bab ii muhamad fikri arfiansyah (sistem kontrol pengisian oli gearbox)
Post on 11-Nov-2015
239 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
-
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Studi Pustaka
Sebelumnya telah dilakukan penelitian oleh Indra Saputra, Lukmanul Hakim
dan Sri Ratna S. mengenai perancangan Water Level Control menggunakan PLC
OMRON Sysmac C200H. Perancangan ini digunakan untuk sistem kendali dan
pemantauan dalam pengisian dan pengosongan tangki penampungan air (Feed
Water Tank). Dalam perancangan water level control ini bertujuan agar level air
pada feed water tank harus tetap dijaga agar tidak terjadi kekosongan saat proses
pengisian air ke boiler. Selama ini operator masih memantau secara langsung level
air pada feed water tank, sehingga diperlukan sistem otomasi water level control
yang dapat membantu operator dalam mengontrol dan memantau level air pada feed
water tank. Sistem yang dirancang dapat bekerja secara manual maupun otomatis
[1].
1.2. Landasan Teori
Pada landasan teori ini, akan diterangkan teori-teori pendukung yang
berhubungan dengan penelitian yang akan dilakukan. Adapun teori-teori yang
digunakan adalah sebagai berikut:
2.2.1. Mesin Curing
Mesin curing adalah mesin yang digunakan untuk menjalankan proses curing
atau proses pemasakan greentire menjadi ban. Mesin curing di plant A ini
menggunakan teknologi molding press atau biasa disebut dengan mesin curing
BOM yang mempunyai ciri housing-nya berbentuk seperti cangkang dan proses
open-close-nya digerakkan oleh motor listrik 3 fasa [2].
Mesin curing di Plant A diberi identitas nama ATC dengan jumlah 197 mesin
yang dibagi 12 line, adapun jenis mesin curing ini terdiri dari 2 tipe yaitu tipe Platen
(Undirect Heating) dan tipe Dome (Direct Heating), perbedaan dari kedua tipe
-
tersebut adalah masing-masing tipe memiliki step proses cure yang berbeda, untuk
tipe Platen mempunyai 6 step cure (HW Uncir HW Cir HW Uncir HW
Rec/CW In CW Cir Drain) sedangkan tipe Dome mempunyai 10 step cure (HW
Uncir HW Cir (4x) HW Uncir HW Rec/CW In CW Cir (2x) Drain) [2].
Komponen mekanik utama dari mesin ini yaitu bag o-matic press, vertical
hoist loader dan postcure inflator, sedangkan komponen elektrik utama yaitu panel
kendali, motor ac 3-fasa, solenoid dan sensor-sensor mekanis-elektrik. Mesin
curing ATC ini dibuat oleh beberapa vendor, adapun vendor mesin curing yang ada
di Plan A adalah [2]:
1. Repiquet (Platen dan Dome)
2. Kobe (Platen)
3. Sanming (Platen)
4. Aubo (Platen)
5. MC Neil USA (Platen)
2.2.2. Sistem Kontrol
Sistem kontrol (Control System) merupakan suatu kumpulan cara atau metode
yang dipelajari dari kebiasaan-kebiasaan manusia dalam bekerja, dimana manusia
membutuhkan suatu pengamatan kualitas dari apa yang telah mereka kerjakan
sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan yang diharapkan pada mulanya [3].
Dalam aplikasinya, suatu sistem kontrol memiliki tujuan/sasaran tertentu.
Sasaran sistem kontrol adalah untuk mengatur keluaran (Output) dalam suatu
sikap/kondisi/keadaan yang telah ditetapkan oleh masukan (Input) melalui elemen
sistem kontrol [3].
Masukan Keluaran
Gambar 2.1. Diagram umum sistem kontrol [2].
