prak tik um kontrol p roses i
TRANSCRIPT
Kontrol Proses I
I. Tujuan Percobaan :
1. Mengetahui pengertian dari kontrol proses
2. Mengetahui tentang aplikasi dari kontrol proses
3. Mengetahui komponen-komponen pada kontrol proses
II. Alat-alat :
1. Modul simulasi boiler
2. Motor induksi 1 fasa
3. Kontaktor
4. Relay
5. PLC
6. Software Syswin
7. Komputer
8. Kabel-kabel
III. Teori Dasar :
Kontrol proses merupakan salah satu aplikasi yang menggunakan sistem
kontrol. Pada umumnya kontrol proses lebih sering digunakan pada bidang
industri. Jenis-jenis proses yang dilakukan dalam industri pembuatan modern
dapat dikelompokkan menjadi tiga-bagian pokok, dalam istilah jenis operasi yang
terjadi, adalah:
1. Proses kontinyu
2. Produksi batch
3. Produksi individual
Proses kontinyu adalah proses di mana bahan dasar masuk dari satu ujung
sistem dan produk yang diselesaikan keluar dari ujung sistem yang lain; proses itu
sendiri berjalan terus-menerus. Proses berlangsung kontinyu selama periode
waktu yang relatif lama. Periode waktu dapat diukur dalam menit, hari atau
bahkan bulan, tergantung pada proses itu.
Pemrosesan tumpukan (batch) tidak ada aliran bahan produksi dari satu
bagian proses ke bagian yang lain. Malahan, seperangkat jumlah dari masing--
masing input pada proses diterima dalam tumpukan, dan kemudian beberapa
operasi dilakukan pada tumpukan untuk menghasilkan produk akhir atau produk
intermediate yang membutuh-kan proses berikutnya. Proses tersebut dilakukan,
produk yang selesai disimpan, dan tumpukan produksi yang lain dihasilkan. Tiap
batch produk kemungkinan berbeda. Salah satu contoh proses tumpukan (batch)
adalah ketika dua bahan ramuan ditambahkan bersama, dicampur, dipanaskan,
bahan ramuan ketiga ditambahkan, diproses dan kemudian disimpan.
Proses produksi produk individual adalah yang paling umum dari semua
sistem pemrosesan. Dengan proses pembuatan ini, sederetan operasi menghasil-
kan produk output yang bermanfaat. Item yang sedang diproduksi kemungkinan
perlu dibengkok-kan, dilubangi, dilas dan sebagainya, pada langkah yang berbeda
pada proses tersebut.
Mesin yang mula-mula dikontrol secara mekanis, kemudian dikontrol
secara elektro-mekanis dan sekarang sering dikontrol sepenuhnya dengan sarana
listrik atau elektronis melalui kontrol logika yang dapat diprogram (PLC) atau
komputer.
Sedangkan untuk konfigurasi kontrol yang mungkin meliputi kontrol
individual, kontrol terpusat, dan kontrol terdistribusi. Kontrol individual
digunakan untuk mengontrol mesin tunggal. Jenis kontrol ini umumnya tidak
memerlukan komunikasi dengan kontrol yang lain. Gambar dibawah ini
menunjukkan aplikasi kontrol individual untuk suatu industri yang membuat
aluminium, handrails aluminium untuk aplikasi indoor dan outdoor. Operator
memasukkan panjang masukan dan menghitung tumpukan melalui panel kontrol
interface operator dan kemudian menekan tombol start untuk memulai proses.
Panjang rel sangat bervariasi. Operator perlu memilih panjang rel dan nomor rel
untuk memotong.
Gambar Kontrol Individual
Kontrol terpusat digunakan apabila beberapa mesin atau pemroses
dikontrol oleh satu pengontrol pusat. Tata letak kontrol menggunakan sistem
kontrol besar tunggal untuk mengontrol banyak proses dan operasi
pemanufakturan yang beraneka ragam. Tiap langkah individual pada proses
pembuatan ditangani dengan pengontrol sistem kontrol pusat. Tidak ada per-
tukaran status pengontrol atau data-data yang dikirimkan ke pengontrol yang lain.
Beberapa proses memerlukan kontrol pusat karena kompleksnya pendesen-
tralisasian tugas kontrol menjadi tugas kontrol yang lebih kecil. Satu kelemahan
dari kontrol terpusat adalah bahwa jika kontrol utama gagal, maka seluruh proses
terhenti.
Gambar Kontrol Terpusat
Sistem kontrol-terpusat, khususnya bermanfaat pada pabrik pemroses
besar yang saling bergantung, di mana banyak pemroses yang beragam harus
dikontrol untuk penggunaan fasilitas dan bahan dasar yang efisien. Sistem ini juga
menyediakan titik sentral di mana tanda-bahaya dapat dimonitor dan proses dapat
diubah tanpa memerlukan perjalanan yang terus berlangsung di seluruh pabrik.
Sistem kontrol distributif (distributive control system = DCS) berbeda
dengan sistem-terpusat yang masing-masing mesin ditangani oleh sistem kontrol
yang ditetap-kan (dedicated). Masing-masing kontrol-dedicated seluruhnya
independen dan dapat dipindahkan dari skema kontrol keseluruhan jika tidak
melakukan fungsi pembuatan.
