Mekatronika (ELECTRICAL, PROSES KONTROL, MOTOR CONTROL, ELECTRONIC, MECHANIC , ROBOTICS PLCS , COMPUTER SCIENCE

BAB 1

BAB I

PENDAHULUAN

A.  Latar Belakang

Mekatronika adalah kata baru yang lahir di Jepang pada awal tahun 1970an yang merupakan gabungan antara 2 kata yaitu mechanics dan electroinics. Sekarang ini sering terlihat barang barang mekatronik seperti robot, mesin bubut NC, kamera digital, printer dan lain sebagainya. Persamaan dari barang-barang mekatronik ini adalah objek yang dikendalikan adalah gerakan mesin. Jika dibandingkan dengan gerakan mesin konvensional maka gerakan mesin tersebut lebih bersifat fleksibel dan lebih memiliki kecerdasan. Hal ini dimungkinkan karena memanfaatkan kemajuan iptek micro-electronics. Artinya dengan bantuan micro-electronics mesin dapat bergerak dengan lebih cerdas. Jika seseorang memberikan sebuah perintah, lalu semua dapat dipasrahkan ke mesih yang dapat bererak secara otomatis. Ini santat membantu menciptakan mesin atau alat yang praktis dan mudah digunakan. Sehigga sumber daya manusia seperti waktu dan otak dapat dipakai untuk pekerjaan yang lain, sehingga daapt menciptakan nilai tambah. Pada awalnya mekatronik diarahkan pada 3 target yaitu: penghematan energi (energi saving), pengecilan dimensi dan peringanan berat dan peningkatan kehandalan (reliability). Sekarang, setelah 30 tahun lebih berlalu dari kelahirannya, perlu dirumuskan kembali arah mekatronik sesuai dengan perkembangan jaman. Dan khususnya untuk Indonesia sebagai negara yang masih berkembang dengan segudang permasalahnnya, rasanya arah mekatronik perlu ditentukan agar dapat membantu memecahkan masalah-masalah yang ada dengan tetap memperhatikan lingkungan regional dan global.

Mekatronik adalah teknologi atau rekayasa yang menggabungkan teknologi tentang mesin, elektronika, dan informatika untuk merancang, memproduksi, mengoperasikan dan memelihara sistem untuk mencapai tujuan yang diamanatkan. Seperti diketahui dari definisi mekatronika adalah gabungan disiplin teknik mesin, teknik elektro, teknik informatika, dan teknik kendali. Pada awalnya, secara khusus tidak ada disiplin mekatronika. Untuk menggabungkan beberapa disiplin iptek tersebut, mekatronika memerlukan teori kendali dan teori sistem.

Secara sempit pengertian mekatronika mengarah pada teknologi kendali numerik yaitu teknologi mengendalikan mekanisme menggunakan aktuator untuk mencapi tujuan tertentu dengan memonitor informasi kondisi gerak mesin menggunakan sensor, dan memaukan informasi tersebut ke dalam mikro-prosesor. Ini menumbangkan kemajuan yang spektakuler jika dibandingkan dengan kontrol otomatis menggunakan instrumen analog, karena dapat merubah skenario kontrol secara fleksibel dan dapat memiliki fungsi pengambilan keputusan tingkat tinggi. Contoh klasik barang mekatronik adalah lengan robot dan mesin bubut kontrol numerik.

Barang-barang ini dapat melakukan pekerjaan-pekerjaan yang berbeda-beda dengan cara merubah program mereka sesuai kondisi yang diminta, karena telah ditambahkan kemampuan kendali aktif yang canggih terhadap mekanisme yang telah ada. Beberapa manfaat penerapan mekatronik adalah sebagai berikut:

1.    Meningkatakan fleksibiltas

 Manfaat terbesar yang dapat diperoleh dari penerapan mekatronik adalah meningkatkan fleksibilitas mesin dengan menambahkan fungsi-fungsi baru yang mayoritas merupakan kontribusi mikro-prosessor. Sebagai contoh, lengan robot industri dapat melakukan bebagai jenis pekerjaan dengan merubah program peranti lunak di mikro-processornya seperti halnya lengan manusia. Ini yuang menjadi faktor utama dimungkinkannya proses produksi produk yang beraneka ragam tipenya dengan jumlah yang sedikit-sedikit.

2.    Meningkatakan Kehandalan

Pada mesin-mesin konvensional (manual) muncul berbagai masalah yang diakibatkan oleh berbagai jenis gesekan pada mekanisme yang digunakan seperti: keusangan, masalah sentuhan, getaran dan kebisingan. Pada penggunaan mesin mesin tersebut diperlukan sarana dan operator yang jumlahnya banyak untuk mencegah timbulanya masalah-masalah tersebut. Dengan menerapkan switch semikonduktor misalnya, maka masalah-masalah akibat sentuhan tersebut dapat diminimalkan sehingga meningkatkan kehandalan. Selain itu dengan menggunakan komponen-komponen mesin sebagai pengendali gerak, tingkat presisi dan kecepatan telah mencapai garis saturasi yang sulit untuk diangkat lagi. Dengan menerapkan kendali digital dan teknologi elektronika maka tingkat presisi mesin dan kecepatan gerak mesin dapat diangkat lebih tinggi lagi sampai batas tertentu. Batas ini misalnya adalah rigiditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tantangan baru yaitu menciptakan sistem mesin yang memiliki rigditas mesin yang menghalangi kecepatan lebih tinggi karena munculnya getaran. Hal ini melahirkan tatangan baru yaitu menciptakan sistem mesin yang memiliki rigiditas lebih tinggi. Struktur mekatronika dapat dipilah menjadi 2 buah dunia yaitu dunia mekanika dan dunia elektronika. Di dunia mekanika terdapat mekansime mesin sebagai objek yang dikendalikan. Di dunia elektronika terdapat beberapa elemen mekatronika yaitu : sensor, kontroler, rangkaian pengerak aktuator dan sumber energi.

