landasan teori - polban
TRANSCRIPT
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Sistem yang dirancang untuk membangun suatu plan dengan pengontrolan otomatis saat
ini sudah banyak ditemui, terutama yang menggunakan PLC (Programable Logic Controller)
sebagai alat kontrol dan HMI (Human Machine Interface) sebagai media visual antara operator
dan plan. Saat ini sudah menjadi trend untuk memperbaharui suatu sistem konvensional ke
sesuatu yang lebih modern yang menawarkan kemudahan lewat otomatisasi. bahkan
pembaharuan ini menjadi hal yang sangat menarik bagi para peneliti khususnya dilingkungan
mahasiswa yang sedang mencari topik untuk penelitian tugas akhir. Sebenarnya prinsip yang
digunakan untuk mengembangkan suatu sistem otomatis yang berbasis PLC dan HMI pada
dasarnya tetaplah sama, yang membedakan dari beragam penelitian itu adalah merk alat,
software yang digunakan dan sistem yang diperbaharui.
Contoh penelitian yang sudah dilakukan adalah Pengembangan Modul Kontorl Crank
Pump Unit berbasis PLC Omron CP1E dan Human Machine Interface yang dibuat oleh
(Wisnu,2016). Pada penelitian ini mengembangkan modul under dan over voltage untuk Crank
Pump Unit, dengan menggunakan PLC sebagai alat kontrol dan HMI sebagai sistem
monitoring kinerja mesin, tampilan pertama HMI pada sistem ini mewajibkan operator untuk
log in sebagai sistem keamanan dari pengoperasian sistem, PLC yang dipakai adalah PLC
Omron CP1E yang diprogram menggunakan CX-Programer dan HMI yang digunakan adalah
HMI Weinview MT6070ih yang diprogram menggunakan Software Easy Builder. Pada
penelitian ini masih terdapat beberapa kekurangan, diantaranya adalah HMI yang tidak
dilengkapi dengan fungsi operation log dan event story. Juga dalam hal input PLC penelitian
ini tidak menggunakan input analog untuk memonitoring besaran yang bersifat statis seperti
arus, suhu, dan tekanan, namun disisi lain penelitian ini sudah dapat menjalankan fungsi PLC
dan HMI sebagai alat untuk kontrol dan monitoring kinerja suatu sistem.
Penelitian lain tentang pengembangan sistem menggunakan PLC dan HMI yaitu
Pengembangan Modul Praktikum Instalasi Listrik Tenaga Menggunakan HMI dan PLC Untuk
Monitoring dan Operasi yang dibuat oleh (Wildan,2016)[7]. Penelitian ini mengembangkan
modul praktikum Instalasi Listrik Tenaga, dengan menambahkan PLC dan HMI untuk
memonitor beberapa jenis pengasutan motor induksi, HMI yang digunakan yaitu Omron
NB10W-TW01B dengan menggunakan NB- Designer untuk membuat program HMI-nya.
Pada penelitian ini sudah jauh lebih baik daripada penelitian-penelitian sebelumnya yang sama
menggunakan HMI, diantaranya adalah HMI yang dibuat sudah bisa menampilkan fungsi
operation log, alarm, dan event story, pada penelitian ini juga menambahkan penyimpanan
data ke kesternal memory berupa USB, Namun pada penelitian ini input PLC masih berupa
input digital yang berasal dari pushbutton atau program dari HMI, jadi belum ada input analog
yang nantinya dapat di monitoring melalui HMI atau bahkan di kontrol untuk mendapatkan
output yang diinginkan.
Berdasarkan hal tersebut , pada penelitian ini akan dibuat modul kontrol dan monitoring
menggunakan PLC dan HMI untuk megoperasikan motor induksi 3 fasa yang menjasi
penggerak kompresor 190 psi. Penulis menggunakan PLC Siemens S7-1200 dan HMI Siemens
KTP 400 Basic Mono PN. Penggunaan PLC Siemens S7-1200 disini karena PLC ini
mempunyai 2 buah Input Analog yang berfungsi untuk menerima sinyal analog berupa
tegangan antara 0-10 V yang nantinya memberi sinyal pada input analog adalah sensor tekanan
Pressure Transmitter 200 psi yang akan membaca tekanan pada tabung kompresor dan sensor
suhu pada motor hasil pembacaannya akan diproses oleh PLC lalu ditampilkan oleh HMI,
selain digunakan untuk monitoring tekanan pada tabung kompresor, hasil input dari sessor
tekanan akan digunakan sebagai pembanding antara setting tekanan yang diinginkan dengan
tekanan yang dibaca oleh sensor, nantinya berfungsi sebagai alat kontrol untuk mematikan
motor penggerak kompressor.
2.2 Kompresor
Kompresor“adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Kompresor udara
biasanya mengisap udara dari atmosfir. Namun ada pula yang mengisap udara atau gas
bertekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir. Dalam hal ini kompresor bekerja sebagai penguat
(booster). Sebaliknya ada pula kompresor yang mengisap gas yang bertekanan lebih rendah
daripada tekanan atmosfir. Dalam hal ini kompressor disebut pompa vakum”[1].
Gambar II-1 Kompresor [19]
2.2.1 Azas Kerja
1. Azas Pemampatan Zat
Kompresor pada dasarnya bekerja memampatkan gas. ”Adapun gas yang bisa
dimapatkan bukan hanya gas saja melainkan juga zat padat. Benda padat yang dapat
dimapatkan dan dapat menyimpan energi, mudah dilihat dengan jelas pada pemampatan sebuah
pegas. Energi renggangan akan dapat diperoleh kembali jika pegas diberi kesempatan memuai
kekeadaan semula. Namun energi renggangan benda padat tidak mudah di salurkan ke tempat
lain yang memerlukan”[1].
Gambar II-2 Kompresi Fluida
2. Azas Kompresor
“Jika suatu zat di dalam sebuah ruangan tertutup diperkecil volumenya, maka gas akan
mengalami kompresi. Kompresor yang menggunakan azas ini disebut kompresor jenis
perpindahan (displacement). Secara prinsip, kompresor jenis ini dilukiskan seperti dalam
Gambar 2.1. Adapun pelaksanaannya dalam praktek memerlukan kontriksi seperti
diperlihatkan dalam Gambar 2.2. Disini digunakan torak yang bekerja bolak- balik didalam
sebuah silinder untuk menghisap, menekan, dan mengeluarkan gas secara berulang- ulang.