Kontrol distributif melibatkan dua komputer atau lebih yang
berkomunikasi satu sama lain untuk mencapai tugas kontrol yang lengkap. Jenis
kontrol ini memakai local area network (LAN) di mana beberapa komputer
mengontrol tingkatan atau proses yang berbeda-beda secara lokal dan secara
terus-menerus bertukar informasi dan pelaporan status proses. Komunikasi antar
komputer dilakukan melalui kabel koaksial tunggal atau optik fiber pada
kecepatan yang sangat tinggi.
Karena fleksibilitasnya, sistem kontrol distributif muncul sebagai sistem
pilihan untuk pemakaian yang luas dari persyaratan otomatisasi pemrosesan
tumpukan dan kontinu. Kontrol distributif mengijinkan distribusi tugas yang
memproses di antara beberapa elemen kontrol. Daripada hanya satu komputer di-
letakkan pada titik-kontrol pusat yang mengerjakan semua pemrosesan, masing - -
masing pengontrol loop setempat yang ditempatkan sangat dekat dengan titik
yang sedang dikontrol, telah mempunyai kemampuan pemrosesan. Operator
komputer jarak jauh yang mengawasi sistem dapat ditempatkan agak jauh dari
lingkungan industri pada kondisi bebas debu dan suhu yang terkontrol. Tiap PLC
mengontrol mesin atau pemroses asosiasinya. Tergantung proses, pada banyak
contoh, pada saat PLC gagal tidak akan menghentikan sistem secara keseluruhan.
Gambar Sistem Kontrol Distributif (DCS)
Komponen-komponen pendukung kontrol proses :
Sensor
a. Menyediakan input dari proses dan dari lingkungan eksternal
b. Mengubah informasi fisik misalnya suhu, tekanan, laju aliran dan posisi untuk
sinyal listrik
c. Terkait dengan variabel fisik pada cara yang diketahui sehingga sinyal
listriknya dapat digunakan untuk memonitor dan mengontrol proses.
Gambar Sensor
Gambar Limit Switch
Kontaktor Magnetis
Kontaktor magnetis adalah alat yang digerakkan secara magnetis untuk
penghubungan rangkaian daya listrik berulang-ulang. Di mana kontaktor tersebut
akan bekerja apabila pada kumparan diberi energi. Tidak seperti relay, kontaktor
dirancang untuk menyambung dan membuka rangkaian daya listrik tanpa
merusak. Beban-beban tersebut meliputi lampu, pemanas, transformator,
kapasitor, dan motor listrik, yang untuk itu pelindung beban lebih dipasang secara
terpisah atau tidak diperlukan.
Gambar Kontaktor
Kontaktor yang dioperasikan secara elektromagnetis adalah satu
mekanisme yang paling bermanfaat yang pernah dirancang untuk penutupan dan
pembukaan rangkaian listrik. Salah satu aplikasinya adalah Kontaktor digunakan
untuk saklar daya ON dan OFF pada pompa, panel distribusi serta juga kontaktor
digunakan pada alat pilot untuk mengontrol suhu dan level cairan dari tangki.
Aplikasi tersebut juga dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar Contoh Aplikasi Penggunaan Kontaktor
Keuntungan penggunaan kontaktor magnetis sebagai pengganti peralatan
kontrol yang dioperasikan secara manual meliputi hal berikut:
1. Pada pananganan arus besar atau tegangan tinggi, sulit untuk membangun alat
manual yang cocok. Lebih dari itu, alat seperti itu besar dan sulit
mengoperasikan-nya. Sebaliknya, akan relatif sederhana untuk membangun
kontaktor magnetis yang akan menangani arus yang besar atau tegangan tinggi,
dan alat manual harus mengontrol hanya kumparan dari kontaktor.
2. Kontaktor memungkinkan operasi majemuk dilaksanakan dari satu operator
(satu lokasi) dan diinterlocked untuk mencegah kesalahan dan bahaya operasi.
3. Pengoperasian yang harus diulang beberapa kali dalam satu jam, dapat di
gunakan kontaktor untuk menghemat usaha. Operator secara sederhana harus
menekan tombol dan kontaktor akan memulai urutan event yang betul secara
otomatis.
4. Kontaktor dapat dikontrol secara otomatis dengan alat pilot yang sangat peka.
Alat pilot ini menurut sifat dasarnya terbatas pada daya dan ukuran, dan akan
sulit membuat desainnya untuk menangani arus besar secara langsung.
5. Tegangan yang tinggi dapat diatasi dengan kontaktor dan menjauhkan
seluruhnya dari operator, sehingga meningkatkan keselamatan/keamanan
instalasi. Operator juga tidak akan berada di sekitar bunga api daya-tinggi yang
selalu menjadi sumber bahaya dari kecelakaan akibat kejutan listrik,
kebakaran, atau mungkin luka pada mata.
6. Dengan kontaktor peralatan kontrol dapat dipasangkan pada titik yang jauh.
Satu-satunya ruang yang diperlukan dekat mesin adalah ruangan untuk tombol
tekan. Hal ini memungkinkan mengontrol satu kontaktor dari banyak tombol-
tekan seperti yang dikehendaki, dengan hanya menjalankan sedikit kawat
lampu kontrol antara station.