Sistem Kontrol
-
Aktuator (Actuator), adalah suatu peralatan atau kumpulan komponen yang
menggerakkan plant. Karakteristik sistem kontrol terbagi menjadi dua [3], yaitu:
1. Sistem Kontrol Loop Terbuka (Open-Loop Control System)
Suatu sistem kontrol yang mempunyai karakteristik dimana nilai keluaran
tidak memberikan pengaruh pada aksi kontrol, disebut Sistem Kontrol Loop
Terbuka (Open-Loop Control System).
masukan keluaran
Gambar 2.2. Sistem Kontrol Loop Terbuka [2].
Sistem kontrol loop terbuka ini memang lebih sederhana, murah, dan mudah
dalam desainnya, akan tetapi akan menjadi tidak stabil dan seringkali memiliki
tingkat kesalahan yang besar bila diberikan gangguan dari luar.
2. Sistem Kontrol Loop Tertutup (Closed-Loop Control System)
Sistem kontrol loop tertutup adalah identik dengan sistem kontrol umpan
balik, dimana nilai dari keluaran akan ikut mempengaruhi pada aksi kontrolnya.
masukan keluaran
+ -
Gambar 2.3. Sistem Kontrol Loop Tertutup [3].
Dibandingkan dengan sistem kontrol loop terbuka, sistem kontrol loop
tertutup memang lebih rumit, mahal, dan sulit dalam desain. Akan tetapi tingkat
kestabilannya yang relatif konstan dan tingkat kesalahannya yang kecil bila terdapat
Kontroler Plant
Kontroler Plant
Sensor
-
gangguan dari luar, membuat sistem kontrol ini lebih banyak menjadi pilihan para
perancang sistem kontrol.
2.2.3. Programmable Logic Controllers (PLC)
Programmable Logic Controllers (PLC) adalah perangkat yang digunakan
untuk melaksanakan fungsi kendali dan juga monitor yang dapat diprogram [4].
Mula-mula PLC digunakan untuk mengganti logika relai, tetapi dari peningkatan
lingkup fungsi didapatkan pada banyak aplikasi yang lebih kompleks. Karena
struktur PLC didasarkan pada struktur yang sama seperti struktur yang dipakai pada
arsitek komputer, maka PLC tidak hanya mampu melakukan tugas pensaklaran
relai, tetapi juga aplikasi lain misalnya pencacahan, perhitungan, perbandingan dan
pemrosesan dari sinyal analog [5].
Gambar 2.4. PLC MELSEC Mitsubishi [6].
2.2.3.1. Komponen dasar PLC
Pada umumnya, sebuah sistem PLC memiliki lima komponen dasar [7],
yaitu:
1. Unit processor atau Central Processing Unit (CPU) adalah unit yang berisi
mikroprosesor yang menginterpresentasikan sinyal-sinyal input dan
-
melaksanakan pengontrolan, sesuai dengan program yang disimpan di dalam
memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya
sebagai sinyal-sinyal kontrol ke interface output.
2. Unit catu daya diperlukan untuk mengkonversi tegangan AC sumber menjadi
tegangan rendah DC (5V dan 24V) yang dibutuhkan oleh prosesor dan
rangkaian-rangkaian di dalam modul-modul antarmuka input dan output.
3. Perangkat pemrograman dipergunakan untuk memasukan program yang
dibutuhkan ke dalam memori. PLC sekarang kebanyakan sudah menggunakan
program melalui software untuk memasukan program yang dibuat ke dalam
PLC.
4. Unit memori adalah tempat program yang digunakan untuk melaksanakan
tindakan-tindakan pengontrolan oleh mikroprosesor disimpan.
5. Bagian input dan output adalah antarmuka dimana prosesor menerima
informasi dari dan mengkomunikasikan informasi kontrol ke perangkat-
perangkat eksternal.
2.2.3.2. PLC Mitsubishi
Pada PLC Mitsubishi terdapat modul-modul sebagai berikut [8]:
1. PLC Mitsubishi CPU Q02H
Modul CPU Q02H Mitsubishi merupakan modul utama yang berguna untuk
menyimpan program dan menjalankannya. Pada modul ini terdapat dua slot untuk
berkomunikasi, yaitu slot RS-232 dan slot USB. Pemrograman ladder diagram-nya
dapat menggunakan perangkat lunak GX Developer [8].