Mekanisme mesin. Ini adalah objek kendali yang bisa berupa lengan robor, mekanisme penggerak otomotif, generator pembangkit listrik dan lain sebagainya. Sensor. Ini adalah elemen yang bertugas memonitor keadaan objek yang dikendali. Sensor ini dilengkapi dengan rangkaian pengkondisi sinyal berfungsi memproses sinyal listrik menjadi sinyal yang mengandung informasi yang bisa dimanfaatkan. Kontroler. Ini adalah elemen yang mengambil keputusan apakah keadaan ojek kendali telah sesuai dengan nilai referensi yang diinginkan, dan kemudian memproses infromasi untuk menetapkan nilai komando guna merefisi keadaan objek kendali. Rangkaian. Ini adalah elemen yang berfungsi menerima sinyal komando dari kontroler dan mengkonversinya menjadi energi yang mampu menggerakkan aktuator untuk melaksanakan komando dari kontroler. Elemen ini selain menerima informasi dari konroler juga menerima catu daya berenergi tinggi. Aktutor. Ini adalah elemen yang berfungsi mengkonversi energi dari energi listrik ke energi mekanik. Bentuk konkrit aktuator ini misalnya:motor listrik, tabung hidrolik, tabung penematik. Dan lain sebagainya. Sumber energi. Ini adalah elemen yang mencatu energi listrik ke semua element yang membutuhkannnya. Salah satu bentuk konkrit sumber energi adalah batere untuk sistem berpindah tempat, atau adaptor AC-DC untuk sistem yang stasionari(tetap di tempat). Struktur mekatronik yang digambarkan disini dari segi teori kendali disebut sistem umpan balik (closed loop). Sistem umpan balik ini meyerupai makhluk hidup, dimana dalam melakukan kegiatan selalu merevisi tindakannya berdasarkan informasi umpan balik yang dikirim oleh indar ke otak. Dengan demikian mekatronik adalah merealisasikan sistem mekanik yang mampu melakukan pekerjaan seperti halnya seorang manusi yang memiliki kondisi yang sempurna. Batas formal antara berbagai disiplin ilmu rekayasa (enggineering) saati ini semakin kabaru seiring dengan perkembangan teknologi IC (Integrated Circuit = rangkaian elektronika terpadu) dan komputer. Hal ini terutama terlihat jelas pada bidang mekanik dan elektronik yaitu semakin banyak produk yang merupakan integrasi dari kedua bidang tersebut, sehingga berkembang suatu bidang yang disebut mekatronika, yang merupakan perluasan cakupan dari bidang elektromekanik..

Beberapa definisi dari yang diambil dari berbagai sumber diantaranya: “Integration of micropocessor control system, electrical systems and mechanical system” (Bolton, Mechtronics). The synergistic combination fo precision mechanical engineering, electronic control and systems thinking in the design of products and manufacturing processes”(Journal of Mechatornics). “The synergistic use of precision engineering, control and procesess (ME Magazine). “The interdisciplinary field of engineering dealing with the design of products whose function relies on the synergistic integration of mechanical and electronic components coordinated by a control architecture. “(A Iciatore, D.G. and Histand, M.B.) Dari berbagai pengertian diatas maka dicoba disusun pengertian dari mekatronika yaitu integrasi dari sistem mekanik dan elektronik yang dikendalikan dengan komputer dan dimanfaatkan pada produk maupun proses produksi. Saat ini mekatronika sudah dianggap sebagai bidang tersendiri, meskipun tidak terlepas hubungannya dengan bidang lainnya.

3.    Aplikasi Aplikasi Mekatronika

Saat ini pengendalian sistem mekanik hampir seluruhnya dilakukan menggunakan sistem kendali elektronik dan sebagian besar diantaranya menggunakan komputer. Contohnya adalah mesin mobil. Dahulu sistem pembakaran yang terjadi pada silinder dikendalikan sepenuhnya secara mekanis. Banyak bahan bakar dan udara diataur langsung dari pedal lewat perantraaan kabel dengan perbandingan yang telah dissetel sebelumnya. Katup terbuka dan tertutup diatur secara mekanik menggunkana camshaft tergantung posisi piston.

Saat ini banyak sekali sensor yang terlibat pada sistem pembakaran mobil yaitu di antaranya sensor kecepatan dan posisi poros engkol, sensor temperatur udara dan bahan bakar, dan sensor pada pedal gas. Semua informasi dari sensor tersebut diolah oleh sistem pengendali berupa komputer yang disebut Engine Control Unit untuk digunakan mengatur waktu dan besarnya bukaan katup serta perbandingan bahan bakar-udara yang dapat disesuaikan dengan kondisi mesin ataupun pengendara.  Pada mobil juga terdapat berbagai sistem lain yang saat ini menerapkan sistem mekatronika, yaitu sistem transmisi automatis, sistem suspensi aktif.

B.  Rumusan Masalah

1.      Banyaknya pekerjaan yang tidak bisa dilakukan manusia akibat keterbatasan sumber daya manusia dan teknologi.

2.      Pentingnya mengikuti perkembangan IPTEK  agar tidak menjadi negara yang tertinggal dalam bidang Ilmu pengetahuan dan teknologi.

3.      Kurangnya pemahaman manusia akan pentingnya mekatronik dalam membantu proses pekerjaan dalam kehidupan sehari-hari.