Dalam hal ini gas yang ditekan tidak boleh bocor melalui celah antara dinding yang saling
bergesek. Untuk itu digunakan cincin tolak sebagai perapat”[1].
(a) (b) Gambar II-3 (a). Pompa Ban Sepeda (b). Prinsip Kompresor Sama dengan Pompa ban Sepeda
2.2.2 Jenis Penggerak Kompresor
“Penggerak kompressor berfungsi untuk memutar torak atau piston sehingga piston
dapat memampatkan udara dan mengisi tabung kompresor yang sudah ada. Penggerak
kompressor yang sering digunakan biasanya berupa motor listrik dan motor bakar atau motor
bensin. Kompressor berdaya rendah menggunakan motor listrik dua fasa atau motor bensin.
Sedangkan kompressor berdaya besar memerlukan motor listrik 3 fasa atau mesin diesel.
Penggunaan mesin bensin atau diesel biasanya digunakan bila lokasi disekitar kompresor tidak
terdapat aliran listrik atau cenderung non stasioner. Kompresor yang digunakan di industry
kebanyakan digerakkan oleh motor listrik karena biasanya terdapat instalasi listrik dan
cenderung stasioner / tidak berpindah-pindah. Jenis penggera kompresor yang digunakan oleh
kompresor pada plan ini menggunakan penggerak motor induksi 3 fasa”.
2.3 Motor Induksi
“Motor induksi tiga fasa merupakan motor listrik arus bolak-balik (AC) yang paling
banyak digunakan dalam dunia industri. Motor Induksi mempunyai keunggulan disbanding
motor arus searah adalah konstruksi yang kompak, ukuran berat/daya lebih kecil, tidak
mengeluarkan percikan bunga api, tidak menggunakan sikat arang, konstruksi sederhana,
perawatan mudah, dan efisiensi. Selain mempunyai kelebihan, motor induksi juga mempunyai
kekurangan dalam hal torsi dan pengaturan kecepatannya. Kekurangan tersebut dapat teratasi
dengan menggunakan inverter dimana kecepatan motor induksi dapat diatur dalam jangkauan
yang sangat lebar. Kecepatan medan putar tergantung pada jumlah kutub stator dan frekuensi
sumber dayanya. Kecepatan ini disebut kecepatan sinkron, yang ditentukan dengan rumus”:
𝑁𝑠 =120.f
𝑝.............................................................................................(2.1)
Dimana Ns adalah kecepatan sinkron (rpm), f adalah frekuensi sumber daya (Hz), dan
P adalah jumlah kutub stator. [2]
“Motor induksi sangat banyak digunakan di dalam kehidupan sehari-hari baik di
industri maupun di rumah tangga. Motor induksi yang umum dipakai adalah motor induksi 3
fasa dan motor induksi 1 fasa. Motor induksi 3 fasa dioperasikan pada sistem tenaga 3 fasa dan
banyak digunakan di dalam berbagai bidang industry dengan kapasitas yang besar. Motor
induksi 1 fasa dioperasikan pada sistem tenaga 1 fasa dan banyak digunakan terutama untuk
peralatan rumah tangga seperti kipas angin, lemari es, pompa air, mesin cuci dan sebagainya
karena motor induksi 1 fasa mempunyai daya keluaran yang rendah”[12].
2.3.1 Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa
“Mesin-mesin listrik digunakan untuk mengubah suatu bentuk energi ke energi yang
lain, misalnya mesin yang mengubah energi mekanis ke energi listrik disebut generator, dan
sebaliknya energi listrik menjadi energi mekanis disebut motor. Masing-masing mesin
mempunyai bagian yang diam dan bagian yang bergerak. Secara umum motor induksi terdiri
dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang
diam. Diantara stator dan otor terdapat celah udara yang jaraknya sangat kecil yaitu antara 0,4
mm sampai 4 mm”[13].
Gambar II-4 Bagian-bagian Motor Induksi [13]
1. Stator
“Bagian dari mesin yang tidak berputar dan terletak pada bagian luar. Dibuat dari besi
bundar berlaminasi dan mempunyai alur-alur sebagai tempat meletakkan kumparan. Masing-
masing kumparan stator mempunyai beberapa buah kutub, jumlah kutub ini menentukan
kecepatan motor tersebut. Semakin banyak jumlah kutubnya maka putaran yang terjadi
semakin rendah” [13].
Gambar II-5 Konstruksi Stator Motor Induksi[13]
Stator merupakan bagian yang diam dan berfungsi sebagai:
a. Dudukan kumparan jangkar untuk motor-motor AC dan dudukan motormotor DC
b. Dudukan kedua kutub tutup (end plate) motor
c. Dudukan terminal yang menghubungkan jaringan kumparan stator kedua sumber tegangan
d. Dudukan sirip-sirip pendingin motor yang berfungsi pelepas energi panas yang timbul pada
motor.
2. Rotor
“Rotor adalah bagian dari mesin yang berputar dan letaknya pada bagian dalam. Pada
motor induksi terdapat dua tipe rotor yang berbeda yaitu rotor sangkar tupai dan rotor belitan.
Kedua tipe rotor ini menggunakan laminasi melingkar yang terikat erat pada poros. Penampang
rotor sangkar tupai memiliki konstruksi yang sederhana. Batang rotor dan cincin ujung sangkar
tupai yang kecil merupakan coran tembaga atau aluminium dalam satu lempeng”
“Pada inti rotor. Pada motor yang lebih besar, batang rotor dibenamkan dalam alur rotor
dan kemudian di las dengan kuat ke cincin ujung. Apabila dilihat tanpa inti rotor, maka batang
rotor ini kelihatan seperti kandang tupai.oleh karena itu motor induksi dengan rotor sangkar
tupai dinamakan motor induksi sangkar tupai”.[13]
“Pada ujung cincin penutup delekatkan kipas yang berfungsi sebagai pendingin. Rotor
jenis ini tidak terisolasi, karena batangan dialiri arus yang besar pada tegangan rendah. Motor
induksi dengan rotor sangkar tupai ditunjukkan pada Gambar II.6”[13].
