Syaraf Listrik

Buat teman2 yang suka dengan interfacing dan sudah fasih dengan bahasa pemrograman seperti C, VB atawa Delphi selamat yach dah pinter. Tapi kali ini kita ga bahas interfacing yang pake skrip njlimetnya minta ampun seperti bahasa pemrograman populer yang dah disebutin tadi. Emang ada? Ya ada dong masa ya ada lah?
Udah pernah denger SYARAF LISTRIK? bagi yang udah ya kalo mau baca monggo, bagi yang belum dan penasaran yuuk lanjuti….

Aplikasi freeware syaraf listrik ini dikembangkan oleh ahmad muammar (bukan akhmad munawar lho…) dari Universitas Internasional Batam yang dapat digunakan untuk interfacing hardware dengan PC. Aplikasi ini dapat berjalan dalam sistem operasi Win 98, win 2000 dan win XP. Tidak ada yang terlalu istimewa dari software gratis ini, selain bahasa pengantarnya Bahasa Indonesia, serta menampilkan kesederhanaan dan kemudahan dalam penggunannya. Software ini dapat digunakan untuk mempelajari dan mensimulasikan sistem kontrol listrik melalui PC tanpa perlu memakai peralatan sistem kontrol standard industri seperti mikrokontroller, relay, timer bahkan PLC (Programmable Logic Controller) tanpa menggunakan skrip tapi membutuhkan daya logic yang tinggi. Bagi yang sudah mempelajari PLC pasti tidak akan menemui kesulitas dalam penggunaannya. Disamping mampu mensimulasikan sofware ini juga mampu mengendalikan perangkat I/O luar melalui port paralel LPT. Ditambah satu hal yang umumnya tidak dimiliki oleh sistem kontrol standard industri (seperti PLC) adalah kemampuan syaraf listrik untuk mengeluarkan suara format wave sound ( file wav ), sehingga pengguna dapat merekam suara melalui sound sistem PC dan mempergunakan suara tersebut dalam sistem kontrol yang dibuat. Misalnya ketika suatu mesin dinyalakan, maka kita dapat mengeluarkan suara “..Mesin Dinyalakan..” sehingga sistem kontrol akan tampak lebih humanis dan fleksibel dibandingkan hanya dengan mempergunakan lampu atau display standard industri.
Dengan modal tidak lebih dari Rp 50,000 untuk membeli komponen tambahan seperti kabel printer, resistor, led dan tombol-tombol, serta sedikit kemauan dan kemampuan untuk menyolder, ditambah sebuah mikrofon dan PC ( minimum Pentium I atau 486 DX2 dan sistem operasi MS Windows 98,ME,2000/XP ) yang memiliki soundcard, maka syaraf listrik sudah dapat dipergunakan untuk bermain-main dengan sistem kontrol listrik secara murah dan sederhana. Sedangkan untuk tingkat yang expert dapat ditambahkan komponen lain seperti relay DC dan optocoupler PC817, maka kita dapat membuat suatu interface yang dapat mengendalikan beban luar seperti lampu AC 220 volt, dan motor – motor listrik 220/380 Volt AC.
Lebih murah daripada menggunakan PLC kan? Menurut saya software ini dapat digunakan untuk pemula yang belum begitu memahami tapi punya kemauan untuk memahami PLC. Tidak hanya dapat mensimulasikan rangkaian logic yang mirip (atau bahkan sama) dengan alur berpikir saat mengoperasikan PLC.
Untuk screenshoot dan tutorial penggunaan mudah2an bisa menyusul daripada kepanjangan ceritanya.

MENGGULUNG MOTOR LISTRIK 1 FASA

Untuk menggulung ulang motor satu fase, rumus yang digunakan sama dengan rumus motor 3 fase, hanya saja dianggap dua fase.

Supaya terjadi dua fase, Belitan Utama (BU) dibuat dari kawat yang lebih besar dari Beltan Bantu (BB) dan pada belitan bantu dihubungkansebuah kapasitor yang nilainya tertentu.