2. PLC Mitsubishi Digital Input QX40
Modul Digital Input QX40 Mitsubishi merupakan modul yang dapat
digunakan untuk memberikan nilai masukan ke CPU. Modul ini hanya mempunyai
dua nilai, yaitu 1 atau 0, QX40 mempunyai 16 pin masukan dan membutuhkan
tegangan masukan 24 VDC [8].
-
3. PLC Mitsubishi Digital Output QY10
Modul Digital Output QY10 Mitsubishi merupakan modul yang dapat
menerima hasil keluaran instruksi yang diberikan oleh CPU untuk mengontrol
perangkat lunak. Modul ini hanya dapat memberikan dua nilai keluaran, yaitu 1
atau 0. QY10 mempunyai 16 pin keluaran dan dapat langsung dihubungkan dengan
beban yang membutuhkan tegangan 240 VAC karena tegangan masukan ke modul
ini 240 VAC [8].
4. Based Unit Mitsubishi Q35B
Base Unit Q35B Mitsubishi merupakan modul utama PLC yang berbentuk
seperti papan PCB yang berguna untuk meletakkan power supply (Catu Daya),
CPU, modul I/O [8].
2.2.3.3. Bahasa Pemrograman
Bahasa pemrograman yang digunakan dalam PLC Mitsubisi adalah Ladder
Diagram dan Mnemonic. Penulisan dengan Ladder Diagram bertujuan untuk
menampilkan urutan-urutan kerja dari sinyal-sinyal listrik. Melalui diagram ini
dapat diperlihatkan hubungan antar peralatan aktif atau tidak aktif (hidup atau mati)
sesuai dengan urutan yang ditentukan [8].
Ladder Diagram terdiri dari dua garis vertikal yang merepresentasikan rel-rel
daya, satu sisi merepresentasikan fasa dan satu sisi lainnya merepresentasikan
netral. Gambar 2.5. memperlihatkan simbol-simbol baku yang digunakan pada
Ladder Diagram [8].
-
Gambar 2.5. Simbol-simbol pada Ladder Diagram [8].
2.2.3.4. GX Depeloper
GX Developer merupakan perangkat lunak (Software) bawaan untuk PLC
Mitsubishi yang mendukung komunikasi antar PLC dengan PC [8].
Gambar 2.6. Tampilan Antarmuka GX Developer [8].
-
GX Depelover digunakan untuk membuat perintah-perintah kontrol dalam
bentuk Mnemonic ataupun Ladder Diagram yang nantinya akan dikirim ke PLC
[7]. GX Developer mempunyai simbol-simbol dasar [8], antara lain:
1. X digunakan untuk menunjukan simbol input PLC. Menggunakan
penomoran Oktal, misalnya; X00 - X0F, X10 - X1F.
2. Y digunakan untuk menunjukan simbol output PLC. Menggunakan
penomoran Oktal, misalnya; Y20 Y2F, Y30 Y3F.
3. T digunakan sebagai simbol timer PLC. Menggunakan penomoran desimal,
misalnya; T0, T1. Basis waktu yang digunakan adalah 100 msec.
4. C digunakan sebagai simbol counter PLC. Menggunakan penomoran
desimal, misalnya; C0, C1.
5. M dan S merupakan relay internal yang ada pada PLC. Menggunakan
penomoran desimal.
6. INC adalah perintah penambahan angka satu pada data register (D),
misalnya; INC D1 [15].
7. DEC adalah perintah pengurangan angka satu pada data register (D),
misalnya; DEC D1 [15].
8. P digunakan sebagai perintah PULSA (PLS) Perintah Pulsa akan membuat
Device ON, hanya satu kali scan pada saat input berubah dari OFF menjadi
ON [15].
10. MOV perintah mov (transfer data) digunakan untuk memindahkan data dari
satu data register ke data register lain, misalnya; mov D1 D2 [15].
11. BMOV adalah Block Transfer Instruction digunakan untuk memindahkan
data secara berurutan dan data yang sebelumnya masih tersimpan pada data
register yang lain sesuai dengan jumlah konstanta, misalnya; BMOV D1 D2
K3 [16].