7. Dengan kontaktor, kontrol otomatis dan semi otomatis mungkin dilakukan
dengan peralatan seperti kontrol logika yang dapat diprogram (programmable
logic controller = PLC).
Kemasan kontaktor yang dipakai untuk tempat-tempat yang berbahaya
sangat mahal, tetapi penting untuk beberapa pemakaian. Tutup atau kemasan yang
dipakai pada lokasi berbahaya, yang tahan ledakan melibatkan bahan yang
ditempa atau dicor dan segel khusus dengan toleransi yang tepat dan presisi.
Kemasan yang tahan ledakan dirancang supaya ledakan di dalam tidak akan
merusakkan kemasan. Jika ledakan intemal meng-hembus dan membuka ke-
masan, terjadi bahaya ledakan daerah umum dan api. Kemasan untuk lokasi yang
berbahaya diklasifikasikan menjadi dua katagori:
a. Uap gas (asetelin, hidrogen, bensin dan sebagainya)
b. Debu yang mudah terbakar (debu logam, debu arang, debu butir dan
sebagainya)
Untuk semua industri listrik dan elektronis, kemasan harus mengikuti
standar untuk memenuhi kebutuhan kondisi lokasi. Meskipun kemasan dirancang
untuk memberi perlindungan pada berbagai situasi, pengawatan intemal dan
konstruksi fisik dari alat tetap sama.
Relay
Relai pengendali elektromekanis (an electromechanical relay = EMR)
adalah saklar magnetis. Relai ini menghubungkan rangkaian beban ON atau OFF
dengan pemberian energi elektromagnetis, yang membuka atau menutup kontak
pada rangkaian. EMR mempunyai variasi aplikasi yang luas baik pada
rangkaian listrik maupun elektronis. Misalnya EMR dapat digunakan pada
kontrol dari kran-daya cairan dan di banyak kontrol urutan mesin, misalnya
operasi pemboran (tanah), pemboran (pelat), penggilingan dan pengerindaan.
Relai biasanya hanya mempunyai satu kumparan, tetapi relai dapat
mempunyai beberapa kontak. Jenis EMR diperlihatkan pada Gambar berikut ini.
Gambar Relay Elektromekanis
Relai elektromekanis berisi kontak diam dan kontak bergerak. Kontak
yang bergerak dipasangkan pada plunger. Kontak ditunjuk sebagai normally open
(NO) dan normally close (NC). Apabila kumparan diberi tenaga, terjadi medan
elektromagnetis. Aksi dari medan pada gilirannya menyebabkan plunger bergerak
pada kumparan menutup kontak NO dan membuka kontak NC. Jarak gerak
plunger biasanya pendek sekitar 1/4 in atau kurang.
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. Masing-masing kontak biasanya
digambarkan sebagai kontak yang tampak dengan kumparan tidak diberi daya.
Sebagian besar relai kontrol mesin mempunyai beberapa ketentuan untuk
pengubahan kontak normally open :nenjadi normally closed, atau sebaliknya. Itu
berkisar dari kontak sederhana "flip-over" untuk melepaskan kontak dan menem-
patkan kembali dengan perubahan lokasi pegas.
Aplikasi pokok relai yang lain adalah untuk mengontrol rangkaian beban
arus tinggi dengan rangkaian kontrol arus rendah. Hal ini memungkinkan karena
arus yang dapat ditangani oleh kontak dapat jauh lebih besar dibandingkan dengan
yang diperlukan untuk mengoperasikan kumparan. Kumparan relai mampu
dikontrol dengan sinyal arus rendah dari rangkaian terpadu dan transistor seperti
diperlihatkan pada Gambar berikut:
Gambar Penggunaan Relay Untuk Mengontrol Rangkaian Beban Arus Tinggi
Pada rangkaian tersebut, sinyal kontrol elektronis menghidupkan atau
memati-kan transistor yang pada gilirannya menyebabkan kumparan relai diberi
energi atau dihilangkan energinya. Arus pada rangkaian kontrol yang terdiri dari
transistor dan kumparan relai sangat kecil. Arus pada rangkaian daya, yang terdiri
dari kontak-kontak dan motor kecil, jauh lebih besar dalam perbandingan.
Pengaturan Kecepatan Motor Induksi Tiga Fasa
menggunakan Inverter Berbasis PLC
I. Tujuan
1. Mengenal standar IEC 61131-3 untuk PLC
2. Memahami pemrograman PLC Wago dengan CoDeSys yang berstandar
IEC 61131-3
3. Mengimplementasikan program tersebut pada pengontrolan arah gerak dan
kecepatan motor induksi menggunakan Variable Frequency Drive
II. Alat
1. PLC Wago dengan fieldbus controller 750-842, modul Digital Input 750-
402, Digital Output 750-504, Analog Input 750-455, dan Analog Output
750-555
2. Variable Frequency Drive Altivar 31
3. Motor Induksi Tiga Fasa
III. Dasar Teori
Dalam perkembangannya, berbagai bahasa pemrograman yang berbeda
telah digunakan untuk memprogram PLC. Untuk satu bahasa pemrograman saja
misalnya Ladder Diagram, tiap-tiap jenis PLC mempunyai aturan dan cara
pemrograman yang berbeda-beda. Padahal industri modern biasanya tidak hanya
menggunakan satu jenis PLC saja melainkan berbagai jenis PLC, sehingga hal ini
menjadi tidak efisien dari segi waktu dan biaya. Ditambah lagi, kurangnya
standardisasi mengakibatkan komunikasi PLC tidak baik bagi protokol-protokol
dan jaringan-jaringan yang tidak kompatibel. Karena itu, negara-negara industri di
dunia mendirikan International Electro-technical Commission (IEC) yang
bertugas untuk mengkaji perancangan lengkap dari sebuah PLC. IEC 61131-3
merupakan bagian ketiga dari IEC 61131 yang membahas mengenai standar
pemrograman PLC.