Contoh Belitan :

A. Motor satu fase dua (2) pasang kutub, Alurnya 24

Ys = G/2p =24/4 =6

Langkah belitan adalah 1 -7

Q =G/2p.m =24/4.2 =3

Berarti jumlah kumparan tiap kelompok adalah 3.

K = G /2p =24/4=6

Tiap kutub terdiri dari 6 kumparan

KAR = 360/G =360/24 =15 radian

Jarak antar alur 15 radian

KAL =KAR .p =15. 2=30 listrik

Kp =90/KAL =90/30 = 3

Kalau fasa pertama di mulai dari alur 1 maka fasa kedua dari alur ke 4

Dafar belitannya sebagai berikut.

I 1-7 I I 21-15 I -------------------- I 4-10 I I 24-18 I

A I 2-8 I I 20-14 I a ----------------B I 5-11 I I 23-17 I b

I 3-9 I I 19-13 I ---------------------I 6-12 I I 22-16 I

Gambar bentangan :

B. Motor satu fase dua (2) pasang kutub, Alurnya 36

Ys = G/2p =36/4 =9

Langkah belitan adalah 1 -10

Q =G/2p.m =36/4.2 = 4.5

Berarti jumlah kumparan Belitan Utama 5 adalah Belitan Bantu 4.

K = G /2p = 36/4 = 9

Tiap kutub terdiri dari 9 kumparan

KAR = 360/G =360/36 =10 radian

Jarak antar alur 10 radian

KAL =KAR .p =10. 2 = 20 listrik

Kp =90/KAL =90/20 = 4.5

Sehingga fasa berikutnya di mulai dari alur 5

DOWNLOAD SOFTWARE MENGGULUNG MOTOR > DOWNLOAD

MENGGULUNG MOTOR LISTRIK 3 FASA

I.BAGIAN -BAGIAN MOTOR 3 FASA

Motor 3 fasa pada dasarnya terdiri dari Stator yaitu bagian yang diam (statis) dan Rotor yaitu bagian yang bergerak / berputar (rotasi).

II.ALAT DAN BAHAN

Peralatan yang harus disediakan sebagai acuan dalam melilit stator adalah sebagai berikut:

A. Alat :

1. Kunci pas/ring

2. Obeng

3. Tracker

4. Palu

5. AVO meter

6. Megger/insulation tester

7. Solder

8. Tacho meter

9. Sikat kawat

A. Bahan :

1. Kawat email

2. Kertas prispan/insulation paper

3. Lak/insulation laquer

4. Selongsong (slove)

5. Kertas gosok

6. Kabel NYAF

7. Pelumas/grace

8. Kuas

9. Timah/tinnol

III.TEORI PENDUKUNG

A. Bentuk kumparan:

1. Memusat/konsentris/spiral winding

2. Jerat/buhul/lap winding

3. Gelombang

A. Rumus-rumus

Ujung-ujung kumparan diberi tanda dengan huruf-huruf U,V,W,X,Y, dan Z.bila pangkal diberi tanda U maka ujungnya X, pangkal V ujungnya Y dan pangkal W ujngnya Z.

Syarat jumlah slot, perhitungan jumlah slot harus bisa dbagi 4 dan 3

C. CONTOH PERHITUNGAN

1.Stator motor 3 fasa mempuyai alur (g)12 alur , jumlah kutub (2p)=4, single layer.

Penyelesaian :

Ys = G/2p =12/4 =3

Sehingga ujung kawat di masukkan pada alur nomor 1,maka ujung lainya pada alur nomor 4.

Q =G/2p.m =12/4.3 =1

Berarti jumlah kumparan tiap kelompok adalah 1.