C.     Tujuan Penulisan

1.        Menambah wawasan pengetahuan  tentang ilmu mekatronik

2.        Mengetahui cabang-cabang mekatronik dan aplikasinya

3.        Mengerjakan tugas akhir mata kuliah mekatronika yang diberikan dosen.

BAB II

STUDI LITERATUR

A.  ELECTRICAL

Adalah salah satu bidang ilmu teknik mengenai aplikasi listrik untuk memenuhi kebutuhan masyarakat. Teknik listrik melibatkan konsep, perancangan, pengembangan, dan produksi perangkat listrik dan elektronik yang dibutuhkan oleh masyarakat. Insinyur listrik adalah kaum profesional yang memegang peranan penting dalam mengembangkan dan memajukan teknologi tinggi dalam dunia komputer, laser, penjelajahan angkasa, telekomunikasi, energi, dan aplikasi lainnya dari perangkat dan sistem elektronik. Teknik listrik bekerja sama dengan insinyur dari area lain seperti teknik kimia, teknik mesin, dan teknik sipil untuk merancang, mengembangkan, dan membantu produksi berbagai macam produk dan jasa seperti sistem distribusi energi, komputer pribadi, sistem satelit, radio genggam, sistem radar,mobil listrik, jantung buatan, dan lain-lain yang melibatkan komponen listrik dan elektronik.

Dalam dunia kesehatan bisa kita temukan contoh penggunaan mekatronik Electrical yaitu seperti Electrical Stimulasi yang menggunakan arus listrik untuk menyebabkan otot tunggal atau sekelompok otot untuk kontraksi. Dengan menempatkan elektroda pada kulit di berbagai lokasi terapis fisik dapat merekrut serat otot yang sesuai. Persetujuan otot melalui rangsangan listrik membantu memperkuat otot terpengaruh. Terapis fisik dapat mengubah setting saat ini untuk memungkinkan kontraksi otot kuat atau lembut. Seiring dengan  meningkatnya kekuatan otot, kontraksi otot juga meningkatkan suplai darah ke daerah yang membantu dalam penyembuhan.

Cara kerja stimulasi otak dimulai ketika dokter  menanamkan alat elektroda. Alat ini akan mengirimkan stimulasi elektronik ke bagian-bagian otak yang spesifik yang berguna mengurangi gerakan dan gemetaran yang biasanya diderita penderita parkinson.

Pasien yang telah menjalani terapi stimulasi otak rata-rata tua. Menurut studi tersebut sekitar 25 persen daripada 250 pasien yang telah menjalani terapi berusia 70 tahun atau bahkan lebih tua.

1.           Fungsi dari Alat

a.      Fasilitas kontraksi otot

b.    Mendidik fungsi otot yang baru

c.     Mendidik fungsi otot yang baru

d.    Mendidik fungsi otot yang baru

e.     Melatih otot-otot paralysis

f.      Mengurangi nyeri pada jaringan syaraf

2.           Efek Samping

Namun stimulasi otak bagi penderita Parkinson bukan tanpa efek samping. Dari hasil studi memperlihatkan terapi itu dapat mengakibatkan depresi, infeksi atau masalah jantung.Meskipun semua efek samping itu bias disembuhkan, seorang pasien yang menjalani terapi otak meninggal.

Alat ini dapat mengatur tegangan listrik yang ditimbulkan untuk disesuaikan dengan lokasi otot yang dirangsang sesuai dengan petunjuk yang ada berbagai efek. Impuls listrik yang diberikan yang digunakan untuk merangsang otot, harus benar-benar disesuaikan dengan kondisi yang ada agar dapat membuat tubuh merasa dalam kondisi yang lebih baik lagi. Tegangan listrik yang rendah biasanya digunakan pada kelompok otot yang lebih kecil, yang tidak dapat dirangsang dengan cara lain. Tegangan rendah juga dapat merangsang otak, yang mulai mengirimkan impuls melalui otot tak sadar, sehingga menambah merangsang otot juga yang menjadi sasaran teknologi stimulasi listrik yang digunakan untuk menstimulasi kelumpuhan otot dan tulang dengan menggunakan dosis tegangan yang ditentukan dapat membantu pergerakan musculoskeletal yang diikuti oleh latihan yang sering untuk mengurangi plastisitas otot.

3.      Aspek Pengendalian Elektrik

Sistem Kendali mempunyai tiga unsur yaitu input, proses dan output.

Input  →  Proses   →  Output

Input pada umumnya berupa sinyal dari sebuth transduser, yaitu alat yang dapat merubah besaran fisik menjadi besaran listrik, misalnya tombol tekan, saklar batas, termostat, dan lain-lain. Transduser memberikan informasi mengenai besaran yang diukur, kemudian infomrasi ini diproses oleh bagian proses. Bagian proses dapat beruapa rangkaian kendali yang menggunakan peralatan yang dirangkai secara listrik, atau juga berupa suatu sistem kendali yang dapat diprogram mislanya sistem berbasis mikroprosesor, mikrokontroler atau PLC.

B.     PROSES KONTROL

pengontrolan merupakan cara bagaimana suatu kontrol prases dapat berlangsung sesuai yang diharapkan. Tujaun dalam proses kontrol pada umumnya adalah menyangkut variabel dinamik dan regulasi.

1. Variabel Dinamik

Beberapa parameter fisik yang dapat berubah atau yang berasal dari pengaruh-pengaruh luar disebut variabel dinamik.

2. Regulasi

Disini dapat dikatakan bahwa proses kontrol meregulasikan suatu variabel Dinamik Sehingga proses kontrol dapat didefinisikan sebagai suatu proses untuk meregulasikan suatu variabel dinamik sehingga didapatkan keluaran sistem sesuai dengan yang diharapkan.

3. Elemen-Elemen Proses Kontrol

Pada proses kontrol melibatkan beberapa elemen   yang   tersusun menjadi satu kesatuan. Elemen-elemen tersebut meliputi Controller, Proses, Komponen sistem kontrol dan pengukuran.

Diagram blok loop proses kontrol dengan empat elemen dasar dapat dilihat pada gambar 1.1.