Gambar II-6 (a) Tipikal Rotor Sangkar, (b) Motor Induksi Rotor Sangkar[13]
“Pada tipe rotor belitan, slot rotor menampung belitan terisolasi yang mirip dengan
belitan pada stator. Belitan rotor terdistribusi merata, biasanya terhubung bintang dan masing
– masing ujung fasa terbuka yang terhubung pada cincin slip yang terpasang pada rotor. Pada
motor rotor belitan, sikat karbon menekan cincin slip, oleh karena itu tahanan eksternal dapat
dihubungkan seri dengan belitan rotor untuk mengontrol torsi start dan kecepatan selama
pengasutan. Penambahan tahanan eksternal pada rangkaian rotor belitan menghasilkan torsi
yang lebih besar dengan arus pengasutan yang lebih kecil dibanding rotor sangkar [13].
Konstruksi motor induksi tiga fasa rotor belitan ditunjukkan pada” Gambar II.7.
Gambar II-7 (a) Tipikal Rotor Belitan, (b) Motor Induksi Rotor Belitan[13]
2.4 Programmable Logic Controller
“Definisi PLC menurut NEMA (National Electrical Manufacturer's Association) ICS3-
1978 Part ICS3-304, adalah: Peralatan elektronik yang bekerja secara digital yang
menggunakan memory yang bisa diprogram untuk menyimpan instruksi internal guna
menerapkan fungsi-fungsi khusus, seperti logic, sequencing, timing, counting, dan aritmatik,
untuk mengontrol modul-modul input/ output secara analog atau digital, berbagai jenis mesin
atau proses”.
“Definisi lain menyebutkan bahwa PLC adalah suatu alat yang dapat diprogram secara
logic dan berfungsi untuk mengontrol bermacam-macam mesin melalui unit input dan
output”[3].
PLC menawarkan kemudahan dari berbagai fasilitas yang dimiliki, karena sistem
pengontrolannya menggunakan program dapat dengan mudah diubah sesuai kebutuhan suatu
sistem, jadi dari suatu plan dapat diadaptasikan ke plan yang lain karenasifatnya yang fleksibel
2.4.1 Bagian bagian PLC
“Umumnya sebuah sistem PLC memiliki lima komponen dasar. Komponen-komponen
ini adalah unit prosesor, memori, unit catu daya, bagian antar muka input/output dan perangkat
pemrograman”[3].
1) Central Processor Unit (CPU)
*Adalah unit yang berisi mikroprosesor yang menginterpretasikan sinyal-sinyal input
dan melaksanakan tindakan-tindakan pengontrolan, sesuai dengan program yang tersimpan di
dalam memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya sebagai
sinyal-sinyal kontrol ke antar muka output*.
2) Memory
‘Adalah tempat dimana program yang digunakan untuk melaksanakan tindakan-
tindakan pengontrolan oleh mikroprosesor disimpan’.
3) Catu Daya (Power Supply)
‘Diperlukan untuk mengkorversikan tegangan AC sumber menjadi tegangan DC rendah
yang dibutuhkan oleh prosesor dan rangkaian-rangkaian di dalam modul-modul antarmuka
input dan output’.
4) Perangkat Pemrograman
‘Dipergunakan untuk memasukan program yang dibutuhkan kedalam memori. Program
tersebut dibuat dengan menggunakan perangkat ini, kemudian ke dalam unit memori PLC’.
5) Bagian input dan output
‘Adalah antarmuka dimana prosesor menerima informasi dari dan megkomunikasikan
informasi kontrol ke perangkat-perangkat eksternal”.
2.4.2 Prinsip Kerja PLC
‘Pada prinsipnya sebuah PLC melalui modul input bekerja menerima data-data berupa
sinyal ari peralatan input luar (external input device) dari sistem yang dikontrol. Peralatan
tersebut antara lain berupa sakelar, tombol, sensor. Data-data masukan yang masih berupa
sinyal analog akan diubah oleh modul input analog to digital input module (A/D) menjadi
sinyal digital. Selanjutnya oleh prosesor sentral (CPU) yang ada di dalam PLC sinyal diggital
itu diolah sesuai dengan program yang telah dibuat dan disimpan dai dalam memori.
Seterusnya CPU akan mengambil keputusan dan memberikan perintah melalui modul output
dalam bentuk sinytal digital. Kemudian oleh modul output digital to analog module (D/A) dari
sistem yang dikontrol seperti antara lain berupa kontaktor, relai, selenoid, heater, alarm dimana
nantinya dapat untuk mengoperasikan secara otomatis sistem proses kerja yang dikontrol
tersebut’[3].
Gambar II-8 Function Block Diagram Prinsip Kerja PLC
2.4.3 Bahasa Pemrograman PLC
Mengacu pada standar IEC 61131-3 bahasa pemrograman PLC ada 5 yaitu Ladder
Diagram, Function Block Diagram (FDB), Structured Text, Sequentian Function Chart, dan,
Instruction List. Bahasa pemrograman PLC yang paling sering digunakan yaitu Ladder
Daigram karena bahasa ini lebih mudah jika dibandingkan dengan bahasa pemrograman
lainnya.
1. Ladder Diagram
Bahasa pemrograman ini berbentuk seperti tangga berupa kontak dan koil yang disusun
sedemikian rupa sehingga kebutuhan suatu plan atau output-nya dapat tercapai dengan
penyusunan logika dari elemen-elemen tersebut
Gambar II-9 Contoh Diagram Ladder
2. Function Block Diagram (FBD)
Dalam bahasa pemrograman ini terdapat blok blok yang dapat mendeskripsikan fungsi
standar yang sudah ada maupun fungsi yang dibuat sendiri oleh pengguna dalam
mendefinisikan algoritma yang diinginkan untuk mencapai output tertentu.
Input
Device
Input
PLC
Output
PLC
CPU
PLC
Output
Device
Gambar II-10 Contoh Program FBD[14]
3. Stuctured Text
Bahasa pemrograman ini menggunakan bahasa tingkat tinggi (High Level Programing)
seperti PASCAL[5]. Biasanya digunakan untuk fungsi kontrol yang membutuhkan
algoritma khusus dan prosedur yang kompleks.
