BAB II DASAR TEORI 2.1 Motor DC Motor listrik berfungsi untuk mengubah daya listrik menjadi daya mekanik dengan prinsip kerjanya adalah jika ada sepotong kawat dialiri arus listrik terletak diantara dua kutub magnet, maka kawat tersebut terkena suatu gaya Lorentz. Gaya Lorentz adalah gaya yang ditimbulkan oleh muatan listrik yang bergerak atau oleh arus listrik yang berada dalam suatu medan magnet. Arah gaya ini akan mengikuti arah maju skrup yang diputar dari vektor arah gerak muatan listrik ke arah medan magnet, seperti yang terlihat dalam rumus berikut: di mana F = Gaya (Newton) B = Medan magnet (Tesla) q = Muatan listrik (Coulomb) v = arah kecepatan muatan (m/s) Gambar 2.1 Kaidah tangan kanan Motor DC terdapat beberapa jenis, yaitu : Motor DC shunt Motor DC seri Motor DC Kompond panjang 4
Motor DC kompond pendek 2.2 Sensor PIR (Pyroelectric Infrared) Sensor PIR adalah sebuah modul sensor gerak yang menggunakan inframerah, pada umumnya sensor gerak inframerah terdapat transmitter dan receiver, namun pada modul ini kedua komponen tersebut sudah menjadi satu. Gambar 2.2 Sensor PIR Spesifikasi dari sensor PIR ini adalah : Terdapat IC pendeteksi gerak dan lensa Fresnel Terdapat 3 koneksi sederhana (+, -, out) Tegangan supply 5 volt DC Batas deteksi hingga 6 meter Cara kerja dari sensor PIR adalah mendeteksi setiap pergerakan sebuah benda yang berada dalam radius jangkauan maksimal sensor ini, ketika sensor belum mendeteksi gerakan sebuah benda, sensor mengeluarkan Logic 1 dan begitu pula sebaliknya ketika sensor mendeteksi gerakan benda, sensor akan mengeluarkan Logic 0 yang berarti digital out akan terbaca 5 v. Ketika sensor ini diaktifkan, PIR membutuhkan waktu pemanasan atau menyesuaikan dengan keadaan lingkungan sekitar dengan waktu sekitar 1-2 menit dan selama masa itu sensor akan berkedip-kedip tidak stabil. 5
Gambar 2.3 Jangkauan dari sensor PIR Dikarenakan sensitifitas dari sensor ini sangat tinggi, terdapat beberapa kondisi yang tidak dianjurkan menggunakan module ini, diantaranya adalah : Pada kondisi perubahan lingkungan yang ekstrim dan getaran tinggi Di tempat yang terhalang material seperti kaca Terkena cahaya matahari langsung dan terkena pendinginan atau pemanasan secara langsung Berikut ini adalah gambar sederhana dari aplikasi PIR Gambar 2.4 Rangkaian aplikasi PIR 2.3 Relay Relay adalah komponen yang terdiri dari sebuah kumparan berinti besi yang menghasilkan elektromagnet ketika kumparannya dialiri oleh arus listrik. Elektromagnet ini kemudian menarik mekanisme kontak yang akan menghubungkan kontak Normally-Open (NO) dan membuka kontak Normally- Closed (NC). Kata Normally disini berarti relay dalam keadaan non-aktif atau non-energized, atau kumparan relay tidak dialiri arus. Kontak Normally-Open 6
(NO) adalah kontak yang pada saat normal tidak terhubung, dan kontak Normally- Closed (NC) adalah kontak yang pada saat normal terhubung. Gambar 2.5 Relay SPDT Gambar 2.5 adalah simbol dari komponen relay SPDT (Single-Pole Dual-Totem) yang berarti memiliki sebuah kontak NO dan sebuah kontak NC dengan sebuah COMMON. Pada saat kumparan tidak dialiri arus, maka kontak NC akan terhubung dengan COM. Jika kumparan dialiri arus, maka kontak akan bergerak dari NC ke NO, sehingga NO akan terhubung dengan COM. Gambar 2.6 Relay DPDT 7
Sedangkan gambar 2.6 adalah simbol dari komponen DPDT (Dual-Pole Dual- Totem) yang memiliki 2 buah kontak NO, 2 buah kontak NC dengan 2 buah COMMON. 2.3.1 Karakteristik Relay Karakteristik relay antara lain adalah tegangan kerja koil atau kumparan. Ada yang 5Vdc, 12Vdc, 24Vdc, 36Vdc, hingga 48Vdc. Tegangan kerja adalah tegangan yang harus diberikan kepada koil agar relay dapat bekerja. Selain itu ada karakteristik kemampuan kontak relay diantaranya adalah 3A, 5A, 10A. Maksudnya adalah arus maksimal yang mampu dialirkan oleh kontak relay adalah sesuai dengan karakteristiknya. Berikut adalah beberapa gambar contoh relay DC yang banyak tersedia di pasaran. Gambar 2.7 Relay 2.3.2 Rangkaian Driver Relay Transistor bipolar adalah komponen yang bekerja berdasarkan adatidaknya arus pemicuan pada kaki Basisnya. Pada aplikasi driver relay, transistor 8
