan dalam penelitian mandiri e. Menciptakan inovasi dan
mengembangkan  ilmu  pengetahuan  dan teknologi.

## 1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat  yang  diperoleh  dari  penelitian  ini adalah sebagai berikut :
a. Dapat  mengetahui  karakteristik  dari sensor warna BF5R D1-N.
b. Dapat  mengetahui  bahwa  PLC  mampu menggantikan  peranan  mikrokontroler dengan lebih sederhana dan lebih mudah
dalam  pemrograman  dan  modifikasi program.
c. Dapat mengetahui signifikansi
kemampuan  sensor  warna  itu  untuk menggantikan peran manusia atau karyawan  dalam  pekerjaan  proses  sortir produk berwarna.
d. Dapat mengembangkan sistem
pengendalian otomatis.
Disamping itu penelitian ini dapat memberikan manfaat sebagai berikut : a. Bagi  Perguruan  Tinggi  :  Meningkatkan peran  institusi  sebagai  pelopor  dalam melaksanakan penelitian untuk menciptakan  inovasi  dan  meningkatkan pengembangan  ilmu  pengetahuan  dan teknologi, serta penerapan hasil penelitian  dalam  Pengabdian  kepada Masyarakat.
b. Bagi  dosen  /  peneliti  :  Meningkatkan kemandirian dalam penelitian dan mengaktualisasikan  peran  Tri  Darma Perguruan  Tinggi    terutama  di  bidang
Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat,  serta  menyumbangkan  ide- ide yang bermanfaat.
c. Bagi mahasiswa : Meningkatkan keikutsertaan mahasiswa dalam penelitian  untuk  menambah  wawasan ilmu  pengetahuan  dan  pengalaman, sehingga  dapat  mendorong  mahasiswa dalam  studi  dan  mengerjakan  Tugas Akhir.

## 2. KAJIAN  PUSTAKA
2.1. Sensor Warna
Sensor fiber    optic yang  diperlihatkan pada  Gambar  2.1.  bekerja    dengan    prinsip seperti transistor foto elektrik yang memgubah  energi  cahaya  menjadi  sinyal listrik. Sensor warna BF5R D1-N merupakan  modul  dengan  dua  komponen utama  yaitu  photo  dioda  dan console yang dilengkapi dengan  tombol-tombol setting dan display digital.  Untuk  mendeteksi warna  maka  tampilan  digital  dari  nilai tertentu dapat diatur melalui tombol-tombol setting pada  console  dan  ditampilkan  pada layar display berupa angka yang
menunjukkan  nilai  batas  untuk  warna tertentu. Bila photo dioda mendeteksi warna tertentu dan menghasilkan nilai yang berada dalam  range  batas,  maka  kontak  yang terdapat  di  dalam  modul  menutup  dan  bisa digunakan  untuk  menggerakkan  sebuah aktuator.
Gambar 2.1. Sensor fiber optic

## 2.2. Motor Searah
Motor  arus  searah/  DC  ( direct  current motor ) yang diperlihatkan pada Gambar 2.2. bekerja menggunakan sumber listrik searah. Motor  DC  terdiri  dari  stator  yaitu  bagian motor  yang  diam  dan  rotor  yaitu  bagian motor yang berputar. Belitan stator merupakan  elektromagnet.  Belitan  jangkar /rotor  ditopang  oleh  poros  dengan  ujung- ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang.  Jika  arus  listrik  DC  mengalir  pada magnet penguat, maka menghasilkan medan  magnet  yang  memotong  belitan jangkar.  Interaksi  kedua  magnet  yang berasal  dari  stator  dengan  magnet  yang dihasilkan  pada  jangkar  mengakibatkan jangkar  mendapatkan  gaya  torsi  putar sehingga  rotor  berputar.  Motor  DC  ini digunakan  untuk  menjalankan  konveyor guna  menggeser  produk-produk  berwarna melewati sensor warna untuk disortir.
Gambar 2.2. Motor Searah