Gambar II-11 Contoh Structured Text [15]
4. Sequentian Function Chart
SFC ‘menggambarkan secara grafis garis sekuensial dari sebuah kontrol proses yang
kompleks SFC terdiri dari step yang terhubung dengan blok aksi dan transisi. Masing
masing step mempresentasikan keadaan (state) tertentu dari sebuah sistem
yang’dikendalikan[5].
Gambar II-12 Contoh bahasa Sequentian Function Chart [16]
2.4.4 PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C DC/DC/DC
PLC Siemens S7-1200 CPU 1211C merupakan salah satu produk PLC unggulan dari
Siemens. S7-1200 ini merupakan pembaharuan dari seri sebelumnya yaitu S7-200 dan S7-300
yang berbeda dari S7-1200 ini dengan seri-seri sebelumnya yaitu adanya input analog dan
koneksi Ethernet untuk antarmuka antara PLC dengan perangkat lain seperti PC dan HMI, S7-
1200 juga memiliki beberapa CPU yaitu CPU 1211C, CPU 1212C, dan CPU 1214C yang
menjadi dasar perbedaan CPU tersebut adalah jumlah I/O yang melekat pada Board, masing
masing memiliki 6/4, 8/6, 14/10 . Sedangkan DC/DC/DC berarti PLC ini memiliki Power
Supply berupa tegangan DC 24VDC , untuk Input Digital berupa tegangan DC dan untuk
Output berupa transistor yang dapat dibebani dengan 24 VDC.
Berikut adalah bagian-bagian dari PLC Siemens S7-1200 CPU 1212C yang ditunjukan
oleh Gambar II.13
Gambar II-13 Bagian-bagian PLC Siemens S7-1200 [6]
Keterangan :
1. Blok power connector
2. Slot memory card dibawah pintu penutup atas
3. Blok terminal wiring yang dapat dilepas (berada di bawah pintu penutup)
4. LED status I/O pada board
5. Ethernet Konektor (dibawah pintu penutup)
2.5 Human Machine Interface
“Human Machine Interface (HMI) adalah sistem yang menghubungkan antara manusia
dan teknologi mesin. HMI dapat berupa pengendali dan visualisasi status baik dengan manual
maupun melalui visualisasi komputer yang bersifat real time “[4]
2.5.1 Fungsi HMI
Fungsi HMI antara lain [4] :
1. Memberikan informasi plant yang up-to-date kepada operator melalui graphical user
interface
2. Menerjemahkan instruksi operator ke mesin
3. Memonitor keadaan yang ada di plant
4. Mengatur nilai pada parameter yang ada di plant
5. Mengambil tindakan yang sesuai dengan keadaan yang terjadi
6. Memunculkan tanda peringatan dengan menggunakan alarm jika terjadi sesuatu yang
tidak normal
7. Menampilkan pola data kejadian yang ada di plant baik secara real time maupun
historical (Trending history atau real time).
‘Sistem HMI biasanya bekerja secara online dan real time dengan membaca data yang
dikirimkan melalui I/O port yang digunakan oleh sistem controller-nya. Port yang biasanya
digunakan untuk controller dan akan dibaca oleh HMI antara lain adalah port com, port USB,
port RS232 dan ada pula yang menggunakan port serial’ [4].
2.5.2 HMI KTP400 Basic Mono PN
HMIKTP400 Basic Mono PN merupakan basic HMI terbaru yang dikeluarkan oleh
Siemens pada seri Basic Panel 2nd Generartion adalah seri entry level ideal untuk aplikasi
HMI sederhana. Keluarga perangkat ini menawarkan panel dengan layar lebar 4 ", 7", 9 "dan
12" display, serta operasi gabungan tombol dan sentuh. Layar lebar resolusi tinggi inovatif
dengan 64.000 warna juga cocok untuk pemasangan tegak, dan bisa juga diredupkan menjadi
100%. Antarmuka operator yang inovatif dengan peningkatan kegunaan terbuka sampai
beragam pilihan berkat kontrol baru dan grafik. Banyak fungsi perangkat lunak sebagai standar:
untukcontoh, sistem alarm, manajemen resep, fungsionalitas tren dan pengalihan bahasa. Oleh
karena itu, pengguna mendapat keuntungan dari keuntungan visualisasi, seperti peningkatan
proses kualitas, bahkan dengan aplikasi sederhana[8].
Gambar II-14 HMI KTP400 Basic Mono PN
Keterangan:
1. Relung untuk pemasangan klem 6. Koneksi untuk tanah fungsional
2. Layar / layar sentuh 7. antarmuka PROFINET
3. Pemasangan segel 8. Konektor catu daya
4. Panduan untuk pelabelan strip 9. Plat penilaian
5. Tombol fungsi 10. Nama antarmuka
2.6 Software Pemrograman PLC dan HMI Menggunakan TIA Portal v11
TIA Portal v11 adalah software untuk membuat program PLC dan HMI dari Siemens ,
TIA Portal v11 ini adalah bagian dari STEP 7. TIA portal ini berfungsi untuk membuat,
mencoba, menguji, dan memonitor program dari bahasa pemrograman Ladder dan FDB yang
dimiliki oleh PLC Siemens . Software ini juga dapat membuat tampilan untuk HMI Siemens,
jadi dalam satu aplikasi kita dapat membuat program PLC dan membuat tampilan dan program
untuk HMI, berbeda dengan perangkat PLC dan HMI lain yang menggunakan software
terpisah.
TIA Portal v11 menyajikan tampilan yang user-friendly untuk mengembangkan,
mengedit, dan memonitor logika yang dibutuhkan untuk
mengontrol plan kita, dapat juga untuk mengelola dan mengkonfigurasi semua perangkat
dalam plan, seperti HMI dan lainnya. STEP 7 menyediakan bahasa pemrograman standar untuk
kenyamanan dan efisiensi dalam mengembangkan program kontrol untuk plan yang telah kita
buat[6].