K = G /2p =12/4=3

Tiap kutub terdiri dari 3 kumparan

KAR = 360/G =360/12 =30 radian

Jarak antar alur 30 radian

KAL =KAR .p =30 . 2=60 listrik

Kp =120/KAL =120/60 =2

Kalau fasa pertama di mulai dari alur 1 maka fasa kedua dari alur ke 3

Dafar lilitan : sigle layer berarti dalam satu alur hanya ada satu kumparan .

U | 1-4 I I 7-10 I X

V I 3-6 I I 9-12 I Y

W I 5-8 I I 11-2 I z

Gambar bentangan :

2. Double layer, sama seperti soal no 1 namun belitan yang digunakan adalah belitan double layer

U I 1-4 I I 7 - 4 I I 7-10 I I 1-10 I X

V I 3-6 I I 9 - 6 I I 9-12 I I 3-12 I Y

W I 5-8 I I 11-8 I I 11-2 I I 5 - 2 I z

3 .Perencanan motor 3 fase dengan jumlah alurnya 24 dan 36

Kutubnya dibuat 4 buah dengan belitan single layer.

Penyelesaian :

A. Untuk stator dengan 24 alur

Ys = G/2p =24/4 =6

Langkah belitan adalah 1 -7

Q =G/2p.m =24/4.3 =2

Berarti jumlah kumparan tiap kelompok adalah 2.

K = G /2p =24/4=6

Tiap kutub terdiri dari 6 kumparan

KAR = 360/G =360/24 =15 radian

Jarak antar alur 15 radian

KAL =KAR .p =15. 2=30 listrik

Kp =120/KAL =120/30 =4

Kalau fasa pertama di mulai dari alur 1 maka fasa kedua dari alur ke 5

Dafar belitannya sebagai berikut.

U I 1-7 I I 13-19 I X

I 2-8 I I 14-20 I

V I 5-11 I I 17-23 I Y

I 6-12 I I 18-24 I

W I 9-15 I I 21-3 I z

I 10-16I I 22-4 I

Gambar bentangan :

Penyelesaian :

B. Untuk stator dengan 36 alur

Ys = G/2p =36/4 =9

Langkah belitan adalah 1 -10

Q =G/2p.m =36/4.3 =3

Berarti jumlah kumparan tiap kelompok adalah 3.

K = G /2p =36/4=9

Tiap kutub terdiri dari 6 kumparan

KAR = 360/G =360/36 =10 radian

Jarak antar alur 15 radian

KAL =KAR .p =10. 2=20 listrik

Kp =120/KAL =120/20 =6

Kalau fasa pertama di mulai dari alur 1 maka fasa kedua dari alur ke 7

Dafar belitannya sebagai berikut.

U I 1-10 I I 19-28 I X

I 2-11 I I 20-29 I

I 3-12 I I 21-30 I

V I 7-16 I I 25-34 I Y

I 8-17 I I 26-35 I

I 9-18 I I 27-36 I

W I 13-22I I 31-4 I z

I 14-23I I 32-5 I

I 15-24I I 33-6 I

Gambar bentangan :

Motor dengan kecapatan ganda

Motor dengan kecepatan ganda atau dua kecepaan ini bisa dibangun dengan dua cara, pertama memang belitan motor tersebut ada dua, misalnya satu belitan dengan kecepatan 3000 rpm, dan pada stator yang sama dibelitkan belitan kedua dengan kecepatan 1000 rpm, hal demikian tentu saja keterampilan yang sudah diperoleh sudah mencakupi, adapun cara kedua yaitu belitan Dahlander.

Belitan jenis ini tidak menggunakan rumus – rumus karena hanya mengembangkan system penyambungan belitan, berikut ini diberikan contoh – contoh belitan dahlander :

a. untuk motor dengan 24 alur

b. untuk motor dengan 36 alur

MOTOR LISTRIK

Motor listrik termasuk kedalam kategori mesin listrik dinamis dan merupakan sebuah perangkat elektromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll di industri dan digunakan juga pada peralatan listrik rumah tangga (seperti: mixer, bor listrik,kipas angin).

