Prak Tik Um Kontrol p Roses i

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)