IEC 61131-3 mengakomodasi 5 bahasa pemrograman PLC berbeda, yaitu:
a. Ladder Diagram (LD)
Pemrograman PLC dengan menggunakan simbol-simbol relay
elektromekanis yang terdiri dari contact dan coil.
b. Function Block Diagram (FBD)
Penggunaan blok-blok fungsi standar maupun buatan pengguna sendiri
dalam memprogram PLC.
c. Sequential Function Chart (SFC)
SFC menggambarkan secara grafis aksi sekuensial dari sebuah kontrol
proses. SFC terdiri dari step yang terhubung dengan blok aksi dan transisi.
Masing-masing step merepresentasikan keadaan (state) tertentu dari
sebuah sistem yang dikendalikan. Sebuah transisi berkenaan dengan
sebuah kondisi, di mana jika benar akan menyebabkan step sebelumnya
tidak aktif dan step selanjutnya aktif. Step-step yang terhubung ke blok
aksi akan menjalankan aksi kontrol tertentu. Masing-masing elemen SFC
dapat diprogram dengan sembarang bahasa IEC, termasuk SFC itu sendiri.
Karena elemen SFC membutuhkan memori untuk menyimpan informasi
state maka SFC hanya dapat digunakan dalam POU jenis Program (PRG)
dan Function Block (FB).
d. Instruction List (IL)
PLC diprogram dengan serangkaian instruksi atau perintah dan tiap
instruksi harus dimulai pada baris baru.
e. Structured Text (ST)
Pemrograman PLC dengan menggunakan bahasa tingkat tinggi seperti
PASCAL.
Kelima bahasa pemrograman tersebut bisa digabung atau digunakan secara
bersamaan ataupun sendiri-sendiri tergantung proses yang akan dikendalikan.
Gambar Bahasa pemrograman IEC 61131-3
Alat pengubah frekuensi atau Variable frequency Drive (VFD) adalah
suatu sistem untuk mengontrol kecepatan putaran motor AC dengan mengontrol
frekuensi dari tegangan yang disuplai ke motor. Variable-frequency drives juga
dikenal sebagai adjustable-frequency drives (AFD), variable-speed drives (VSD),
AC drives, microdrives atau inverter drives. Karena tegangan bervariasi seiring
dengan frekuensi, alat ini juga disebut VVVF (variable voltage variable
frequency) drives.
Suatu sistem VFD memiliki sebuah motor AC yang umumnya adalah
motor induksi tiga fasa, sebuah pengatur frekuensi yang terdiri dari penyearah dan
inverter, serta sebuah antarmuka pengguna sebagai pengatur yang dapat berupa
PLC.
Gambar Sistem Variable Frequency Drive
Pengatur frekuensi merupakan peralatan konversi energi elektronik solid
state. Rangkaian ini mula-mula mengubah tegangan input AC menjadi tegangan
DC menggunakan penyearah jembatan. Tegangan DC tersebut kemudian diubah
menjadi tegangan AC sinusoidal menggunakan rangkaian switching inverter.
Gambar Diagram VFD PWM
Metode yang biasa digunakan untuk mengatur tegangan motor ialah pulse
width modulation (PWM). Dengan pengaturan tegangan PWM, inverter
digunakan untuk membagi gelombang output sinusoidal menjadi pulsa-pulsa
tegangan yang berurutan dan mengatur lebar pulsa-pulsa tersebut.
Gambar Gelombang tegangan output VFD PWM
Motor induksi atau dikenal juga sebagai motor asinkron merupakan jenis
motor arus bolak-balik yang paling banyak digunakan dalam industri karena
mempunyai konstruksi yang sederhana dan kuat serta murah pembuatannya.
Konstruksi motor induksi terdiri dari dua bagian utama yaitu stator dan rotor,
seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar Komponen dasar dari sebuah motor AC
Kerja motor induksi berdasarkan prinsip interaksi elektromagnet. Apabila
sumber tegangan tiga fasa dipasang pada kumparan medan (stator), akan timbul
medan putar dengan kecepatan :
,
di mana Ns = kecepatan medan putar stator atau kecepatan sinkron (rpm)
f = frekuensi (Hz)
p = jumlah kutub
Medan putar stator tersebut akan memotong batang konduktor pada rotor.
Akibatnya pada kumparan jangkar akan timbul tegangan induksi. Karena
kumparan jangkar merupakan rangkaian tertutup maka di dalam konduktor akan
mengalir arus listrik.