12. D digunakan sebagai simbol data register [15].
13. K digunakan sebagai simbol konstanta [15].
14. Comparator digunakan sebagai pembanding, misalnya; = (sama dengan), >
(lebih dari), < (kurang dari), (tidak sama dengan), = (lebih dari sama dengan) [15].
-
2.2.4. Relai Pengendali Elektromekanis
Relai pengendali elektromekanis (an electromechanical relay = EMR)
merupakan saklar magnetis yang dapat menghubungkan rangkaian beban ON atau
OFF dengan pemberian energi elektromagnetis, yang membuka atau menutup
kontak pada rangkaian. Relai biasanya hanya mempunyai satu kumparan, tetapi
relai dapat mempunyai beberapa kontak. Relai elektromagnetis berisi kontak diam
dan kontak bergerak. Kontak yang bergerak dipasangkan pada Plunger. Kontak
pada relai disebut Normally Open (NO) dan Normally Close (NC). Apabila
kumparan diberi tenaga maka akan terjadi medan elektromagnetis. Aksi dari medan
menyebabkan Plunger bergerak pada kumparan menutup kontak NO dan membuka
kontak NC [5].
Kontak Normally Open akan membuka ketika tidak ada arus mengalir pada
kumparan, tetapi tertutup secepatnya setelah kumparan menghantarkan arus atau
diberi tenaga. Kontak Normally Close akan tertutup apabila kumparan tidak diberi
daya dan membuka ketika kumparan diberi daya [5].
Gambar 2.7. Relai elektromekanis ( an electromechanical relay = EMR) [5].
2.2.5. Proximity
Sensor proximity yaitu sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya
target (jenis logam) dengan tanpa adanya kontak fisik, sensor jenis ini biasanya
-
terdiri dari alat elektonis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindunginya
dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor ini
dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu
kecil/lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. Prinsip kerjanya adalah
dengan memperhatikan perubahan amplitudo suatu lingkungan medan frekuensi
tinggi [9].
Mengapa digunakan sensor proximity, ada beberapa hal atau kondisi
digunakannya sensor ini, antara lain [9]:
a. Objek yang dideteksi terlalu kecil
b. Respon cepat dan kecepatan switching diperlukan
Contoh: Dalam menghitung atau eject control application.
c. Objek yang dideteksi harus diindera atau check dengan adanya pembatasan non
metalik (Non Logam) seperti kaca, plastik dan karton kertas.
d. Lingkungan yang berbahaya, dimana lingkungan tersebut tidak diijinkan
adanya kontak mekanik.
2.2.5.1 Jenis sensor proximity
a. Sensor kedekatan induktif, jika objeknya adalah logam. Terdiri dari kumparan,
osilator, rangkaian detektor dan output elektronis. Kelemahannya sensor ini
tidak sensitif terhadap kelembaban, debu dsb. Induktif proximity sensor terdiri
dari empat elemen yaitu Sensor coil (Ferrite Core), Oscillator Circuit,
Detection Circuit dan Solid State Output Circuit [9].
b. Sensor kedekatan kapasitif. Objeknya dapat konduktif atau non konduktif.
Sensor ini dapat diaktifkan dengan bahan non konduktif seperti kayu, tepung,
gula, dsb [9].
c. Sensor Photoelectric, prinsip kerja sensor ini yaitu mengkonversikan sinyal
yang dibangkitkan oleh emisi cahaya menjadi sinyal listrik [9].
d. Sensor Ultrasonic, Gelombang ultrasonik adalah gelombang yang dipancarkan
dengan besar frekuensi diatas frekuensi gelombang suara [9].
-
2.2.5.2 Jarak Deteksi
Jarak diteksi adalah jarak dari posisi yang terbaca dan tidak terbaca sensor
untuk operasi kerjanya, ketika obyek benda digerakkan oleh metode tertentu [9].
Gambar 2.8. Jarak Deteksi Proximity [9].