## 2.3. Rele Magnetik
Rele  magnetik  atau  sakelar  magnetik bekerja  berdasarkan  kemagnetan,  artinya sakelar  ini  dapat  bekerja  apabila  ada  gaya kemagnetan.  Magnet  berfungsi  sebagai penarik dan pelepas kontak-kontak. Kontak rele  terdiri  dari  kontak  normal  terbuka
( normaly  open/  NO )  dan  kontak  normal tertutup  ( normaly  close/  NC ).  Kontak  NO bila  rele  belum  bekerja,  maka  kedudukan kontaknya membuka/ terputus, dan bila rele bekerja maka kedudukan kontaknya menutup/  menghubung.  Kontak  rele NO
( normally open ) digunakan untuk mengalirkan  arus  pada  rangkaian  yang diperlukan  oleh  beban  listrik,  misalnya motor  listrik.  Sedangkan  kontak  rele NC ( normally close ) digunakan untuk
mengalirkan  arus  pada  rangkaian  lampu indikator, dan sebagainya. Untuk mengaktifkan  rele,  maka  harus  ada  arus pada koil, sehingga koil atau kumparan dari rele  akan  berubah  menjadi  magnet  dan menarik  kontak-kontak  dari  rele  yang awalnya  NO  ( normally  open )  menjadi  NC ( normally  close )  dan  sebaliknya  yang awalnya  NC  ( normally  close )  menjadi  NO ( normally  open ),  sehingga  arus  sumber dapat  atau  tidak  dapat  mengalir  ke  beban. Rele ini tipe SPDT 5 PIN tegangan kerja 24 VDC  untuk  koilnya  dan  240  VAC  10  A untuk  kontaknya  seperti  diperlihatkan  pada Gambar 2.3.

## Gambar 2.3. Rele Magnetik

## 2.4. Solenoid Valve
Selenoid  valve atau  katup selenoida mempunyai  lubang  keluaran,  masukan  dan exhaust seperti  diperlihatkan  pada  Gambar 2.3.  Lubang  masukan  berfungsi  sebagai tempat udara bertekanan masuk atau supply (service  unit ).  Lubang  keluaran  berfungsi sebagai  tempat  tekanan  angin  keluar  yang dihubungkan  ke  pneumatik.  Sedangkan lubang exhaust berfungsi  sebagai  saluran untuk mengeluarkan udara bertekanan yang terjebak  saat plunger bergerak  atau  pindah posisi ketika selenoid valve bekerja.

## Gambar 2.4. Solenoid Valve
2.5. PLC Programmable  Logic  Controller (PLC) adalah suatu pengendali
berbasis mikrokontroler  yang menggunakan memori terprogram  untuk  menyimpan  instruksi- instruksi  dan  untuk  menjalankan  fungsi- fungsi  seperti  logika,  sekuensial,  timer, counter,  dan  untuk  mengolah  data  diskrit seperti  aritmatika,  komparasi,  penggeseran, pemindahan,  konversi,  maupun  memproses data analog atau sinyal kontinyu seperti dari besaran temperatur, cahaya, untuk pengendalian  proses-proses  dan  mesin- mesin.  Bila  sebuah  program  aplikasi  yang telah dibuat menggunakan software Twidosuite didownload ke PLC, maka PLC dapat  menerima  perintah  dari  peralatan input  yang  terhubung  dan  selanjutnya  PLC dapat memberikan perintah kepada peralatan  output  yang  terhubung  untuk bekerja  sesuai  dengan  konten  program aplikasi yang telah didownload tersebut.
Gambar 2.5. PLC Twido Modular

## 2.6. Program
Program  aplikasi  dirancang  menggunakan perangkat  lunak Software  Twido  suite seperti  diperlihatkan  pada  Gambar  2.5. Tampilan Awal Software Twidosuite hingga Gambar 2.10. Menu Download Program.
Gambar 2.6.  Tampilan Awal Software Twidosuite
Gambar 2.7. Create a new project
Gambar 2.8.  Tampilan Ladder Drawing
Gambar 2.9. LadderDrawing Tool
Gambar 2.10.  Menu Komunikasi

## Gambar 2.11.  Menu Download Program
3. METODE  PENELITIAN

## 3.1. Studi Literatur
Sensor  warna  yang  digunakan  untuk mendeteksi  warna  produk  terlebih  dahulu diuji  guna  mendapatkan  karakteristiknya. Dengan  demikian  dapat  diketahui  respon sensor  warna  itu  terhadap  variabel  jenis warna  dari  obyek  atau  produk  berwarna, dan juga dapat diketahui nilai variable jarak optimal sensor warna itu ke obyek berwarna. Sebanyak  8  sampel  jenis  warna  telah diujikan pada variabel jarak 2 cm dan 3 cm dan  memberikan  nilai  dalam  range  antara set  point  1  dan  2  seperti  diperlihatkan dalam  Tabel  3.1.  Hasil  Pengujian  Sensor Warna. Bila sensor warna itu dipasang pada jarak 3 cm dari obyek atau produk berwarna, maka untuk mensortir produk yang berwarna  merah  atau  jenis  warna  nomor  2 diperlukan  nilai  variasi  antara  380  hingga 482 pada tampilan display console.
Tabel 3.1. Hasil Pengujian Sensor

## 3.2. Instalasi Hardware
Instalasi perangkat keras ( hardware )
dilaksanakan dengan menghubungkan pengawatan  peralatan  input  dan  output
dengan PLC. Tombol start dan tombol stop serta  sensor  warna  dihubungkan  dengan port-port input dari PLC.
Gambar 3.1. Diagram Pengawatan
Motor  DC  untuk  menjalankan  konveyor dan  solenoid  untuk  memindahkan  produk dalam  proses  sortir  dihubungkan  dengan port-port  output  dari  PLC.  Diagram pengawatan instalasi hardware diperlihatkan  pada  Gambar  3.1.  Diagram Pengawatan.