bekerja sebagai saklar yang pada saat tidak menerima arus pemicuan, maka transistor akan berada pada posisi cut-off dan tidak menghantarkan arus, Ic=0. Dan saat kaki basis menerima arus pemicuan, maka transistor akan berubah ke keadaan saturasi dan menghantarkan arus. Berikut ini adalah rangkaian sederhana driver relay Gambar 2.8 Driver Relay DPDT 2.4 Programable logic controller (PLC) 2.4.1 Definisi PLC Berdasarkan namanya definisi PLC adalah sebagai berikut : Programable Menunjukan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat dan dapat di uabh-ubah sesuai fungsi dan kegunaannya Logic Menunjukan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic, yakni melakukan operasi penjumlahan, pengurangan, perkalian, pembagian, negasi, AND, OR, dan sebagainya. Control Menunjukan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. Jadi dapat disimpulkan bahwa definisi dari PLC adalah sebuah alat kontrol yang mampu menyimpan program dan memproses input untuk melakukan sebuah proses pengontrolan untuk mendapatkan output yang di inginkan. 9
Menurut National Electrical Manufacturing Association (NEMA) definisi PLC adalah Suatu perangkat elektronik digital dengan memory yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang menjalankan fungsi-fungsi spesifik, seperti: logika, sekuen, timing, counting, dan aritmetika untuk mengontrol mesin dan proses. INPUTS PLC OUTPUTS CPU Gambar 2.9 Diagram blok dasar 2.4.2 Komponen utama PLC Perangkat keras PLC pada dasarnya tersusun dari empat komponen utama berikut: Prosesor, Power supply, Memori dan Modul Input/Output. Secara fungsional interaksi antara ke-empat komponen penyusun PLC ini dapat diilustrasikan pada gambar berikut: Gambar 2.10 Interaksi Komponen-komponen sistem PLC 10
Dalam hal ini prosesor akan mengontrol peralatan luar yang terkoneksi dengan modul output berdasarkan kondisi perangkat input serta program ladder yang tersimpan pada memori PLC tersebut. Sistem input/output diskret pada dasarnya merupakan antarmuka yang mengkoneksikan central processing unit (CPU) dengan peralatan input/output luar. Lewat sensor-sensor yang terhubung dengan modul ini, PLC mengindra besaran-besaran fisik (posisi,gerakan, level, arus, tegangan) yang terasosiasi dengan sebuah proses atau mesin. Berdasarkan status dari input dan program yang tersimpan di memori PLC, CPU mengontrol perangkat luar yang terhubung dengan modul output seperti diperlihatkan kembali pada gambar dibawah ini: Gambar 2.11 Diagram blok CPU dan modul input/ouput Secara fisik rangkaian input/output dengan unit CPU tersebut terpisah secara kelistrikan, hal ini untuk menjaga agar kerusakan pada peralatan input/output tidak menyebabkan hubungan singkat pada unit CPU. 2.4.3 Kegunaan PLC PLC mempunyai kemampuan/kelebihan sebagai berikut : PLC menggantikan logika dan pengerjaan sirkuit kontrol relai yang merupakan instalasi langsung. Rangkaian kontrol cukup dibuat secara software. Pengkabelan hanya diperlukan untuk menghubungkan peralatan input dan output. Hal ini mempermudah dalam mendisain dan memodifikasi rangkaian, karena cukup dengan mengubah program di PLC. 11
PLC juga mempunyai kelemahan yaitu tidak cocok untuk suatu sistem yang kecil dan statis karena hanya akan menambah pengeluaran dari sistem tersebut. Gambar 2.12 Kontrol Panel PLC dan Hard wire PLC dapat digunakan untuk beberapa pengontrolan, diantaranya adalah : 1. Sequence Control : Pengganti relay control logic Timers/counters Pengganti sistem kontrol berupa papan rangkaian elektronik Pengontrol mesin dan proses 2. Soft case PLC : Operasi aritmetika (+,-,x,:) Kontrol analog (suhu, tekanan,dll) Pengontrol PID 3. Supervisory Control : Proses monitoring & alarm Fault diagnostic & monitoring Interfacing with computer Printer interfacing 12