Motor listrik kadangkala disebut “kuda kerja” nya industri, sebab diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan sekitar 70% beban listrik total di industri.

Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor listrik secara umum sama (Gambar 1), yaitu:
• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
• Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torsi untuk memutar kumparan.
• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.

Dalam memahami sebuah motor listrik, penting untuk mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor. Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/torsi sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga kelompok:
• Beban torsi konstan, adalah beban dimana permintaan keluaran energinya bervariasi dengan kecepatan operasinya, namun torsi nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan torsi konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan pompa displacement konstan.
• Beban dengan torsi variabel, adalah beban dengan torsi yang bervariasi dengan kecepatan operasi. Contoh beban dengan torsi variabel adalah pompa sentrifugal dan fan (torsi bervariasi sebagai kwadrat kecepatan).
• Beban dengan energi konstan, adalah beban dengan permintaan torsi yang berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.


Gambar 1. Prinsip Dasar Kerja Motor Listrik.

JENIS MOTOR LISTRIK

Bagian ini menjelaskan tentang dua jenis utama motor listrik: motor DC dan motor AC. Motor tersebut diklasifikasikan berdasarkan pasokan input, konstruksi, dan mekanisme operasi, dan dijelaskan lebih lanjut dalam bagan dibawah ini.


Gambar 2. Klasifikasi Motor Listrik.

1. Motor DC/Arus Searah
Motor DC/arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung yang tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torsi yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas.
Gambar 3 memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama:
• Kutub medan. Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.
• Dinamo. Bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.
• Kommutator. Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo. Kommutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan sumber daya.


Gambar 3. Motor DC.

Keuntungan utama motor DC adalah kecepatannya mudah dikendalikan dan tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor DC ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan.
• Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.

Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang, seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC.

Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut:

Gaya elektromagnetik: E = KΦN

Torsi: T = KΦIa

Dimana:
E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan
N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit)
T = torsi electromagnetik
Ia = arus dinamo
K = konstanta persamaan

Jenis-Jenis Motor DC/Arus Searah

a. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited, Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah/separately excited.

b. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt. Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan dinamo (A) seperti diperlihatkan dalam gambar 4. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus dinamo.

Gambar 4. Karakteristik Motor DC Shunt.

Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
• Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torsi tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar 4) dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin.
• Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan dinamo (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).

c. Motor DC daya sendiri: motor seri. Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan dinamo (A) seperti ditunjukkan dalam gambar 5. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus dinamo.

Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002):
• Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM.
• Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist (lihat Gambar 5).

Gambar 5. Karakteristik Motor DC Seri.

d. Motor DC Kompon/Gabungan.
Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan dinamo (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar 6. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).

Gambar 6. Karakteristik Motor DC Kompon.

2. Motor AC/Arus Bolak-Balik

Motor AC/arus bolak-balik menggunakan arus listrik yang membalikkan arahnya secara teratur pada rentang waktu tertentu. Motor listrik AC memiliki dua buah bagian dasar listrik: "stator" dan "rotor" seperti ditunjukkan dalam Gambar 7.

Stator merupakan komponen listrik statis. Rotor merupakan komponen listrik berputar untuk memutar as motor. Keuntungan utama motor DC terhadap motor AC adalah bahwa kecepatan motor AC lebih sulit dikendalikan. Untuk mengatasi kerugian ini, motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekwensi variabel untuk meningkatkan kendali kecepatan sekaligus menurunkan dayanya. Motor induksi merupakan motor yang paling populer di industri karena kehandalannya dan lebih mudah perawatannya. Motor induksi AC cukup murah (harganya setengah atau kurang dari harga sebuah motor DC) dan juga memberikan rasio daya terhadap berat yang cukup tinggi (sekitar dua kali motor DC).