Gambar 1 Diagram blok loop proses kontrol empat elemen dasar

a.          Proses

Beberapa variabel dinamik tentu saja terlibat dalam suatu proses, dan mungkin digunakan untuk mengontrol semua variabel pada saat yang sama. Akan dijumpai proses-proses variabel tunggal dan proses-proses variabel banyak.

b.      Pengukuran

Pengukuran   diartikan   sebagai   pengambilan   data   dari   besaran   fisik   yang melibatkan beberapa variabel seperti tekanan pneumatic, tegangan listrik, dan arus.

c.       Evaluasi

Langkah   yang   diambil   selanjutnya   adalah   mengamati   pengukuran   dan menentukan  tindakan  apa  yang  harus  diambil.  Langkah  ini  disebut  sebagai evaluasi proses kontrol sekuensial.

d.     Elemen Kontrol

Elemen terakhir dari loop proses kontrol adalah komponen yang secara langsung mempengaruhi proses , merubah variable dinamik dan membawanya ke dalam kondisi set point

Gambar 1.2 dan gambar 1.3 memperlihatkan diagram fisik dan diagram blok dari suatu proses kontrol. Komponen sistem kontrol yang menyusun proses kontrol terdiri dari pengkondisi sinyal, sensor/tranduser dan aktuator.

Gambar 1.2 Diagram fisik loop proses kontrol

Gambar 1.3 Diagram blok loop proses kontrol

4.      Evaluasi Proses Kontrol

Kriteria Evaluasi system Untuk mengetahui keberhasilan pada prose pengontrolan perlu diadakan evaluasi pada sistem yang dikontrol.  Kriteria pada proses kontrol  yang dievaluasi meliputi:

a.       Error Sistem

Merupakan suatu pengukuran terhadap error inherent antara harga variabel set point terkontrol dengan harga variable dinamik sistem sebenarnya.

b.       Set Point

Merupakan harga variable dinamik yang diinginkan pada proses

c.       Respon Dinamik

Merupakan kriteria dasar yang menunjukkan evaluasi system.

d.       Perubahan Set Point

Dalam beberapa kasus set point dari variable dinamik seringkali berubah menjadi nilai baru. Loop proses kontrol harus menanggapinya dengan mengoperasikan proses dan membawa variable dinamik menuju nilai baru tersebut.

e. Respon transient

Merupakan kemapuan respon dinamik sistem dalam me-recover pengaruh yang tiba-tiba pada saat proses yang menyebabkan gangguan pada variable terkontrol.

                           Gambar 1.4 Respon siklis sistem saat set point berubah

5.      Kriteria Evaluasi sistem Dinamik

Pada sistem dinamik parameter-parameter yang menentukan keberhasilan sistem kontrol meliputi:

a.       Settling time

Merupakan  waktu  yang  dibutuhkan  oleh  loop  proses  kontrol  untuk  membawa variable dinamik sistem kembali menuju range yang diinginkan

Gambar 1.5 Penutupan siklis sistem terhadap input transient

Gambar 1.6 Penutupan teredam sistem terhadap input transient

b.      Error Puncak

Merupakan deviasi maksimum sistem variable dinamik terhadap set point

c.       Error Residual

Merupakan representasi dari point operasi yang distabilkan dari variable dinamik.

d.      Cycling ( Osilasi)

Diharapkan   osilasi   pada   respon   sistem   minimum,   dan   osilasi   minimum didefinisikan sebagai selisih terkecil osilasi yang terjadi pada respon transient atau saat  perubahan set point.

e.        Area Minimum

Area  diindikasikan  dengan  integral  magnitude  mutlak  error  saat  memperoleh gangguan.

Gambar 1.7 kriteria-kriteria pada evaluasi respon loop proses control

C.  MOTOR CONTROL

Sistem distribusi listrik yang digunakan dalam aplikasi komersial dan industri besar umumnya sangat kompleks. Daya listrik dapat didistribusikan melalui switchgear, switchboards, transformator, dan panel boards. Daya yang didistribusikan ke seluruh aplikasi komersial atau industri digunakan untuk berbagai aplikasi seperti pemanasan (heating), pendinginan (cooling), pencahayaan (lighting), dan motor drive. Tidak seperti power distribution type lain, yang digunakan dengan berbagai jenis beban.  MCC panel  khusus untuk mengontrol distribusi tenaga ke motor listrik.

            Gambar.1 struktur Motor Control

Dimanapun motor digunakan, motor tersebut harus dikontrol. Dalam postingan kali ini kita akan sama2 belajar mengenai dasar dari MCC serta apa saja kontrol yang digunakan untuk mengontrol operasi motor. Misalnya, jenis yang paling dasar dari pengendali motor AC , yaitu memutar (menghidupkan) motor dan kemudian mematikannya. Hal ini sering dilakukan dengan menggunakan motor starter yang terdiri dari kontaktor dan overload relay.
Kontak kontaktor ketika close untuk start motor dan ketika open untuk stop motor. Hal ini dilakukan secara electromechanical dan seringkali memerlukan  pushbuttons start stop serta perangkat lain seperti kabel untuk mengendalikan kontaktornya.

Overload relay memproteksi motor dengan cara memutuskan aliran listrik ke motor saat kondisi overload (beban lebih). Meskipun pverload relay memberikan proteksi dari beban lebih, tetapi tidak memberikan proteksi terhadap terjadinya hubung singkat untuk jaringan kabel yang memasok listrik ke motor. Untuk alasan ini, maka kita gunakanlah fuse atau sekring.

Gambar 2. Rangkain Motor control sederhana

Biasanya satu motor starter digunakan untuk mengontrol satu motor. Ketika  secara geografis motor AC yang digunakan letaknya berpencar-pencar, sistem proteksi dan  komponen kontrol mungkin diletakkan dalam panel dan dipasang dekat motor.

Gambar.3 panel control motor control

Di banyak aplikasi komersial dan industri, cukup beberapa motor listrik yang diperlukan, dan sering diinginkan untuk mengendalikan beberapa atau bahkan semua motor dari pusat lokasi. Peralatan yang dirancang untuk fungsi ini disebut MCC (motor control center).

MCC adalah menyederhanakan pengelompokan fisik kombinasi starter dalam satu perakitan. Kombinasi starter adalah suatu panel yang berisi motor starter, sekering atau fuse, dan perangkat lain untuk melepaskan (disconnecting) power. Perangkat lain yang berhubungan dengan motor, seperti pushbuttons dan lampu indikator juga termasuk didalamnya.