● LAD (ladder logic) adalah bahasa pemrograman grafis. Representasi didasarkan pada
diagram sirkuit.[6]
● FBD (Function Block Diagram) adalah bahasa pemrograman yang didasarkan pada
grafik dan simbol logika yang digunakan dalam aljabar Boolean[6]
Kerika kita membuat diagram block kita dapat memilih bahasa pemrograman mana
yang akan kita gunakan, semua program dari diagram block tersebut dapat diterapkan pada
semua bahasa pemrograman yang ada[6].
Untuk dapat menjalankan STEP 7 dengan optimal, berikut ini adalah Tabel II.1
menunjukan spesifikasi komputer untuk menjalankan program STEP 7:
Tabel II-1 System Requirement STEP 7 v11 [6]
Bagian-bagian utama dari program STEP 7 yang ditunjukan oleh Gambar II.15:
Gambar II-15 Bagian-bagian Utama Pada STEP 7
Keterangan:
1. Toolbar dan Menu
2. Project Navigator
3. Area Kerja
4. Task Card
5. Jendela Inspector
6. Untuk pindah ke Portal View
7. .Editor Bar
Langkah pertama untuk membuat program pada STEP 7 adalah dengan mngklik icon
STEP 7 pada desktop atau pada Star Menu. Setelah diklik akan muncul tampilan seperti pada
Gambar II.16
Gambar II-16 Tampilan Awal TIA Portal v11
Setelah itu adalah pad tab Create new project kita harus mengisi nama project, alamat
project disimpan, nama pembuat, dan keteranga. Setelah semua diisi lalu klik Create. Lalu
akan ada pop up keterangan project sedang dibuat dan kita harsu menunggu beberapa saat.
Gambar II-17 Tampilan Pembuatan Project Baru dan Pop UP Config Project
Setelah kita berada pada tampilan baru selanjutnya kita harus mmilih Device & Network
pada tab disamping kiri lalu pilih Add new device=> pilih gambar PLC= > pilih type CPU PLC
yang kita gunakan, disini penulis menggunakan CPU 1211C AC/DC/Rly dengan Order No.
6ES7 211-1BD30-0XB0, lalu klik tombol Add yang berada dibawah atau double klik pada
pilihan order number .
Gambar
II-18
Tampilan
Ketika
Memilih
CPU PLC
Setelah menentukan jenis CPU dari PLC yang kita pakai selanjutnya kita akan
diantarkan pada halaman Project TIA Portal v11. untuk mulai membuat program ladder baru
seperti pada Gambar II.19
Gambar II-19 Tampilan Project View TIA Portal V11
Priject View digunakan untuk membuat beragam perlengapan project seperti
pembuatan program PLC, pengaturan tag input dan output, membuat program dan tampilan
untuk HMI, melakukan simulasi program sebelum program dimasukan ke PLC. Untuk mulai
1 2
4
3
membuat program ladder kita harus klik Program Block => Main OB 1 pada kolom Project
Navigator maka kita akan pindah ke halaman pembuatan program ladder seperti pada Gambar
II.20.
Gambar II-20 Halaman Pembuatan Program Ladder
2.7 Peralatan Kontrol Pengasutan Motor
Karena kompresor 190 PSI ini digerakan oleh motor induksi 3 fasa maka berikut ini
adalah beberapa peralatan atau komponen yang digunakan dalam pengasutan motor induksi .
2.7.1 Penghantar
“Penghantar yang digunakan untuk pengasutan star-delta motor induksi 3 fasa 10 HP
sebagai penggerak motor ini adalah penghantar yang dilindungi dengan isolasi atau disebut
dengan kabel, penghantar ini banyak bermunculan jenisnya. Untuk mempermudah identifikasi
dari jenis kabel yang ada, maka diadakan penandaan dari huruf maupun angka. Kode pengenal
kabel yang sering digunakan dijelaskan pada Tabel II.2”.
“Berdasarkan standarisasi PUIL 2011 SNI 0255:2011/Amd 1:2013 yang tertera dalam
lampiran L MOD pada halaman 149-152 yang berjudul Nomenklatur Kabel bahwa notasi huruf
adalah sebagai berikut”:
Tabel II-2 Nomenklatur Kabel
Kode Pengenal Penjelasan
N Kabel standard dengan penghantar inti Tembaga
NA Kabel standart konduktor alumunium
Y Isolasi PVC
G Isolasi Karet
HALAMAN
PEMBUATAN
PROGRAM LADDER
INTUKSI DASAR, INTRUKSI KHUSUS
DAN KEAHLIAN PADA TEKNOLOGI LAIN
DALAM PLC YANG BISA DITERAPKAN
A Kawat Berisolasi
Y Selubung PVC (polyvinyl chloride) untuk kabel luar
M Selubung PVC untuk kabel luar
F Penghantar halus dipintal bulat
R Kawar baja bulat (perisai)
Gb Kawat pipa baja (perisai)
B Pipa Baja
F Perisai kawat baja pipih
A. Jenis Penghantar
1. Penghantar NYA
Kabel NYA berinti tunggal, berlapis bahan isolasi PVC, untuk instalasi luar atau kabel
udara. Kode warna isolasi ada warna merah, kuning, biru dan hitam sesuai dengan peraturan
PUIL. Lapisan isolasi yang hanya satu lapis menyebabkan isoalsi mudah cacat, juga tidak tahan
dengan air, karena kabel ini adalah tipe kabel udara sehingga jika akan menggunakannya di
indtalasi rumah penggunaan kabel ini dipasang dalam pipa PVC agar tidak mudah jika digigit
oleh tikus, dan apabila ada isolasi yang terbuka atau terkelupas tidak tersentuh langsung oleh
orang. Kabel NYA memiliki karakteristik sebagai berikut:
Tegangan minimal : 400/690 (600) V
Jumlah Inti : 1
Luas Penampang : 0.5 – 400 mm2
Penggunaan : didalam pipa, diatas plesteran
2. Penghantar NYAF
Kabel NYAF merupakan jenis kabel flexibel dengan penghantar tembaga serabur
berisolasi PVC. Digunakan untuk instalasi Panel yang memerlukan flesksibilitas yang tinggi.