Jenis-Jenis Motor AC/Arus Bolak-Balik

a. Motor sinkron. Motor sinkron adalah motor AC yang bekerja pada kecepatan tetap pada sistim frekwensi tertentu. Motor ini memerlukan arus searah (DC) untuk pembangkitan daya dan memiliki torque awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal dengan beban rendah, seperti kompresor udara, perubahan frekwensi dan generator motor. Motor sinkron mampu untuk memperbaiki faktor daya sistim, sehingga sering digunakan pada sistim yang menggunakan banyak listrik.

Komponen utama motor sinkron adalah (Gambar 7):
• Rotor. Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DC-excited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi tertentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya.
• Stator. Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekwensi yang dipasok.

Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003):

Ns = 120 f / P

Dimana:
f = frekwensi dari pasokan frekwensi
P= jumlah kutub

Gambar 7. Motor Sinkron.

b. Motor induksi. Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber daya AC.

Komponen Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama (Gambar 8):
• Rotor. Motor induksi menggunakan dua jenis rotor:
- Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek.
- Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
• Stator. Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk sejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat .

Klasifikasi motor induksi

Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003):
• Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti kipas angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
• Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.

Gambar 8. Motor Induksi.

Kecepatan motor induksi

Motor induksi bekerja sebagai berikut, Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut dinamakan “motor cincin geser/slip ring motor”.

Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran(Parekh, 2003):

% Slip = (Ns – Nb)/Ns x 100

Dimana:
Ns = kecepatan sinkron dalam RPM
Nb = kecepatan dasar dalam RPM

Hubungan antara beban, kecepatan dan torsi


Gambar 9. Grafik Torsi vs Kecepatan Motor Induksi.

Gambar 9 menunjukan grafik torsi vs kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003):
• Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torsi yang rendah (“pull-up torque”).
• Mencapai 80% kecepatan penuh, torsi berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun.
• Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torsi dan stator turun ke nol.

Program Logic Controller (PLC)

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

Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah :

sistem elektronik yang beroperasi secara dijital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O dijital maupun analog .

Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut :

1. Programmable

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

2. Logic

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

3. Controller

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

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

Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan meng-ON atau meng-OFF kan output-output. 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak.

Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus.

Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:

1. Sekuensial Control

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

2. Monitoring Plant

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

Sedangkan fungsi PLC secara khusus adalah dapat memberikan input ke CNC (Computerized Numerical Control). Beberapa PLC dapat memberikan input ke CNC untuk kepentingan pemrosesan lebih lanjut. CNC bila dibandingkan dengan PLC mempunyai ketelitian yang lebih tinggi dan lebih mahal harganya. CNC biasanya dipakai untuk proses finishing, membentuk benda kerja, moulding dan sebagainya.

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

Bahasa pemograman PLC

Terdapat lima tipe bahasa pemrograman yang bisa dipakai untuk memprogram PLC, meski tidak semuanya di-support oleh suatu PLC, yaitu antara lain :
1. Bahasa pemrograman Ladder Diagram (LD)
2. Bahasa pemrograman Instruction List (IL)/Statement List (SL)
3. Bahasa pemrograman Sequential Function Chart (SFC)/Grafcet
4. Bahasa pemrograman Function Block Diagram (FBD)
5. Bahasa pemrograman tingkat tinggi (high-level), contohnya Visual Basic

Penulis akan membahas bahasa pemrograman PLC yang paling populer digunakan dan paling mudah dipahami, yaitu Ladder Diagram, dengan menggunakan contoh rangkaian Interlock. Ladder Diagram mudah dipahami karena menggunakan pendekatan grafis, yaitu menggunakan simbol-simbol komponen elektromagnetik-mekanik relay (coil dan contact), blok-blok fungsi (function block), seperti timer, counter, trigger, kondisional, serta blok fungsi yang didefinisikan sendiri oleh programmer. Selain itu, karena Ladder Diagram menggunakan pendekatan grafis, maka programmer menjadi lebih mudah untuk melakukan troubleshooting pada program yang akan dijalankan pada PLC.