D.  ELECTRONIC

Elektronika adalah cabang ilmu listrik yang bersangkutan secara luas dengan alih informasi menggunakan tenaga elektromagnetik.

1.    Perkembangan Elektronika

Lahirnya elektronika sebenarnya mula-mula atas tuntutan kebutuhan manusia akan sarana telekomunikasi. Sarana telekomunikasi menggunakan telepon yang ditemukan oleh A.G. Bell pada tahun 1876 masih terlalu sederhana, banyak keterbatasanketerbatasannya. Untuk memungkinkan hubungan yang mencapai jarak jauh dan mutu yang baik serta kapasitas saluran yang tinggi, dituntut adanya penguatan sinyal, modulasi, demodulasi serta multipleksi. Dan untuk mencapai jarak yang lebih jauh lagi dengan beaya yang lebih murah, diperlukan penggunaan media gelombang elektromagnetik. Pada tahun 1896 Marconi berhasil menciptakan telegrap radio, telegrap tanpa kabel, tetapi menggunakan media gelombang elektromagnetik. Dengan demikian tuntutan jarak yang jauh dapat dipenuhi. Namun tuntutan-tuntutan yang lain belum dipenuhi, sehingga para ahli terus bekerja tanpa mengenal lelah.

2.    Bidang-bidang Elektronika

Dewasa ini produk Elektronika telah menyentuh hampir seluruh aspek atau bidang kehidupan manusia dari alat-alat rumah tangga, mainan anak-anak, hiburan (rekreasi), pendidikan, administrasi, perdagangan, kedokteran, transportasi sampai pada alatalat perang dan penyelidikan ruang angkasa. Bidang-bidang yang berkecimpung dalam elektronika telah berkembang pesat. Bidang-bidang itu antara lain :

a.       Bidang Instrumentasi dan Kontrol

Bidang ini berkecimpung pada peralatan seperti pengembangan alat ukur elektronik, instrumentasi penelitian, alat pemroses data serta alat kontrol atau otomatisasi seperto sistem mikroprosesor untuk kontrol dan sebagainya.

b.      Bidang Telekomunikasi

Bidang ini berkecimpung pada alih informasi jarak jauh baik menggunakan kabel maupun tidak. Sebagai contoh pengembangan komunikasi telepon menggunakan relay elektronik, komunikasi data menggunakan komputer dan telepon, komunikasi berita dan gambar melalui satelit, komunikasi menggunakan gelombang radio frekuensi tinggi dan gelombang mikro dan sebagainya.

c.       Bidang Elektronika Konsumer

Bidang ini berkecimpung pada produksi peralatan-peralatan kebutuhan umum seperti radio, televisi, perekam kaset audio maupun video, penyedia daya serta komponen-komponen elektronika. Industri atau perusahaan Elektronika dewasa ini dapat dikelompokkan dalam 4 K, yaitu komponen, komunikasi, kendali dan komputasi.

d.      Bidang Elektronika Kuantum

Bidang ini berkecimpung dalam pengembangan Elektronika yang menyangkit interaksi antara cahaya, gelombang mikro atau gelombang elektromagnetik yang lain. Dari bidang ini dewasa ini telah dikembangkan sinar laser untuk berbagai keperluan, komunikasi dengan menumpangkan sinyal pada cahaya yang dijalarkan dalam serat (fiber) optik dan sebagainya.

3.      Ruang Lingkup Elektronika

Sering timbul kerancuan antara Elektronika dengan kelistrikan. Namun dari definisi dan pengertian dimuka sebenarnya kerancuan ini tidak perlu terjadi. Sebagai contoh pengen dalian dan penerangan gerakan elektron dalam logam saja belum termasuk dalam kelistrikan.

Lebih jauh pada umumnya elektronika menggunakan komponen aktif sedang kelistrikan hanya menggunakan komponen pasif saja. Di dalam elektronika dikenal istilah komponen, rangkaian dan sistem. Komponen adalah unsur pembentuk rangkaian, sedang rangkaian adalah unsur pembentuk sistem. Berdasarkan kemampuannya memperkuat sinyal, komponen elektronika dibagi menjadi komponen aktif yaitu komponen yang dapat memperkuat.

Berdasarkan hubungan antara tegangan (V) dan arus yang melaluinya (I), komponen elektronika dibagi menjadi komponen linier dan komponen tak linier. Untuk rangkaian elektronika dibedakan menjadi rangkaian diskrit yaitu rangkaian yang hubungan antar komponennya melalui PCB, kabel atau penyoldiran dan rangkaian terpadu (IC) yang hubungan antar komponennya terpadu dalam suatu chip atau keping (pada umumnya silikon. Berdasarkan cara pengolahan dan penampilan data atau informasinya, maka sistem dibedakan menjadi sistem analog dan sistem digital

.

E.     MEKANIK (MECHANIC)

 Mekanik adalah ilmu teknik mengenai aplikasi dari prinsip fisika untuk analisis, desain, manufaktur dan pemeliharaan sebuah sistem mekanik. Ilmu ini membutuhkan pengertian mendalam atas konsep utama dari cabang ilmu mekanika, kinematika, teknik material, termodinamika dan energy.

Mekanika (Bahasa Latin mechanicus, dari Bahasa Yunani mechanikos, "seseorang yang ahli di bidang mesin") adalah jenis ilmu khusus yang mempelajari fungsi dan pelaksanaan mesin, alat atau benda yang seperti mesin.mekanika merupakan bagian yang sangat penting dalam ilmu fisika terutama untuk ahli saints dan ahli teknik.