Digunakan pada lingkungan yang kering dan tidak dalam kondisi yang lembab/basah atau
terkena pengaruh cuaca secara langsung. Karakteristik dari kabel NYAF adalah:
Tegangan nominal : 400/690 (600) V
Inti : Serabut
Luas Penampang : 0.5 – 400 mm2
Penggunaan : di dalam panel, dalam pipa
3. Penghanta NYY
Kabel ini dirancang untuk instalasi tetap di dalam tanah dimana kabel harus tetap
diberikan perlindungan khususu. Kabel protodur tanpa sarung logam. Instalasi bisa
ditempatkan di dalam dan di luar ruangan, dalam kondisi lembab ataupun kering, memiliki
lapisan isolasi PVC (biasanya warna hitam), ada yang berinti 2, 3, 4 atau 5. Memiliki lapisan
isolasi yang llebih kuat dari kabel NYM. Karakteristik penghantar NYY adalah sebagai berikut
:
Tegangan nominal : 230/400 (300) V
Jumlah Inti : 1-5
Luas Penampang : 1.5 – 35 mm2 , bila berinti tunggal hanya sampai 16
mm2
Penggunaan : Kabel bawah tanah yang dilindungi oleh pipa
B. Kemampuan Hantar Arus
“Kemampuan hantar arus (KHA) suatu kabel dapat dinyatakan sebagai kemampuan
maksimum kabel untuk dilalui arus secara terus-menerus tanpa menyebabkan kerusakan pada
kabel tersebut”.
“Menurut PUIL 2011 pasal 510.5.3.1 menjelaskan bahwa konduktor sirkit akhir yang
menyuplai motor tunggal tidak boleh mempunyai KHA kurang dari 125 % arus pengenal beban
penuh. Disamping itu, untuk jarak jauh perlu digunakan konduktor yang cukup ukurannya
sehingga tidak terjadi drop voltase yang berlebihan. Konduktor sirkit akhir untuk motor dengan
berbagai daur kerja dapat menyimpang dari persyaratan diatas asalkan jenis dan penampang
serta pemasangannya disesuaikan dengan daur kerja tersebut. Sehingga untuk menentukan
besarnya KHA dapat menggunakan Persada”:
KHA = 125 % x IN .............................................................................(2.2)
“Jika KHA telah diketahui, maka untuk menentukan luas penampang dipilih kabel yang
memiliki nilai yang di atasnya (pada tabel). Untuk Kabel daya diperhatikan juga rating MCB
yang dipilih. Jika nilai KHA masih dibawah rating MCB, maka ditetapkan rating MCB sebagai
nilai KHA minimal yang digunakan. Dengan tujuan apabila terjadi gangguan, kabel masih
dapat menghantarkan arus sebelum MCB memutuskan rangkaian”.
2.7.2 Pushbutton
“Komponen yang berfungsi untuk menyalurkan listrik, dapat pula disebut dengan saklar
tanpa pengunci. Disebut demikian karena jika tekanan dilepaskan maka kontak akan kembali
ke posisi semula atau bekerja menyambung dan memutuskan arus listrik hanya sesaat. Jenis
saklar ini ada NO dan NC. Simbol saklar tekan (push button) sebagai berikut”: [7]
Gambar II-21 (a) Tombol Tekan (Push Botton) (b) Simbol NO dan NC [7]
Dalam pemasangan push button terdapat identifikasi warna yang
membedakan fungsi masing-masing. Identifikasi warna pada push button menurut IEC
60204-1 dapat dibedakan sesuai penjelasan pada tabel II.6
Tabel II-3 Standarisasi Warna Push Button Menurut IEC 60204-1
Warna Makna Warna Aplikasi
Merah Kondisi Bahaya Tombol bahaya (Dibolekan untuk tombol stop)
Kuning Kondisi Tidak Normal Tombol untuk kondisi tidak normal yang dioperasikan operator
Biru Membutuhkan
Penanganan Tombol reset
Hijau Kondisi Normal
1. Menunjukkan kondisi normal
(Dibolehkan untuk tombol start) 2. Tombol start
Putih 1.
2.
Tombol start (diutamakan)
Tombol stop
Abu-abu 1. Tombol start
2. Tombol stop
Hitam 1. Tombol stop (diutamakan)
2. Tombol start
2.7.3 Limit Switch
Limit switch merupakan jenis saklar yang dilengkapi dengan katup yang
berfungsi menggantikan tombol. Limit switch termasuk dalam kategori sensor mekanis
yaitu sensor yang akan memberikan perubahan elektrik saat terjadi perubahan mekanik
pada sensor tersebut. Penerapan dari limit switch adalah sebagai sensor posisi suatu
benda (objek) yang bergerak[7].
Gambar II-22 (a) Limit Switch (b) Konstruksi Limit Switch [7]
“Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan tombolnya pada batas/daerah
yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian
dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO (Normally Open) dan kontak
NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan. Konstruksi
dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar di atas”[7].
Limit switch biasa digunakan pada aplikasi seperti:
1. Pintu gerbang otomatis, dimana limit switch berguna untuk mematikan motor listrik
sebelum pintu gerbang itu menabrak pagar pembatas saat membuka atau menutup.
2. Pada pintu panel listrik sebagai saklar otomatis apabila pintu panel dibuka maka lampu
akan nyala untuk penerangan (seperti pada kulkas).
3. Pada tutup/cover mesin sebagai safety apabila cover dibuka maka mesin akan mati.
4. Pada sistem transfer seperti pada trolly dan conveyor sebagai pembatas maju dan
mundurnya (forward/reverse).
2.7.4 Lampu Indikator (Pilot Lamp)
Lampu indikator adalah suatu komponen sistem kendali yang digunakan untuk
memberikan penandaan visual terhadap kondisi operasi sistem. Lampu indikator tersebut
( a ) (b)
memiliki warna cahaya atau cover lampu yang bermacam-macam dan setiap warna mempunyai
fungsi dan arti yang berbeda[7].
Gambar II-23 Lampu Indikator (Piolt Lamp)[7]
Berikut ini merupakan standarisasi warna lampu indikator yang digunakan menurut IEC
6024-1.