## 3.3. Pemrograman
Tata  letak  proses  sortir  warna  produk diperlihatkan  pada  Gambar  3.2.  Tata  Letak Unit  Sortir  Warna  Produk  dan  peralatan input  maupun  output  dimuat  dalam  Tabel 3.2. Peralatan Input dan Output.
Gambar 3.2. Tata Letak Unit Sortir Warna Produk
Jarak 2 cm dan Setting <1000
Jarak 3 cm dan Setting <500
Tabel  3.2. Peralatan Input Dan Output INPUT PERALATAN KETERANGAN %I0.1 Push Button Start (PB1) Mulai Proses %I0.2 Push Button Stop (PB2) Berhenti Proses %I0.3 Sensor Warna (S) Detektor Warna Produk OUTPUT PERALATAN KETERANGAN %Q0.1 Motor DC (M) Penggerak Konveyor %Q0.2 Solenoid  Valve (SV) Pemindah Pintu Sortir Deskripsi Kerja : a. Bila  tombol  PB1  ditekan,  maka  proses sortir  mulai  bekerja  dan  motor  (M) berputar menjalankan konveyor membawa  produk  menuju  ke  sensor warna (S).
b. Bila sensor warna (S) mendeteksi warna produk  sesuai  dengan  warna setting , maka solenoid valve (SV) memindahkan pintu sortir sehingga memisahkan produk tersebut.
c. Bila  tombol  PB2  ditekan,  maka  proses sortir berhenti
d. Program  proses  sortir  warna  produk diperlihatkan pada Gambar 3.3. Program Aplikasi Sortir Produk Berwarna.

## Gambar 3.3. Program Aplikasi Sortir Produk Berwarna

## 3.4. Pengujian
Pengujian unit sortir warna produk dilaksanakan  11  kali  dengan    jumlah sampel sebanyak 10 buah yang terdiri dari 2
jenis  warna  produk  yaitu    merah  dan  biru. Hasil  pengujian  dimuat  dalam  Tabel  3.3. Hasil Pengujian.
Tabel 3.3. Hasil Pengujian Peng ujian ke Jumlah Sampel Keberhasilan Me rah Bi ru Jum lah Perse ntase 1 10 5 5 10 100% 2 10 6 4 10 100% 3 10 7 3 10 100% 4 10 8 2 10 100% 5 10 9 1 10 100% 6 10 10 0 10 100% 7 10 0 10 10 100% 8 10 1 9 10 100% 9 10 2 8 10 100% 10 10 3 7 10 100% 11 10 4 6 10 100%

## 3.5. Pembuatan Laporan
Seluruh  tahapan  dari  kegiatan  penelitian dicatat dan didokumentasikan, yaitu meliputi : persiapan, perancangan, pengerjaan, perakitan dan instalasi hardware, penciptaan  program  aplikasi, pengujian  serta  pengukuran  dan  hasil- hasilnya dibuat dalam bentuk laporan akhir. Selain  dalam  bentuk  laporan  juga  ditulis dalam  bentuk  makalah/  paper  penelitian untuk  dipresentasikan  dalam  seminar,  dan juga  ditulis  dalam  bentuk  artikel  penelitian untuk  diterbitkan  dalam  publikasi/  jurnal ilmiah.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian  Karakteristik  Sensor Warna
Hasil  pengujian  sensor  warna  yang  dimuat dalam  Tabel  3.1.  menggunakan  8  sampel warna  dengan  pengujian  2  variabel  jarak yaitu 2 cm dan 3 cm masing-masing dengan 2 buah set point, hingga diperoleh data-data hasil pengujian yang memberikan pernyataan  untuk  pembahasan  sebagai berikut  :  bahwa  makin  besar  variabel  jarak atau makin jauh jarak sensor dengan obyek yang dideteksi, maka makin rendah nilai set point yang  dibutuhkan.  Sebaliknya  bila makin kecil variabel jarak atau makin dekat
jarak  sensor  dengan  obyek  yang  dideteksi, maka  makin  tinggi  nilai set  point yang dibutuhkan.  Untuk  mendeteksi  produk berwarna  merah  (jenis  warna  nomor  2) dengan  jarak  3  cm,  maka  modul  sensor warna harus disetting pada nilai antara 380 hingga  482  atau  di  bawah  500  pada tampilan display console . Untuk mendeteksi  produk  berwarna  biru  (jenis warna  nomor  3)  dengan  jarak  3  cm,  maka modul  sensor  warna  harus  disetting  pada nilai antara 93 hingga 97 atau di bawah 500 pada tampilan display console .
4.2. Pengujian Unit Sortir Warna