Pemanfaatan Programmable Logic Controller (PLC) dalam Dunia Industri

Perkembangan industri dewasa ini, khususnya dunia industri di negara kita, berjalan amat pesat seiring dengan meluasnya jenis produk-produk industri, mulai dari apa yang digolongkan sebagai industri hulu sampai dengan industri hilir. Kompleksitas pengolahan bahan mentah menjadi bahan baku, yang berproses baik secara fisika maupun secara kimia, telah memacu manusia untuk selalu meningkatkan dan memperbaiki unjuk kerja sistem yang mendukung proses tersebut, agar semakin produktif dan efisien. Salah satu yang menjadi perhatian utama dalam hal ini ialah penggunaan sistem pengendalian proses industri (sistem kontrol industri).

Dalam era industri modern, sistem kontrol proses industri biasanya merujuk pada otomatisasi sistem kontrol yang digunakan. Sistem kontrol industri dimana peranan manusia masih amat dominan (misalnya dalam merespon besaran-besaran proses yang diukur oleh sistem kontrol tersebut dengan serangkaian langkah berupa pengaturan panel dan saklar-saklar yang relevan) telah banyak digeser dan digantikan oleh sistem kontrol otomatis.

Sebabnya jelas mengacu pada faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi dan produktivitas industri itu sendiri, misalnya faktor human error dan tingkat keunggulan yang ditawarkan sistem kontrol tersebut. Salah satu sistem kontrol yang amat luas pemakaiannya ialah Programmable Logic Controller (PLC). Penerapannya meliputi berbagai jenis industri mulai dari industri rokok, otomotif, petrokimia, kertas, bahkan sampai pada industri tambang, misalnya pada pengendalian turbin gas dan unit industri lanjutan hasil pertambangan. Kemudahan transisi dari sistem kontrol sebelumnya (misalnya dari sistem kontrol berbasis relay mekanis) dan kemudahan trouble-shooting dalam konfigurasi sistem merupakan dua faktor utama yang mendorong populernya PLC ini.

Artikel ini mecoba memberikan gambaran ringkas tentang PLC ini dari sudut pandang piranti penyusunnya. Apakah Sebenarnya PLC itu? NEMA (The National electrical Manufacturers Association) mendefinisikan PLC sebagai piranti elektronika digital yang menggunakan memori yang bisa diprogram sebagai penyimpan internal dari sekumpulan instruksi dengan mengimplementasikan fungsi-fungsi tertentu, seperti logika, sekuensial, pewaktuan, perhitungan, dan aritmetika, untuk mengendalikan berbagai jenis mesin ataupun proses melalui modul I/O digital dan atau analog.

PLC merupakan sistem yang dapat memanipulasi, mengeksekusi, dan atau memonitor keadaan proses pada laju yang amat cepat, dengan dasar data yang bisa diprogram dalam sistem berbasis mikroprosesor integral. PLC menerima masukan dan menghasilkan keluaran sinyal-sinyal listrik untuk mengendalikan suatu sistem. Dengan demikian besaran-besaran fisika dan kimia yang dikendalikan, sebelum diolah oleh PLC, akan diubah menjadi sinyal listrik baik analog maupun digital,yang merupakan data dasarnya.. Karakter proses yang dikendalikan oleh PLC sendiri merupakan proses yang sifatnya bertahap, yakni proses itu berjalan urut untuk mencapai kondisi akhir yang diharapkan. Dengan kata lain proses itu terdiri beberapa subproses, dimana subproses tertentu akan berjalan sesudah subproses sebelumnya terjadi. Istilah umum yang digunakan untuk proses yang berwatak demikian ialah proses sekuensial (sequential process). Sebagai perbandingan, sistem kontrol yang populer selain PLC, misalnya Distributed Control System (DCS), mampu menangani proses-proses yang bersifat sekuensial dan juga kontinyu (continuous process) serta mencakup loop kendali yang relatif banyak.