Adanya arus listrik di dalam medan magnet mengakibatkan kawat rotor
menerima gaya Lorentz yang yang arahnya ditentukan oleh ‘Aturan Tangan Kiri’,
sehingga timbul kopel pada sumbu rotor. Karena rotor bebas berputar maka rotor
akan berputar di bawah pengaruh kopel tersebut. Bila kopel mula yang dihasilkan
pada rotor cukup besar untuk memikul kopel beban, rotor akan berputar searah
dengan medan putar stator. Karena tegangan induksi timbul disebabkan
terpotongnya batang konduktor (rotor) oleh medan putar stator, maka agar
tegangan terinduksi diperlukan adanya perbedaan relatif antara kecepatan medan
putar stator (Ns) dengan kecepatan berputar rotor (Nr). Bila Ns = Nr, tegangan
tidak akan terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor,
dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor akan ditimbulkan apabila
Nr lebih kecil daripada Ns.
Untuk berbagai aplikasi dalam induksi, motor perlu digerakkan dalam dua
arah. Dengan demikian maka motor yang digunakan harus dapat dibalik
putarannya. Pada motor listrik tiga phasa, cukup dengan menukar salah satu
penghantar fasa dengan salah satu fasa yang lainnya (phasa R dengan phasa S,
phasa R dengan T, atau phasa S dengan T) maka putaran motor akan berubah.
IV. TUGAS
ROBOT LINE FOLLOWER
DASAR TEORI
Komponen-komponen Line Follower
Komponen-komponen pada rangkaian Line Follower terdiri dari :
A. Resistor
Penggunaan resistor dalam rangkaian berfungsi sebagai penghambatarus listrik,
memperkecil arus dan membagi arus listrik dalam suatu rangkaian. Satuan yang dipakai
untuk menentukan besar kecilnya nilai resistor adalah Ohm atau disingkat dengan Ω
(Omega).
Gambar 2.1. Simbol resistor
Gambar 2.2. Garis warna resistor
B. Transistor
Transistor adalah suatu bahan yang dapat merubah bahan yang tidak dapat
menghantarkan arus listrik menjadi bahan penghantar atau setengah menghantar arus
listrik. Sifat ini disebut bahan semikonduktor.
Gambar 2.3. Bentuk transistor
( PNP )
( NPN )
Gambar 2.4. Simbol transistor
Cara kerja transistor :
Untuk NPN, jika ada arus yang mengalir dari basis menuju emitor maka akan ada arus yang mengalir dari collector menuju emitor.
Untuk PNP, jika ada arus yang mengalir dari emitor menuju basis maka akan ada arus yang mengalir dari emitor menuju collector.
B = Ic / Ib, dimana Ic >> Ib
Dimana, B : besar penguatan
Ic : arus collector
Ib : arus basis
C. LED (Light Emiting Diode) dan LED Superbright
LED biasa berfungsi sebagai lampu indikator pada saat sensor bekerja, dan
bekerja pada bias forward. LED Superbright berfungsi sebagai pengirim cahaya ke garis
untuk dibaca sensor. Kerjanya ketika sumber tegangan masuk pada battery on, maka
arus masuk sehinnga Led superbrigth menyala dengan terang yang kemudian dibiaskan
pada photodioda.
Gambar 2.5 Simbol Led
Gambar 2.6 Led dan Superbright
D. Photo Dioda
Photo dioda berfungsi sebagai sensor cahaya. Cara pemasangannya dengan LED
indikator yaitu terbalik. Bekerja pada bias reverse.
Gambar 2.7. Simbol photo dioda
Gambar 2.8. Photo dioda
E. IC (Integrated Circuit)
Komponen IC memilki bentuk fisik kecil, terbuat dari bahan Silikon dan berwarna
hitam. Komponen IC memiliki banyak kaki dan pada umumnya jumlah kakinya sangat
tergantung dari banyaknya komponen yang membentuk komponen IC tersebut. Letak
kaki-kaki disusun dalam bentuk dua baris atau Dual In Line (DIL).IC yang digunakan
adalah IC LM 324. IC disini digunakan sebagai komparator. Yaitu membandingkan antara
tegangan input dari sensor dengan tegangan input dari variable resistor. Pulsa
outputnya adalah high sehingga tidak diperlikan adanya pull-up pada rangkaian output.
Gambar 2.9. IC
Gambar 2.10. Op-Amp dalam rangkaian IC
F. Motor Penggerak (Dinamo)
Motor adalah komponen yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik,
dalam kasus perancangan robot, umumnya digunakan motor DC, karena jenis motor
tersebut mudah untuk dikendalikan. Kecepatan yang dihasilkan oleh motor DC
berbanding lurus dengan potensial yang diberikan. Untuk membalik arah putarnya
cukup membalik polaritas yang diberikan.
Gambar 2.11. Motor
PEMBAHASAN
Rangkaian Line Follower
Dari beberapa komponen di atas, maka dapat dihasilkan sebuah rangkaian Robot
Line Follower. Rangkaian Robot Line Follower terdiri dari tiga bagian utama, yaitu
rangkaian sensor, rangkaian komparator (pembanding) dan rangkaian driver.