Pengaturan jarak, mengatur jarak dari permukaan sensor memungkinkan
penggunaan sensor lebih stabil dalam operasi kerjanya, termasuk pengaruh suhu
dan tegangan. Posisi objek (standar) sensing transit ini adalah sekitar 70% sampai
80% dari jarak (nilai) normal sensing [9].
Gambar 2.9. Sensing Transit Proximity [9].
Nilai output dari Proximity Switch ada 3 macam, dan bisa diklasifikasikan
juga sebagai nilai NO (Normally Open) dan NC (Normally Close). Persis seperti
fungsi pada tombol, atau secara spesifik menyerupai fungsi limit switch dalam
-
suatu sistem kerja rangkaian yang membutuhkan suatu perangkat pembaca dalam
sistem kerja kontinyu mesin [9].
Gambar 2.10. Output dua kabel VDC [9].
Gambar 2.11. Output tiga dan empat kabel VDC [9].
Gambar 2.12. Output dua kabel VAC [9].
Dari gambar diatas kita dapat mengenali tipe sensor Proximity Switch ini,
yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Tipe inilah yang nanti bisa dikoneksikan dengan
berbagai macam peralatan kontrol semi digital yang membutuhkan nilai-nilai
logika sebagai input untuk proses kerjanya [9].
Tabel 2.1 Simbol Terminal [9].
Fungsi Warna Simbol
Positive Supply Voltage (+) Brown BN
Negative Supply Voltage (-) Blue BL
Switch Output Black BK
Antivalent Switch Output White WH
-
Pada prinsipnya fungsi Proximity Switch dalam suatu rangkaian pengendali
adalah sebagai kontrol untuk ON dan OFF suatu sistem interlock dengan bantuan
peralatan semi digital untuk sistem kerja berurutan dalam rangkaian kontrol [9].
2.2.6. Solenoid Valve
Solenoid valve adalah suatu perangkat otomasi yang digunakan untuk
membuka maupun aliran baik berupa cairan maupun gas, dalam sistem ini solenoid
valve digunakan sebagai kran keluaran oli dari tangki sentral menuju gearbox mesin
[11].
Gambar 2.13. Solenoid Valve [10].
Prinsip kerja solenoid valve tidak jauh berbeda dengan cara kerja sebuah
relay. Jika pada relay medan yang ditimbulkan dari aliran arus pada kumparan
digunakan untuk menarik lidah kontaktor, namun pada medan magnet yang
ditimbulkan untuk menggerakkan katup atau klep sehingga solenoid valve
berfungsi sebagai kran oli dalam kondisi terbuka [11].
Jadi pada saat kumparan dialiri arus listrik terjadi medan magnet di sekitar
solenoid dan diantara dua solenoid ini diberi inti yang dapat bergerak bebas ke atas
dan ke bawah, inti atau core terbuat dari bahan yang dapat ditarik oleh magnet
sehingga ketika terjadi medan magnet disekitar kumparan inti tersebut tertarik ke
-
atas. Inti yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah ini dihubungkan dengan katup
atau klep sehingga jika inti tertarik ke atas klep juga ikut tertarik ke atas yang berarti
solenoid valve dalam keadaan terbuka [11].
Sebaliknya, jika arus dalam kumparan dimatikan maka medan magnet di
sekitar kumparan juga akan hilang dan inti besi bergerak turun karena tertekan oleh
gaya pegas yang dipasang berlawanan dengan arah gaya medan magnet kumparan.
Gaya pegas ini mendorong klep tertutup dan menyumbat laju aliran, sehingga
solenoid valve akan tertutup [11].
Solenoid valve merupakan gabungan dari dua unit fungsional [11], yaitu:
a. Solenoid (elektromagnet) beserta inti dan Plunger.
b. Badan kran yang berisi lubang mulut pada tempat piringan dan stop kontak
untuk membuka dan menutup aliran cairan.
1. Valve body
2. Inlet port
3. Outlet port
4. Coil/Solenoid
5. Coil winding
6. Lead wires
7. Plunger or piston
8. Spring
9. Orifice
Gambar 2.14. Bagian-bagian Solenoid Valve [12].