Piranti Penyususnan PLC
PLC yang diproduksi oleh berbagai perusahaan sistem kontrol terkemuka saat ini biasanya mempunyai ciri-ciri sendiri yang menawarkan keunggulan sistemnya, baik dari segi aplikasi (perangkat tambahan) maupun modul utama sistemnya. Meskipun demikian pada umumnya setiap PLC (sebagaimana komputer pribadi Anda yang cenderung mengalami standarisasi dan kompatibel satu sama lain) mengandung empat bagian (piranti) berikut ini:

1. Modul Catu daya.
2. Modul CPU.
3. Modul Perangkat Lunak.
4. Modul I/O.

Modul Catu Daya (Power Supply: PS)
PS memberikan tegangan DC ke berbagai modul PLC lainnya selain modul tambahan dengan kemampuan arus total sekitar 20A sampai 50A, yang sama dengan battery lithium integral (yang digunakan sebagai memory backup). Seandainya PS ini gagal atau tegangan bolak balik masukannya turun dari nilai spesifiknya, isi memori akan tetap terjaga. PLC buatan Triconex, USA, yakni Trisen TS3000 bahkan mempunyai double power supply yang berarti apabila satu PS-nya gagal, PS kedua otomatis akan mengambil alih fungsi catu daya sistem.

Modul CPU
Modul CPU yang disebut juga modul kontroler atau prosesor terdiri dari dua bagian:

1. Prosesor berfungsi:
• mengoperasikan dan mengkomunikasikan modul-modul PLC melalui bus-bus serial atau paralel yang ada.

• Mengeksekusi program kontrol.

2. Memori, yang berfungsi:
• Menyimpan informasi digital yang bisa diubah dan berbentuk tabel data, register citra, atau RLL (Relay Ladder Logic), yang merupakan program pengendali proses.

Pada PLC tertentu kadang kita jumpai pula beberapa prosesor sekaligus dalam satu modul, yang ditujukan untuk mendukung keandalan sistem. Beberapa prosesor tersebut bekerja sama dengan suatu prosedur tertentu untuk meningkatkan kinerja pengendalian. Contoh PLC jenis ini ialah Trisen TS3000 mempunyai tiga buah prosesor dengan sistem yang disebut Tripple Redundancy Modular.

Kapasitas memori pada PLC juga bervariasi. Trisen TS3000, misalnya, mempunyai memori 384 Kbyte (SRAM) untuk program pengguna dan 256 Kbyte (EPROM) untuk sistem operasinya. Simatic S5 buatan Siemens mempunyai memori EPROM 16Kbyte dan RAM 8 Kbyte. PLC FA-3S Series mempunyai memori total sekitar 16 Kbyte. Kapasitas memori ini tergantung penggunaannya dan seberapa jauh Anda sebagai mengoptimalisasikan ruang memori PLC yang Anda miliki, yang berarti pula tergantung seberapa banyak lokasi yang diperlukan program kontrol untuk mengendalikan plant tertentu. Program kontrol untuk pengaliran bahan bakar dalam turbin gas tentu membutuhkan lokasi memori yang lebih banyak dibandingkan dengan program kontrol untuk menggerakkan putaran mekanik robot pemasang bodi mobil pada industri otomotif. Suatu modul memori tambahan bisa juga diberikan ke sistem utama apabila kebutuhan memori memang meningkat.

Modul Program Perangkat Lunak PLC mengenal berbagai macam perangkat lunak, termasuk State Language, SFC, dan bahkan C. Yang paling populer digunakan ialah RLL (Relay Ladder Logic). Semua bahasa pemrograman tersebut dibuat berdasarkan proses sekuensial yang terjadi dalam plant (sistem yang dikendalikan). Semua instruksi dalam program akan dieksekusi oleh modul CPU, dan penulisan program itu bisa dilakukan pada keadan on line maupun off line. Jadi PLC dapat bisa ditulisi program kontrol pada saat ia mengendalikan proses tanpa mengganggu pengendalian yang sedang dilakukan. Eksekusi perangkat lunak tidak akan mempengaruhi operasi I/O yang tengah berlangsung.