Mekanik biasanya terdiri dari:

a.                   Perancangan Mekanik dan Konstruksi

b.                   Proses Manufaktur dan Sistem Produksi

c.                   Konversi energy

d.                   Ilmu Bahan / Metalurgi

Mekanik mulai berkembang sebagai suatu ilmu setelah adanya revolusi industri di Eropa pada abad ke-18. Kemudian pada abad ke-19 semakin berkembang lagi mengikuti perkembangan ilmu fisika. Ilmu teknik mesin pun semakin canggih, dan para insinyurnya sekarang mengembangkan diri di bagian komposit, mekatronika, dan nanoteknologi. Ilmu ini juga mempunyai hubungan dengan teknik penerbangan, teknik sipil, teknik listrik, teknik perminyakan, dan teknik kimia.

F.      ROBOTICS

Robot berasal dari kata “robota” yang dalam bahasa Ceko yang berarti budak, pekerja atau kuli. Pertama kali kata “robota” diperkenalkan oleh Karel Capek dalam sebuah pentas sandiwara pada tahun 1921 yang berjudul RUR (Rossum’s Universal Robot). Pentas ini mengisahkan mesin yang menyerupai manusia yang dapat bekerja tanpa lelah yang kemudian memberontak dan menguasai manusia (Gambar 1). Istilah “robot” ini kemudian mulai terkenal dan digunakan untuk menggantikan istilah yang dikenal saat itu, yaitu automaton.
Tujuan dari penggunaan robot sebagai alat bantu untuk tugas rutinitas dalam ruangan menjadi mimpi manusia diawal penciptaannya.Pada periode delapan dekade setelah manusia bermimpi pertama kali tentang robot,sekarang sudah banyak diciptakan robot yang bisa dipekerjakan dibeberapa tempat khusus seperti rumah, departement stores dan rumah sakit (Ali meghdari et.al, 2004)

1.      Berdasarkan sifat-sifat fisik terdiri dari:

a.                   Non-mobile

·         Robot Arm (Manipulator)

·         Sendi-lengan

·         Planar

·         Polar

·          Cartesian

·          Selinder

·         Mobile

2.   Berdasarkan cara pengontrolan terdiri dari:
      a. Manual
      b. Otomatis

Sistem Robot dan Orientasi Fungsinya sebagai berikut:

a.       SistemKontroler Adalah rangkaian elektronik yang setidak-tidaknya terdiri dari rangkaian prosesor (CPU, Memori, komponen interface Input/output), signal conditioning untuk sensor (analog dan atau digital), serta driver untuk aktuator. Bila diperlukan bisa dilengkapi dengan sistem monitor seperti seven segment, LCD (liquid crstal display) ataupun CRT (cathode ray_tube).

b.         Mekanik Robot Adalah sistem mekanik yang dapat terdiri dari setidak-tidaknya sebuah sistem gerak. Jumlah fungsi gerak disebut sebagai derajat kebebasan atau degree of freedom (DOF). Sebuah sendi yang diwakili oleh sebuah gerak actuator disebut sebagai satu DOF. Sedangkan derajat kebebasan pada struktur roda dan kaki diukur berdasarkan fungsi holonomic atau non-holonomic.

c.       Sensor

Adalah perangkat atau komponen yang bertugas mendeteksi (hasil) gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan oleh sistem kontroller. Dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor ON/OFF menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus parallel, sistem bus serial, hingga sistem mata kamera.

d.      Aktuator
Adalah perangkat elektromekanik yang menghasilkan daya gerakan. Dapat dibuat dari sistem motor listrik(motor DC (permanent magnet, brushless, motor DC servo, motor DC stepper, solenoid, dsb.), sistem pneumatic (perangkat kompresi berbasis udara atau gas nitrogen), dan perangkat hidrolik (berbasis bahan cair seperti oli). Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan dapat dipasang.

e.       Sistem Roda

Adalah sistem mekanik yang dapat menggerakkan robot untuk berpindah posisi. Dapat terdiri dari sedikitnya sebuah roda penggerak (drive atau steer) dua roda deferensial (kiri kanan independent ataupun sistem belt seperti tank), tiga roda (synchro drive atau sistem holonomic), empat roda (Ackermann model/car like mobile robot atau sistem mecanum wheels) ataupun lebih.

f.         Sistem Kaki

Pada dasarnya sistem kaki adalah gerakan ‘roda’ yang didesain sedemikian rupa hingga memiliki kemampuan gerak seperti makhluk hidup. Robot berjalan dengan sistem dua kaki atau biped robot memiliki struktur kaki seperti manusia setidak-tidaknya memiliki sendi-sendi yang mewakili pergelangan kaki, lutut dan pinggul. Dalam konfigurasi yang ideal pergerakan pada pinggul dapat terdiri dari multi DOF dengan kemampuan gerakan memutar seperti orang menari jaipong. Demikian juga pada pergelangan kaki, idealnya adalah juga memiliki kemampuan gerakan polar. Untuk robot binatang, (animaloid) seperti serangga, jumlah kaki dapat didesain lebih dari empat. Bahkan robot ular yang memiliki DOF yang lebih dari 8 sesuai dengan panjang robot (ular) yang didefinisikan.

g.       Sistem Tangan

Adalah bagian atau anggota badan robot selain sistem roda atau kaki. Dalam konteks mobile robot, bagian tangan ini dikenal sebagai manipulator yaitu sistem gerak yang berfungsi untuk memanipulasi (memegang, mengambil, mengangkat, memindah atau mengolah) obyek. Pada robot industri fungsi mengolah ini dapat berupa perputaran (memasang mur-baut, mengebor/ drilling, dll.), tracking (mengelas, membubut, dsb) ataupun mengaduk (control proses). Untuk robot tangan didesain sendi lengan diukur berdasarkan DOF. Lengan dapat dibuat kaku atau tegar (rigid) ataupun fleksibel (flexiblemanipulator)

.

G.   PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS SISTEM (PLCS)

Programmable Logic Controllers (PLC) adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam.

Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah : sistem elektronik yang beroperasi secara dijital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog.

Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut :

1. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.

2. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.

3. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.

PLC ini dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sequensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yang digunakan sudah dimasukkan. Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus.

Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:

1. Sekuensial Control. PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step atau langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.

2. Monitoring Plant. PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator.

3. Shutdown System

Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya.

Komputer digital yang digunakan untuk mengerjakan fungsi-fungsi controller yang dapat diprogram dianggap termasuk di dalam bagian ini.

Gambar 1. Skema plcs

Gambar 2 Sistem pengendalian pada PLC

1.                       Perangkat Keras PLC

a.       Perangkat utama dalam PLC adalah:

b.      Processor
Memory

c.       Input/ Output (Interface)

d.      Power Supply

e.       Baterai

Input diterima dari sensor (misalnya: relay, pulsa, transmitter (untuk signal analog) akan direkam dalam memori, untuk kemudian diproses sesuai dengan program kerja yang telah direncanakan sebelumnya (bekerja sesuai program yang telah dibuat) oleh prosessor, kemudian melalui Output, hasil yang diperoleh adalah perintah ke peralatan keluaran (misalnya: untuk On/Off pompa, untuk On/ Off selenoid Valve).  Skematis sistem pada PLC dapat dilihat pada Gambar dibawah ini:

Gambar 3 hubungan skema kerja perangkat keras plcs

Pada PLC berskala kecil (PLC mikro), bagian-bagian dari PLC dikonstruksikan pada sebuah papan rangkaian elektronik yang tidak terlalu luas, sedangkan pada PLC yang berskala sedang dan besar, sistem PLC dikonstruksikan dalam bentuk modular. Cara ini sangat memudahkan dalam pengembangan, instalasi, perawatan, serta trouble shooting-nya. Dan dari kapasitas memory, PLC ukuran kecil umumnya mempunyai kapasitas memory yang tidak besar dan tetap, yaitu berkisar antara 300 hingga 1000 instruksi. Dan untuk PLC yang besar ada yang dapat dikembangkan dalam kapasitas memory-nya.

a.       Processor

 Processor yang biasanya dilakukan oleh Central Processing Unit (CPU) (mikroprocessor) pada PLC bertugas melakukan kontrol serta pengawasan terhadap seluruh operasional kerja dari PLC. Termasuk juga melakukan kerja sesuai dengan program kerja yang telah disimpan dalam memori, dan melakukan  transfer informasi melalui internal bus antara CPU (central Processing Unit), memory, dan I/O juga dibawah kontrol CPU. Dan kecepatan/ ritme kerja dari CPU diatur dan dikendalikan oleh suatu generator yang disebut clock diluar dari CPU. Frekuensi dari clock sangat bervariasi tergantung dengan tipe dari CPU yang digunakan. Dan dari clock ini juga dilakukan sinkronisasi kerja dari seluruh elemen dalam sistem PLC.

 

Gambar 4 block diagram M

b.      Memory

Semua PLC menyimpan program kerjanya dalam suatu memory elektronik (chip memory) untuk keamanan kerja, sering juga dalam PLC terdapat battery back-up yang berfungsi untuk menjaga program kerja yang tersimpan dalam memori (RAM) supaya tidak hilang pada saat terjadi gangguan pada power supply.

c.       Input/ Output

Pada umumnya PLC bekerja dengan informasi data dan keluarannya yang dinyatakan dalam bentuk tegangan listrik, arus listrik, dan saklar (switch). Dan signal (isyarat) yang digunakan dapat berbentuk signal disket dan analog. Dan untuk tegangan dan arus listrik yang digunakan pada PLC cukup bervariasi tergantung keperluan dari user. Bagian Input/ Output dimaksudkan bekerja sebagai ‘interface’, yaitu untuk menghubungkan instrument di lapangan dengan PLC. Contoh rangkaian internal untuk interface input & output diskret dapat dilihat pada Gambar berikut:

Gambar 5 rangkaian internal untuk interface input & output

H.   COMPUTER SCIENCE

Ilmu komputer (bahasa Inggris: Computer Science), secara umum diartikan sebagai ilmu yang mempelajari baik tentang komputasi, perangkat keras (hardware) maupun perangkat lunak (software). Ilmu komputer mencakup beragam topik yang berkaitan dengan komputer, mulai dari analisis abstrak algoritma sampai subyek yang lebih konkret seperti bahasa pemrograman,perangkat lunak, termasuk perangkat keras. Sebagai suatu disiplin ilmu, Ilmu Komputer lebih menekankan pada pemrograman komputer, dan rekayasa perangkat lunak (software), sementara teknik komputer lebih cenderung berkaitan dengan hal-hal seperti perangkat keras komputer (hardware). Namun demikian, kedua istilah tersebut sering disalah-artikan oleh banyak orang. Ilmu Komputer adalah ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan komputer dan komputasi. Di dalamnya terdapat teori, eksperimen, pendesainan komponen, dan hal-hal yang berhubungan dengan:

1.  Teori untuk memahami perangkat program, dan sistem komputer

2.  Eksperimen untuk pengembangan dan pengetesan konsep

3.  Metodologi desain, algoritma, dan tool untuk merealisasikannya

4. Metode analisis untuk melakukan pembuktian agar sesuai dengan persyaratan yang diminta.

Berikut beberapa fungsi dari komputer yang sering dimanfaatkan oleh manusia:

1.      Komputer pada bidang keamanan

Pada bidang keamanan dan pertahanan, komputer merupakan suatu bagian yang sangat penting, karena lewat komputer suatu negara dapat memperkuat pertahanannya dari serangan luar, dengan peralatan-peralatan yang canggih suatu negara cukup menyerang dan bertahan dengan mengendalikan computer

2.      Komputer untuk bidang kesehatan

Pada jaman yang canggih seperti sekarang ini, pada bidang kesehatan pun telah mulai memanfaatkan teknologi untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi, diantaranya adalah penggunaan alat kedokteran yang menggunakan aplikasi komputer yaitu Ultra Sonografi (USG).