## Produk
Hasil  pengujian  Unit  Sortir  Warna  Produk yang  dimuat  dalam  Tabel  3.3.  dengan menggunakan  sampel  produk  berwarna sejumlah  110  buah  telah  dilaksanakan dalam 11 kali pengujian  masing-masing 10 sampel  baik  untuk  warna  kombinasi  merah dan  biru,  ataupun  warna  seragam  tunggal (merah semua ataupun biru semua).
Dalam  menyortir  warna  produk  diperoleh data-data hasil pengujian yang memberikan pernyataan  untuk  pembahasan  sebagai berikut : bahwa tingkat keberhasilan adalah selalu  100%  baik  untuk  warna  seragam tunggal (merah semua ataupun biru semua), maupun untuk kombinasi dua warna merah dan biru.
.
5. PENUTUP
5.1. Kesimpulan
a. Makin besar jarak atau makin jauh jarak sensor  warna  BF5RD1-N  dengan  obyek yang dideteksi, maka makin rendah nilai set  point yang  dibutuhkan.  Sebaliknya, makin kecil jarak atau makin dekat jarak sensor  dengan  obyek  yang  dideteksi, maka  makin  tinggi  nilai set  point yang dibutuhkan.
b. Penelitian tentang pengujian karakeristik sensor  warna  BF5RD1-N  memperoleh data-data  hasil  pengujian  yang  dapat diaplikasikan  dalam  proses  otomatis berbasis  PLC  untuk  sortir  produk berwarna.
c. Unit  sortir  produk  berwarna  berbasis PLC  yang  menggunakan  sensor  warna BF5RD1-N  telah  bekerja    dengan  baik dan  mencapai  tingkat  keberhasilan 100% .

## 5.2. Saran
a. Kebersihan  mata  sensor  warna  perlu dijaga agar kepekaan sensor optimal.
b. Hasil  penelitian  ini  ke  depan  dapat dikembangkan untuk keperluan mendeteksi  warna  produk  makanan, minuman, buah dan sebagainya.
c. Diharapkan ada penelitian yang menguji karakteristik  sensor  warna  dari  jenis yang selain BF5R D1-N.

## DAFTAR PUSTAKA
Bolton.  W,  2015 ,  Programmable  Logic Controllers, Elsevier Ltd, USA. D.  Patranabis,  Ph.  D,  2003  , Sensors  and Transducers ,  PHI Learning Pvt.  Ltd, Prentice Hall of India.
Jacob  Fraden,  2010, Handbook  of  Modern
Sensors: Physics, Designs, and Applications, Springer  International Publisher , San Diego, USA.
James  A  Rehg,  Glenn  J.  Sartori,  2013,
Programmable  Logic  Controllers,
Pearson  Education Ltd, USA.
Jerry  Luecke,  2005,  “ Analog  and  Digital Circuits for Electronic Control System    Applications” , Elsevier Inc., http://elsevier. com,  8 Januari 2013. John  Stenerson,  2004, Fundamentals  of Programmable  Logic  Controllers,
Sensors,  Communications, Pearson
Prentice Hall, USA.
Khaled  Kamel  Ph.D,  Eman  Kamel.  Ph.D,
2014, Programmable Logic
Controllers :  Industrial Controll, Mc. Graw-Hill Education, USA.
Peter  Rohner,  1996,  “ Automation  with Programmable  Logic  Controller”,
University  of    New  South  Wales Press, Sydney. Schneider Electric, 2008, “ Twido
Programmable  Controllers  Modular and Compact Bases Hardware Guide”.
Schneider Electric, 2009, “ TwidoSuite V2.2 Programming Guide ”.
Singh  SK,  2009,  “ Industrial  Automation and  Control ”,  Mc  Graw  Hill,  New
Delhi.
Siswoyo, 2008, Teknik Listrik Industri Jilid
2  Untuk  SMK ,  Direktorat  Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan  Dasar  dan  Menengah, Departemen Pendidikan Nasional. Yakob  Liklikwatil,  2014, Mesin-Mesin Listrik Untuk Program D3 ,
Deepublish IKAPI, Yogyakarta.