Gambar 3.1. Rangkaian Line Follower
Cara Kerja Line Follower
Cara kerja dari rangkaian-rangkaian tersebut adalah sebagai berikut :
A. Prinsip Kerja Sensor
Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai resistansinya akan
berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi riverse bias. Untuk sensor
cahayanya digunakan LED Superbright, komponen ini mempunyai cahaya yang sangat
terang, sehingga cukup untuk mensuplai cahaya ke photo dioda.
Gambar 3.2. Rangkaian sensor
Gambar 3.3. Sensor tidak terkena cahaya
Cara kerjanya :
Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan besar atau
dapat kita asumsikan tak hingga. Sehingga arus yang mengalir pada komparator sangat
kecil atau dapat diasumsikan dengan logika 0.
Gambar 3.4. Sensor terkena cahaya
Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat sebagai sumber
tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil, sehingga akan ada arus yang
mengalir ke komparator dan berlogika 1.
B. Prinsip Kerja Komparator
Komparator pada rangaian ini menggunakan IC LM 324 yang didalamnya berisi
rangkaian Op Amp digunakan untuk membandingkan input dari sensor. Dimana input
akan dibandingkan dari Op Amp IC LM 324 yang output berpulsa high. Sehingga tidak
perlu adanya pull up pada outputnya. IC ini dapat bekerja pad range 3 volt sampai 30
volt dan dapat bekerja dengan normal mulai tegangan 6 volt.
Dalam rangkaian ini juga terdapat 4 LED, yang berfungsi sebagai indikator. Untuk
mengatur tagangan pada pembanding, disambungkan Variable Resistor (VR) diantara
kedua OP Amp IC LM 324.
Gambar 3.5. Rangkaian komparator
Jika tidak ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka
tegangan masukan untuk rangkaian ini adalah 0 Volt, akibatnya pada IC 1 tegangan
di terminal (+) > (-), maka LED-A on, sedangkan pada IC 2 sebaliknya LED-B off.
Jika ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka tegangan
masukan untuk rangkaian ini mendekati Vcc, akibatnya pada IC 2 tegangan di
terminal (+) < (-), maka LED-B on, sedangkan pada IC 1 sebaliknya maka LED-A off.
Kondisi antara titik A dan b akan selalu keterbalikan.
C. Prinsip Kerja Driver Motor
Driver adalah rangkaian yang tersusun dari transistor yang digunakan untuk
menggerakkan motor DC. Dimana komponen utamanya adalah transistor yang dipasang
sesuai karakteristiknya.
Gambar 3.6. Rangkaian driver
Pada saat input A berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian,
akibatnya transistor 1 dan 4 on karena basis terbias, sehingga motor berputar. Sehingga
saat input A berlogika 1 maka input B akan berlogika 0, jadi transistor 2 dan 3 akan off.
Pada saat input B berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya
transistor 2 dan 3 on karena basis terbias, sehingga motor berputar tapi dengan arah
yang berlawanan.
Komponen Yang Dibutuhkan
Dalam pembuatan rangkaian Line
Follower ini dibutuhkan beberapa
komponen-komponen elektronika, yaitu
sebagai berikut :
Komponen Jumlah (buah)
1. IC LM 324
2. Resistor 33 KΩ
3. Resistor 10 KΩ
4. Resistor 560 Ω
5. Transistor (TR) 9013
6. Variable Resistor (VR)
7. LED Indikator
8. LED Superbright
9. Photodioda
10. Motor 3 Volt
11. PCB Metrik
12. Baterai
13. Saklar Togle
1
2
4
10
8
2
4
2
2
2
1
1
1
Line Tracer Robot adalah robot yang bergerak mengikuti panduan garis. Dalam hal ini
yang digunakan adalah garis putih dengan alas berwarna gelap. Prinsip kerja dari
robot ini adalah bahwa tiap-tiap warna permukaan mempunyai kemapuan
memantulkan cahaya yang berbeda. Warna putih mepunyai kemampuan
memantulkan cahaya lebih banyak. Sebaliknya warna-warna gelap mepunyai
kemampuan memantulkan cahaya lebih sedikit. Hal inilah yang digunakan untuk
mendeteksi garis.
Ini adalah salah satu Robot Line Tracking yang mengikuti LTRC2005 (Line Tracking Robot Contest 2005) yang diadakan di Politeknik Caltex Riau.
Jika sensor terletak di bawah garis putih maka cahaya dari IR akan diterima oleh
Photodioda semakin banyak cahaya yang diterima maka arus yang masuk ke inverting
Op-Amp akan semangkin kecil.
Sebaliknya jika sensor terletak di bawah garis hitam maka cahaya dari IR akan
diterima oleh Photodioda semakin sedikit maka arus yang masuk ke inverting Op-
Amp akan semangkin besar. Tegangan keluaran dari sensor ini dimasukkan ke Op-
Amp sebagai komparator agar diperoleh hasil yang sesuai dengan level tegangan
digital.