2.2.7. Human Machine Interface (HMI)
Human Machine Interface (HMI) merupakan suatu sistem penghubung antara
manusia dengan mesin sehingga manusia dapat berkomunikasi dengan mesin.
Dalam HMI ditampilkan proses-proses yang sedang terjadi pada mesin melalui
-
simbol-simbol grafik. Pada sistem otomasi, HMI pada umumnya tersusun oleh
beberapa komputer. Ada dua jenis HMI berdasarkan kegunaannya [8], yaitu;
1. Stasiun Operasi (Operating Station), berupa konsul komputer yang
mempunyai fungsi pendukung pengoperasian.
2. Stasiun Perencanaan (Engineering Station), berupa komputer yang mendukung
fungsi (Engineering) sistem otomasi yang meliputi fungsi konfigurasi dan
pemrograman.
2.2.8. Sistem Hidrolik
Hidrolik adalah sebuah sistem untuk mentransfer dan mengontrol tenaga
dengan menggunakan media cairan. Sistem hidrolik memanfaatkan sifat fisik cairan
sehingga memungkinkan untuk merubah gaya yang relatif kecil menjadi gaya yang
sangat besar. Tipe-tipe pompa hidrolik, antara lain [13]:
1. Gear Pump. Pompa jenis gear ini adalah jenis pompa yang paling umum
digunakan. Memiliki karakteristik sebagai berikut :
- Tekanan yang dihasilkan sedang (moderate).
- Hanya memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) minimal.
- Tidak terlalu sensitif terhadap kontaminan.
Gambar 2.15. Gear Pump [13]
2. Vane Pump. Sistem hidrolik dengan pompa tipe ini memiliki karakteristik
sebagai berikut:
- Tekanan yang dihasilkan menengah sampai tinggi.
-
- Memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) yang maksimal.
- Sangat sensitif terhadap kontaminasi.
Gambar 2.16. Vane Pump [13]
3. Piston Pump. Sistem hidrolik dengan pompa tipe ini, memiliki desain yang
kompleks. Memiliki karakteristik sebagai berikut:
- Tekanan yang dihasilkan sangat tinggi.
- Memerlukan perlindungan terhadap aus (wear) sedang.
- Sangat sensitif terhadap kontaminasi.
Gambar 2.17. Piston Pump [13]
2.2.9. Motor Induksi 3 Fasa
Motor induksi 3 fasa adalah alat listrik yang mengubah energi listrik menjadi
energi mekanik. Motor induksi sering juga disebut motor tidak serempak atau motor
asinkron [14].
-
Gambar 2.18. Penampakan Motor Listrik Tiga Fasa [14]
Kontruksi motor induksi secara detail terdiri atas dua bagian stator dan bagian
rotor. Stator adalah bagian motor yang diam terdiri : badan motor, inti stator,
belitan stator, bearing dan terminal box. Bagian rotor adalah bagian motor yang
berputar terdiri atas rotor sangkar, poros rotor [14].
Motor induksi akan berputar pada kecepatan konstan saat dihubungkan pada
tegangan dan frekuensi yang konstan, kecepatannya sangat mendekati kecepatan
sinkronnya. Bila torsi beban bertambah, maka kecepatannya akan sedikit
mengalami penurunan, sehingga motor induksi sangat cocok digunakan untuk
menggerakkan sistem yang membutuhkan kecepatan konstan [14].
Penggunaan motor listrik di industri terkadang dikehendaki juga adanya
pengaturan kecepatan. Pengaturan kecepatan sebuah motor induksi memerlukan
biaya yang relatif mahal. Pengaturan kecepatan dapat dilakukan dengan beberapa
cara seperti dengan mengubah jumlah kutub, mengatur frekuensi yang ditunjukkan
pada persamaan (2.1) [14].
= 120
(2.1)
Ns : kecepatan sinkron medan stator (rpm)
f : frekuensi (Hz)
P : jumlah kutub
top related