Tabel II-4 Standarisasi Warna Lampu Indikator Menurut IEC 6024-1
Warna Makna Warna Aplikasi
Merah Kondisi Bahaya Menandakan kondisi bahaya dan membutuhkan penanganan secepatnya oleh operator
Kuning Kondisi Tidak
Normal
Monitoring dan atau membutuhkan penanganan dari operator
Biru Mesin Siap
Untuk Bekerja Mesin dalam kondisi siap dioperasikan
Tabel II-5 Standarisasi Warna Lampu Indikator Menurut IEC 6024-1 (Lajutan)
Warna Makna Warna Aplikasi
Hijau Kondisi Normal
Saklar utama dalam kondisi ON, pemilihan
kecepatan dan arah putar mesin, peralatan utama
ataupun tambahan yang dalam kondisi
ON, mesin bekerja
Putih Fungsi lain yang dapat dijelaskan melalui warna diatas
2.7.5 Kontaktor
“Kontaktor merupakan saklar yang bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik. Suatu
kontaktor dapat bekerja dengan normal dan dapat mengunci jika tegangan yang masuk ke
kontaktor mencapai 85-110% dari tegangan normalnya. Jika tegangannya kurang dari 85-110%
dari tegangan normalnya maka kontaktor akan bergetar dan tidak akan mengunci. Ukuran dari
kontraktor ditentukan oleh batas kemampuan tegangan dan hantaran arusnya. Berikut adalah
simbol dan penomoran kontraktor”[7]:
(a) (b)
Gambar II-24 (a) Gambar Kontaktor (b) Simbol Kontraktor
Keterangan:
A1 – A2 = Terminal koil kontraktor
1, 3, 5 = Terminal kontak utama (input)
2, 4, 6 = Terminal kontak utama (output)
13 – 14 = Terminal kontak bantu NO
21 – 22 = Terminal kontak bantu NC
“Kontak utama adalah kontak yang menghubungkan atau memutuskan arus listrik dari
sumber ke beban. Kontak bantu merupakan kontak-kontak yang berfungsi untuk rangkaian
kontrol yang terdiri dari NO (Normally Open) biasanya ditandai dengan nomor yang akhiran 3
dan 4 sedangkan NC (Normally Close) biasanya ditandai dengan nomor yang akhiran 1 dan 2.
Untuk pemilihan jenis kontaktor harus memperhatikan tegangan kerja, besarnya daya, KHA,
jumlah kontak bantu yang dimiliki, dan kategori penggunaannya”.[7]
Pemilihan kontaktor yang didasarkan pada standar kategori pemakaian yang ditetapkan
oleh standar IEC 6094-7 didefinisikan sebgagai harga arus kontaktor saat penutupan atau
pembukaan kontak yang tergantung pada:
a. Kategori pemakaian ACI : Pemakaian untuk non-induktif atau sedikit
induktif
b. Kategori pemakaian AC2 : Pemakaian untuk starting motor slipring
(starting, switching off)
c. Kategori pemakaian AC3 : Untuk pemakaian pada starting motor rotor sangkar (starting,
switching off)
d. Kategori pemakaian AC4 : Pemakaian utnuk jenis motor rotor sangkar
(starting, plugging atau berbalik arah putaran, inching)
2.7.6 Time Delay Relay (TDR)
“Time Delay Relay (TDR) adalah suatu piranti yang menggunakan elektromagnet untuk
mengoperasikan seperangkat kontak saklar. TDR ini sering juga disebut juga relay timer atau
relay penunda batas waktu. TDR ini biasa dikombinasikan dengan kontaktor dan TOLR dalam
suatu sistem kontrol dan banyak digunakan dalam instalasi motor terutama instalasi yang
membutuhkan pengaturan waktu secara otomatis”.[7]
“Fungsi dari TDR adalah sebagai pengatur waktu bagi peralatan yang dikendalikan.
Pemakaian timer untuk mengatur waktu berkerja dan tidaknya magnetik kontrol kontaktor.
Misalnya untuk mengatur waktu motor listrik putar kiri kanan, mengubah hubungan bintang
segitiga dan mengatur waktu berkerjanya motor listrik secara bergantian dalam waktu tertentu
dan lainnya. TDR ini terbagi menjadi dua jenis yaitu” [7]:
1. On Delay adalah suatu timer yang dihubungkan secara langsung ke kontaktor yang akan
berfungsi jika kontaktor bekerja (ON) maka timer juga bekerja (ON).
2. Off Delay adalah suatu timer yang dihubungkan secara langsung ke kontaktor yang akan
berfungsi jika kontaktor bekerja (ON) maka timer tidak bekerja (OFF).
(a) (b)
Gambar II-25 (a) On Delay (b) Symbol On Delay [7] [7]
2.7.7 Relay
“Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi medan
elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh arus listrik, maka di sekitar penghantar
tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik tersebut
selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis yaitu logam yang mudah terinduksi medan
elektromagnetis. Ketika ada induksi magnet dari lilitan yang membelit logam, logam tersebut
menjadi "magnet buatan" yang sifatnya sementara. Cara ini kerap digunakan untuk membuat
magnet non permanen. Sifat kemagnetan pada logam ferromagnetis akan tetap ada selama pada
kumparan yang melilitinya teraliri arus listrik. Sebaliknya, sifat kemagnetannya akan hilang
jika suplai arus listrik ke lilitan diputuskan”. [18]
Relay terdiri dari 3 bagian utama, yaitu: [18]
1. Common, merupakan bagian yang tersambung dengan Normally Close (dalam
keadaan normal).
2. Koil (kumparan), merupakan komponen utama relay yang digunakan untuk
menciptakan medan magnet.
3. Kontak, yang terdiri dari Normally Close (kondisi awal sebelum diaktifkan akan
selalu berada di posisi tertutup)dan Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan akan
selalu berada di posisi terbuka).
Selain itu, seperti saklar, relay juga dibedakan berdasar pole dan throw yang
dimilikinya. Pole adalah banyaknya kontak yang dimiliki oleh relay. Sedangkan throw adalah
banyaknya kondisi (state) yang mungkin dimiliki kontak.
Penggolongan relay berdasar jumlah pole dan throw yaitu : [18]
1. SPST (Single Pole Single Throw)
Relay ini memiliki empat terminal yaitu, dua terminal kumparan atau koil dan dua
terminal saklar yang dapat terhubung dan terputus.