Keluaran dari sensor ini masuk ke rangkaian kontroller yang berupa dua gerbang
NAND yang salah satu masukan dari masing-masing gerbang berasal dari keluaran
gerbang lainnya. Keluaran dari rangkaian kontroller ini digunakan untuk mengaktifkan
motor melalui driver motor yang berupa transistor darlington D400 dan TIP41.Berikut
gambar rangkaian Robot Line Tracking.
Rangkaian sederhana :
Rangkaian lengkap :
V. PERTANYAAN
1. Sebutkan prosedur percobaan praktikum ini?
2. Tuliskan ladder diagramnya membalik arah putaran satu phasa dengan Syswin?
3. Bagaimana cara membalik putaran motor 1 phasa & 3 phasa?
4. Gambarkan perubahan menjadi 24 VDC dengan livewire?
5. Gambarkan Ladder diagram pada level air?
JAWAB
1. Prosedur Percobaan ini adalah:
Percobaan motor 1 fasa :
1. Persipkan semua alat yang dibutuhkan.
2. Hubungkan sumber arus AC ke rangkaian penyearah. Hubungkan juga sumber
AC ke Circuit Breaker (CB), CB dalam keadaan OFF, kemudian hubungkan kutub-
kutub pada motor dengan menggunakan kabel jumper. Untuk putar kanan (CW)
hubungkan Z1 dengan U1 dan Z2 dengan U2.
3. Hidupkan CB (dorong hingga posisi ON). Perhatikan arah putaran motor.
4. Kemudian ubah kabel kombinasi jumper menjadi Z1 dengan U2 dan Z2 dengan
U1. perhatikan arah putaran motor.
5. Matikan CB. Hubungkan kabel jumper ke kontaktor 1 dengan kombinasi kabel
jumper seperti pada poin 2 dan hubungkan ke kontaktor 2 dengan kombinasi
kabel jumper seperti pada poin 4. Hidupkan CB. Tekan kontaktor satu.
Perhatikan arah putaran motor. Tekan kontaktor 2 perhatikan arah putaran
motor.
6. Matikan CB
7. Hubungkan kontaktor 1 dengan tombol tekan 1 (PB 1) dan kontaktor 2 dengan
tombol tekan 2 (PB 2). Hubungkan juga PB OFF dengan kontaktor 1 dan 2.
8. Dengan menggunakan kabel jumper hubungkan juga kontaktor 1 dan 2 ke PLC
Omron. Kemudian kontaktor 1 dan 2 di pararel ke sumber tegangan. Hubungkan
juga sumber tegangan PLC ke sumber tegangan AC.
9. Hidupkan CB
10. Tekan PB1. perhatikan signal lampu pada PLC Omron dan arah putaran motor.
11. Tekan PB2. Perhatikan signal lampu pada PLC Omron dan arah putaran motor.
12. Tekan PB Off. Perhatikan arah putaran motor.
Percobaan level air:
Mula-mula kita set pada PLC bandul mana yang akan dijadikan
maksimum dan bandul mana yang akan dijadikan minimum.
Misalkan:
1. Set pompa air untuk maksimum 1 dan minimum 3, lihat apa yang terjadi.
2. Set pompa air untuk maksimum 2 dan minimum 3, lihat apa yang terjadi.
3. Set pompa air untuk untuk maksimum 2 dan minimum 2, lihat apa yang
terjadi.
Tekan tombol start setelah level maksimun dan minimum diset.
Tunggu sampai level air menjadi maksimum, kemudian perhatikan apa
yang terjadi.
Perhatikan sistem ketika mencapai level minimum.
2. ladder diagram:
Penjelasan:
Ladder diagram di atas mewakili tombol-tombol pada PLC simulator. 00000
merupakan kode input untuk lampu 1 (01000) untuk putar kanan, dan 00001 adalah
kode input untuk lampu 2 (01001) untuk putar kiri, sedangkan 00002 untuk tombol reset
(off). Ketika tombol 1 (00000) ditekan maka arus akan mengalir karena Normally Open
(NO) dan menghidupkan lampu 1 (01000). Lampu 1 merupakan indikator motor
berputar ke kanan. Address 01000 di holding sehingga ketika tombol 1 (00000) dilepas
lampu akan tetap hidup (motor tetap jalan). Disaat yang sama pada rangkaian lampu 2
(putar kiri) kode tombol 1 (00000) dibuat NC (Normally Close) sehingga ketika tombol 1
ditekan maka rangkaian untuk lampu 2 (01001) akan terbuka/terputus (off). Oleh
karenanya ketika lampu 1 hidup, tombol 2 (00001) tidak akan berfungsi. Hal yang sama
juga terjadi ketika tombol 2 (00001) ditekan. Sedangkan tombol 3 (00002) merupakan
reset atau tombol untuk mematikan/memutuskan arus baik pada rangkain lampu 1
(putar kanan) maupun pada rangkaian lampu 2 (putar kiri).
3. Cara membalik putaran motor 1 phasa mengubah kutub-kutubnya, yaitu kutub
positif menjadi negatif dan negatif menjadi positif. Adapun secara praktik yaitu
dengan mengubah (menukar) nilai tegangan yang diberikan. Misal untuk putar
kanan, kutub positif motor diberi tegangan positif dan kutub negatif diberi tegangan
negatif dari sumber, atau dalam praktik ini Z1 dengan U1 dan Z2 dengan
U2,sehingga untuk mengubahnya menjadi putar kiri cukup menukar kutubnya yaitu
kutub positif diberi tegangan negatif dan kutub negatif diberi tegangan positif (Z1
dengan U2 dan Z2 dengan U1).