3.      Komputer sebagai sarana pengontrolan

Komputer sebagai alat control bagi pemantauan CCTV, tata lampu traffic light, maupun escalator. Dalam hal ini komputer sebagai alat control jarak dekat maupun jarak jauh.

4.      Komputer sebagai sarana usaha

Dengan adanya komputer, kita dapat membuka usaha misalnya usaha percetakan atau sablon, usaha video editing, usaha desain arsitektur, dan warnet.

5.      Komputer sebagai sarana informasi

Komputer yang terhubung ke internet akan membuat kita akan lebih mudah mencari informasi, mulai dari berita politik, perdagangan, travel, referensi bagi pelajar, dan lain sebagainya.

6.   Komputer sebagai sarana Untuk komunikasi

Dengan menggunakan komputer kita bisa mengirim gambar, video, dan audio melalui e-mail, melakukan chatting dengan seseorang, dan berkomunikasi melalui webcam

BAB III

PEMBAHASAN

A.   Banyaknya pekerjaan yang tidak bisa dilakukan manusia akibat keterbatasan sumber    daya manusia dan teknologi yang ada maka memicu manusia untuk berusaha  berfikir aktif dalam menciptakan suatu teknologi baru dalam memenuhi kebutuhan hidupnya .  Dengan seiring  berkembangnya zaman juga menuntut manusia untuk selalu berinovasi  dan berkaya dalam menciptakan teknologi yang lebih modern .

Dengan adanya teknologi yang modern tersebut sangat membantu  dalam menyelesaikan permasalahan yang ada, selain itu juga meningkatkan efisiensi waktu. Pekerjaan yang semula hanya bisa dikerjakan dengan waktu yang lama dan hasil yang sedikit kini dengan adanya teknologi yang terus berkembang dalam dunia mekatronika  tingkat kesulitan dan minimnya hasil tidak lagi menjadi masalah yang berarti.

Pada awalnya mekatronik diarahkan pada 3 target yaitu: penghematan energi (energi saving), pengecilan dimensi dan peringanan berat dan peningkatan kehandalan (reliability).

B.  Indonesia adalah salah satu negara yang masih menempati tingkat peradaban yang dikategorikan berkembang. Oleh sebab itu mengingat pentingnya Ilmu pengetahuan dan teknologi maka banyak Universitas di Indonesia  yang menawarkan beasiswa keluar negeri dengan harapan setelah kembali ke Indonesia dapat mengaplikasikan Ilmu yang diperoleh demi kemajuan tanah Air bangsa Indonesia.

Namun dibalik semakin majunya teknologi yang ada juga menimbulkan permasalahan yang baru yaitu tumbuhnya sikap individualisme karena manusia menganggap bahwa semua bisa ia kerjakan dengan teknologi.

 Permsalahan yang timbul umumnya dari dunia Industri adalah tergantikanya tenaga kerja manusia dengan sistem  robotic yang  yang memperkerjakan robot-robot dalam proses produksi sehingga mampu menghasilkan produk yang besar,waktu yang cepat serta pengurangan biaya untuk membayar para buruh tenaga kerja. Sehingga hal ini membuat banyak terjadi kasus PHK di pabri-pabrik .

C.     Oleh sebab itu disebagian wilayah atau negara masih memakai teknologi sederhana dalam menjalankan proses Industrinya. Disinilah pentingnya para desaingner dalam membuat teknologi baru juga harus memperhitungkan kondisi sosial masyarakat.

BAB IV

PENUTUP

A.     Kesimpulan

1.      Mekatronika adalah gabungan disiplin teknik mesin, teknik elektro, teknik informatika, dan teknik kendali.

2.      Majunya perkembangan Iptek juga harus di imbangi dengan kemampuan sumber daya alam yang ada.

3.      Dalam mekatronika banyak sekali cabang ilmunya seperti: Electrikal,proces control,motor control, electronics,mechanics, robotics, plcs, computers science.

B.     Saran

1.Diharapkan bagi pembaca tidak cukup puas dengan penjelasan ini agar terpacu mencari hal-hal yang lebih baru lagi.

2. Sebaiknya kita sebagai generasi penerus juga mampu berinovasi dan berkaya dalam perkembangan Iptek.

3. perlunya kerjasama anatara pihak perguruan tinggi dengan pihak Industri mekatronika sehingga semakin menambah wawasan bagi mahasiswa.

DAFTAR PUSTAKA

1.      Darmawan, Deni. (2006). Dasar Teknologi Informasi dan Komunikasi. UPI PRESS.

2.      Bandung...............................(2007). Teknologi informasi dan komunikasi. ARUM MANDIRIPRESS. Bandung

3.      Adjie.  ”Apa Sih Robot Itu?”. http://nugroho.staff.uii.ac.id/2009/02/01/apa-sih-robot itu/(diakses pada 28 September 2012)

      4    . Fachrudin, Irfan. “Definisi & Kegunaan Robot”.aerobotic5.blogspot.com/2011/03/definisi kegunaan-robot_12.html (diakses pada 28 September 2012)

4.      Firmansyah, Eka, 2001, Pengukuran Jarak dengan Gelombang Ultrasonikmemanfaatkan mikrokontroler 68HC11AIFN, Tugas Akhir, UniversitasGadjah Mada, Yogyakarta (tidak diterbitkan).

6..        Nurbiyanto, Jupri, 2001, Sistem Kendali Lengan Robot Menggunakan SensorKamera, Tugas Akhir, Universiats Gadjah Mada, Yogyakarta (tidakditerbitkan).

LAMPIRAN

Gambar 1 electrical stimulasi digunakan dalam dunia kesehatan

Gambar 2 Diagram blok loop proses kontrol empat elemen dasar

Gambar 3 struktur motor kontrol

Gambar 4. Salah satu aplikasi robotic perawat

Gambar 5 skema proses PLTS

Gambar 6 hubungan skema kerja perangkat keras plcs

Gambar 7 pemanfaatan robotic untuk memindahkan barang

Gambar 8 rangkaian internal untuk interface input & output