2. SPDT (Single Pole Double Pole)
“Relay ini memiliki lima terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil dan tiga
terminal saklar yang dapat terhubung dan terputus dengan satu terminal pusat. Jika suatu saat
terminal (misal A) terputus dengan terminal pusat (C) maka terminal lain (B) terhubung dengan
terminal pusat tersebut (C), demikian juga sebaliknya”.
3. DPST (Double Pole Single Throw)
Relay ini mempunyai enam terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil dan empat
terminal, merupakan dua pasang saklar yang dapat terhubung dan terputus.
4. DPDT (Double pole Double Throw)
Relay ini mempunyai delapan terminal, yaitu dua terminal kumparan atau koil, enam
terminal merupakan dua set saklar yang dapat terputus dan terhubung.
Gambar II-26 Relay 24 VDC [18]
2.8 Peralatan Proteksi [7]
Berikut ini adalah beberapa jenis proteksi yang sering digunakan untuk sistem instalasi
listrik tenaga:
2.8.1 Mini Circuit Breaker (MCB)
“Menurut PUIL 2011 pasal 14 MOD Istilah dan Definisi, dijelaskan bahwa pemutus
sirkit adalah gawai sakelar mekanis yang mampu menghubungkan, menghantarkan, dan
memutuskan arus pada kondisi sirkit normal dan juga mampu menghubungkan, menghantarkan
untuk waktu yang ditentukan dan memutuskan arus pada kondisi sirkit abnormal yang
ditemukan, seperti pada kondisi hubung pendek”.
“Adapun yang dimaksud MBC adalah sebuah komponen listrik yang berfungsi sebagai
proteksi rangkaian listrik dengan cara membatasi arus yang mengalir. MCB dilegkapi dengan
komponen thermis (bimetal) yang berfungsi untuk pengaman beban lebih dan juga dilengkapi
relay elektromagnetik untuk pengaman hubung singkat. Keuntungan menggunakan MCB
adalah sebagai berikut”:
1. Dapat memutuskan rangkaian tiga fasa walaupun terjadi hubung singkat pada salah satu
fasanya.
2. Dapat digunakan kembali setelah rangkaian diperbaiki akibat huung singkat atau beban
lebih.
3. Mempunyai respon yang baik apabila terjadi hubung singkat atau beban.
(a) (b)
Gambar II-27 (a) Mini Circuit Breaker (MCB) (b) Simbol MCB[7]
2.8.2 Thermal Overload Relay (TOLR)
“Thermal Overload Relay (TOLR) merupakan sebuah komponen listrik yang berfungsi
untuk mengamankan beban lebih pada instalasi motor listrik. Menurut PUIL 2011 pasal
510.5.4.1 menyebutkan bahwa proteksi beban lebih (arus lebih) dimaksudkan untuk
melindungi motor dan perlengkapan kendali motor, terhadap pemanasan yang berlebihan
sebagai akibat beban lebih atau sebagai akibat motor tak dapat diasut. Beban lebih atau arus
lebih pada waktu motor beroperasi, bila bertahan cukup lama, akan mengakibatkan kerusakan
atau pemanasan yang berbahaya pada motor tersebut. Pasal 510.5.4.3 menjelaskan bahwa Arus
pengenal GPAL motor sekurang-kurangnya 110% - 115% arus pengenal motor. Sehingga
untuk menentukan spesifikasi TOLR yang diperlukan yaitu sebagai berikut”:
Iset TOLR= 115% x In ....................................................................... (2.5) Berikut ini
adalah gambar dari sebuah Thermal Overload Relay (TOLR):
(a) (b)
Gambar II-28 (a) Thermal Overload Relay (TOLR) (b) Simbol TOLR [7]
2.9 Sensor
“Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya perubahan
lingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang diubah menjadi besaran listrik
disebut Transduser. Pada saat ini, sensor telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde
nanometer. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat
energi”.
A. Sensor Tekanan (Pressure Transducer)
“Pressure transmitter ini berfungsi untuk mengubah sinyal mekanis berupa besar
tekanan menjadi sinyal listrik berupa Ampere atau Volt. Lalu hasil pengukuran tekanan
tersebut dikonversikan menjadi nilai Analog dalam bentuk tegangan”.
Perubahan tekanan yang diukur Pressure Transducer, akan diubah sebagai perubahan
nilai tegangan dengan nilai tegangan range 0 V- 10 V.
Hasil dari perubahan tegangan (VDC) ini kemudian dikirimkan ke alat penerima sinyal
yang biasa disebut Temperature controller.
“Temperature Controller akan mengkonversikan nilai arus 0 V- 10 V yang diterimanya
dari sensor Cerabar untuk kemudian diubah menjadi tampilan nilai aktual tekanan terukur
dalam berbagai satuan, seperti mmH20, Bar, Psi, kg/cm2, dan lainnya”.
Gambar II-29 Pressure Transducer / Transmitter [9]
Gambar II-30 Pressure Transmitter 200 psi [10]
B. Sensor Suhu LM35
“Sensor suhu IC LM 35 merupkan chip IC produksi National Semiconductor yang
berfungsi untuk mengetahui temperature suatu objek atau ruangan dalam bentuk besaran
elektrik, atau dapat juga di definisikan sebagai komponen elektronika yang berfungsi untuk
mengubah perubahan temperature yang diterima dalam perubahan besaran elektrik. Sensor
suhu IC LM35 dapat mengubah perubahan temperature menjadi perubahan tegangan pada
bagian outputnya. Sensor suhu IC LM35 membutuhkan sumber tegangan DC +5 volt dan
konsumsi arus DC sebesar 60 µA dalam beroperasi. Bentuk fisik sensor suhu LM 35
merupakan chip IC dengan kemasan yang berfariasi, pada umumnya kemasan sensor suhu
LM35 adalah kemasan TO-92 seperti terlihat pada Gambar II.29. Namun dalam tugas akhir
kali ini LM35 dibungkus dalam selongsong stainless steel seperti pada Gambar II. 31 ini
dimaksudkan untuk sensor LM35 dapat mengukur cairan seperti air atau oli”.
Gambar II-31 Sensor Suhu LM35 [11]