Untuk motor 3 phase cukup menukar salah satu phasa-nya saja.
4. Rangkaian Penyearah 24V DC
5. Ladder diagram level air :
--------------------------------------------------------------------------------| Main 1 – Pompa_airMeri Wardana |--------------------------------------------------------------------------------
Sirkulasi air
00000| 000.02 -----------------|------| |---------|CNT || MIN |---------------|| 000.01 |000 ||------| |---------| || reset |---------------|| |001 ||- | || -----------------
00003| 000.03 -----------------|------| |---------|CNT || MAX |---------------|| 000.01 |001 ||------| |---------| || reset |---------------|| |001 ||- | || -----------------
00006| 000.04 -----------------|------| |---------|CNT || sensormin |---------------|| CNT003 |002 ||------| |---------| || |---------------|| |001 |
|- | || -----------------
| 000.05 -----------------|------| |---------|CNT || sensormax |---------------|| 000.04 |003 ||------| |---------| || sensormin |---------------|| |001 ||- | || -----------------
00012| 000.00 000.01 200.00|------| |--------------|/|--------------( )-|| start | reset memory| 200.00 ||------| |----------| memory
00016| 200.00 CNT000 CNT003 010.00|------| |--------------| |--------------|/|--------------( )-|| memory | pompa| 000.06 ||------| |--------------------------------------------| manual
00021| CNT001 CNT002 CNT003 010.01|------| |--------------|/|--------------| |--------------( )-|| valv
| -----------------|- END(01) || -----------------
6. ANALISA
Pada percobaan kali ini yakni percobaan kontrol proses satu dimana disini
praktikan melakukan dua percobaan yang pertama percobaan motor satu phasa dan
yang kedua adalah percobaan level air.
Pada percobaan yang pertama praktikan mencoba mengendalikan motor
dengan kontaktor magnetis dimana yang diperhatikan adalah kemana arah perputaran
motor disini terlihat jelas ketika U1 dengan Z1 dihubungkan dan U2 dengan Z2, maka
perputaran arah motor adalah searah jarum jam dan sebaliknya ketika U1 dihubungkan
dengan Z2 dan U2 dihubungkan dengan Z1 maka arah perputaran motor akan
berlawanan dengan arah jarum jam.Jadi yang dapat diambil disini adalah untuk merubah
arah putaran motor satu phasa maka cukup dengan membalikkan polaritasnya. Setelah
itu kami menggunakan PLC OMRON CPM2A yang telah diprogram untuk mengendalikan
motor satu phasa dengan menjadikan kontaktor magnetis menjadi otomatis.
Selanjutnya pada percobaan kedua yaitu percobaan level air, disini kita
mengamati bagaimana proses kerja pengisian air akuarium dengan pengendalinya
adalah PLC. Dan 3 bandul yang dipasang pada titik maksimum, normal dan minimum
berfungsi ketika bandul terapung diatas air maka switch dalam keadaan terbuka dan
waktu bandul tidak berada diatas air maka otomatis ini switch akan tertutup (closed).
Proses inilah yang menjadi acuan PLC untuk mengendalikan proses pengisian, dan ketika
push button NO ditekan maka PLC akan terenergize dan mengaktifkan relay untuk
menggerakkan motor.
Dari percobaan diatas dapat kita analisa bahwa untuk melakukan Kontrol suatu
proses maka yang paling dibutuhkan dalam suatu pengendalian proses adalah pertama
sinyal/informasi yang akan diolah oleh pengendali dan yang kedua adalah controller
missal :mikrokontroller,relay,PLC. Dua komponen inilah yang akan mengolah input
menjadi output yang kita inginkan.
7. KESIMPULAN
1. Untuk merubah arah putaran motor satu phasa maka cukup dengan
membalikkan polaritasnya
2. Kontaktor magnetis adalah alat yang digerakkan secara magnetis untuk
penghubungan rangkaian daya listrik berulang-ulang.
3. Maka yang paling dibutuhkan dalam suatu pengendalian proses adalah
pertama sinyal/informasi yang akan diolah oleh pengendali dan yang
kedua adalah controller misal :mikrokontroller,relay,PLC. Dua komponen
inilah yang akan mengolah input menjadi output yang kita inginkan.
DAFTAR PUSTAKA
http://web.ipb.ac.id/~tepfteta/elearning/media/Bahan%20Ajar%20Motor%20dan
%20Tenaga%20Pertanian/Motor%20Listrik.htm (diakses tanggal 27 Mei
2009;19:25)
http://www.bayupancoro.wordpress.com/2007/06/04/elektro-motor-problem-3-phase/
(diakses tanggal 27 Mei 2009)
http://www.energyefficiensyasia.com/motor-motor listrik (diakses tanggal 27 Mei 2009)
http://www.indoskripsi.com/Pengaturan Kecepatan Pada Motor DC Dengan Mengatur
Tegangan Menggunakan Sudut Penyalaaan SCR (diakses tanggal 27 Mei 2009)