Modul I/O
Modul I/O merupakan modul masukan dan modul keluaran yang bertugas mengatur hubungan PLC dengan piranti eksternal atau periferal yang bisa berupa suatu komputer host, saklar-saklar, unit penggerak motor, dan berbagai macam sumber sinyal yang terdapat dalam plant.

1. Modul masukan
   Modul masukan berfungsi untuk menerima sinyal dari unit pengindera periferal, dan memberikan pengaturan sinyal, terminasi, isolasi, maupun indikator keadaan sinyal masukan. Sinyal-sinyal dari piranti periferal akan di-scan dan keadaannya akan dikomunikasikan melalui modul antarmuka dalam PLC.
   
   Beberapa jenis modul masukan di antaranya:
• Tegangan masukan DC (110, 220, 14, 24, 48, 15-30V) atau arus C(4-20mA).

• Tegangan AC ((110, 240, 24, 48V) atau arus AC (4-20mA).

• Masukan TTL (3-15V).

• Masukan analog (12 bit).

• Masukan word (16-bit/paralel).

• Masukan termokopel.

• Detektor suhu resistansi (RTD).

• Relay arus tinggi.
• Relay arus rendah.

• Masukan latching (24VDC/110VAC).

• Masukan terisolasi (24VDC/85-132VAC).

• Masukan cerdas (mengandung mikroprosesor).

• Masukan pemosisian (positioning).

• Masukan PID (proporsional, turunan, dan integral).

• Pulsa kecepatan tinggi.

• Dll.

2. Modul keluaran
   Modul keluaran mengaktivasi berbagai macam piranti seperti aktuator hidrolik, pneumatik, solenoid, starter motor, dan tampilan status titik-titik periferal yang terhubung dalam sistem. Fungsi modul keluaran lainnya mencakup conditioning, terminasi dan juga pengisolasian sinyal-sinyal yang ada. Proses aktivasi itu tentu saja dilakukan dengan pengiriman sinyal-sinyal diskret dan analog yang relevan, berdasarkan watak PLC sendiri yang merupakan piranti digital. Beberapa modul keluaran yang lazim saat ini di antaranya:
• Tegangan DC (24, 48, 110V) atau arus DC (4-20mA)

• Tegangan AC (110, 240V) atau arus AC (4-20mA).

• Keluaran analog (12-bit).

• Keluaran word (16-bit/paralel)

• Keluaran cerdas.

• Keluaran ASCII.

• Port komunikasi ganda.

Dengan berbagai modul di atas PLC bekerja mengendalikan berbagai plant yang kita miliki. Mengingat sinyal-sinyal yang ditanganinya bervariasi dan merupakan informasi yang memerlukan pemrosesan saat itu juga, maka sistem yang kita miliki tentu memiliki perangkat pendukung yang mampu mengolah secara real time dan bersifat multi tasking,. Anda bayangkan bahwa pada suatu unit pembangkit tenaga listrik misalnya, PLC Anda harus bekerja 24 jam untuk mengukur suhu buang dan kecepatan turbin, dan kemudian mengatur bukaan katup yang menentukan aliran bahan bakar berdasarkan informasi suhu buang dan kecepatan di atas., agar didapatkan putaran generator yang diinginkan! Pada saat yang sama sistem pelumasan turbin dan sistem alarm harus bekerja baik baik di bawah pengendalian PLC! Suatu piranti sistem operasi dan komunikasi data yang andal tentu harus kita gunakan. Teknologi cabling, pemanfaatan serat optik, sistem operasi berbasis real time dan multi tasking semacam Unix, dan fasilitas ekspansi yang memadai untuk jaringan komputer merupakan hal yang lazim dalam instalasi PLC saat ini.