2.4.4 Ladder Diagram Ladder Diagram adalah sebuah diagram yang terdiri dari jaringan sakelarsakelar yang terhubung secara seri maupun paralel dalam suatu aliran tertentu. Keberhasilan ladder membawa data logika dari input ke output tergantung dari fungsi program yang dibuat. Rangkaian kontrol ladder diagram disajikan dalam bentuk diagram tangga. Diagram tangga terdiri dari dua garis vertikal dan beberapa garis horizontal. Garis horizontal sebelah kiri menunjukan hubungan dengan sumber tegangan (power rail), di sebelah kanan menyatakan hubungan dengan netral (neutral rail), dan anak tangga (rung). Liht gambar 2.18. Cara membaca ladder diagram tersebut adalah dengan membaca dari kiri ke kanan dan dari atas ke bawah. Setiap rung tidak boleh di akhiri oleh lebih dari 1 ouput. Input / output diidentifikasi melalui alamatnya. Gambar 2.13. Skema ladder diagram. a. Komponen dasar ladder diagram Kontak / input Gambar 2.14. (a) Simbol kontak NO, (b) symbol kontak NC pada ladder diagram. 13
Koil / output Gambar 2.15. (a) dan (b) Simbol kondisi kerja koil pada ladder diagram. Timer Timer bekerja jika timer coil mendapat logika 1 dari inputnya. Timer akan menghitung sampai preset value dan timer contact akan aktif. Counter Counter coil akan aktif dan menghitung jika input pulsa berubah dari 0 ke 1 (rising edge). Counter coil akan mati dan nilai kembali ke 0 jika input reset diaktifkan. 2.4.5 PLC Yokogawa FA-M3 Gambar 2.16. (PLC Yokogawa FA-M3). PLC Yokogawa FA-M3 adalah PLC tipe modular, yang komponen komponenya terpisah dalam beberapa modul, sehingga memungkinkan ditambahkan modul modul khusus sesuai kebutuhan dan memungkinkan ekspansi jumlah input / output yang lebih banyak. 14
Gambar 2.17 (Main unit dan sub unit PLC Yokogawa FA-M3). 2.4.6 Software WideField2 R5.02 Gambar 2.18 Software WideField 2. Software yang digunakan untuk memprogram PLC Yokogawa FA-M3 adalah WideField 2 versi R5.02 (technical information - FA-M3 Programming Tool WideField 2 for Ladder). Software tersebut memakai bahasa pemograman ladder diagram dan mnemonic. Widefield 2 memungkinkan penggunanya untuk koneksi dengan FA-M3 menggunakan USB (RS-232C untuk beberapa tipe CPU), ethernet dan FA-link. 15
Gambar 2.19. Diagram operasi WideField 2 2.5 Power supply Power supply adalah sebuah piranti elektronika yang menjadi sumber adanya tegangan dan arus, jenis dari power supply sendiri dapat berupa tegangan bolak balik (AC) atau berupa tegangan searah (DC). Untuk tegangan bolak balik catu daya dapat diambil langsung dari jala-jala PLN, namun untuk tegangan searah diperlukan rangkaian penyearah yang menyesuaikan dengan kebutuhan. 2.5.1 Transformator Transformator adalah sebuah komponen yang mampu merubah tegangan bolak balik (AC) yang terdiri dari dua gulungan kawat yang terpisah satu sama lain, yang dililitkan pada inti yang sama. Gambar 2.20 gulungan trafo 16
Daya listrik dipisahkan dari kumparan primer ke kumparan sekunder dengan perantaraan garis gaya magnit (flux magnit) yang dibangkitkan oleh aliran listrik yang mengalir melalui kumparan primer. Prinsip kerja dari transformator adalah saat kumparan primer dihubungkan ke sumber listrik AC, pada kumparan primer timbul gaya gerak magnit bersama yang bolak balik juga. Dengan adanya gaya gerak magnit ini, disekitar kumparan primer timbul fluk magnit bersama yang juga bolak balik. Adanya fluk magnit bersama ini, pada ujung-ujung kumparan sekunder timbul gaya gerak listrik induksi sekunder yang mungkin sama, lebih tinggi, atau lebih rendah dari gaya gerak listrik primer. Hal ini bergantung pada perbandingan transformasi kumparan trafo tersebut. 2.5.2 Rangkaian tegangan searah (DC) Ada berbagai macam cara untuk mendapatkan tegangan searah, diantaranya adalah menggunakan rangkaian berikut ini : Gambar 2.21 Rangkaian tegangan DC Pada gambar 2.22 merupakan rangkaian power supply yang terdiri dari penyearah berupa diode dan dilengkapi dengan filter berupa kapasitor, dengan filter ini bentuk gelombang yang semula tegangan keluarnya berbentuk setengah gelombang bisa menjadi rata. Gambar 2.22 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. 17
Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor. Gambar 2.22 Grafik tegangan keluaran kapasitor Untuk mendapatkan grafik keluaran yang lurus maka diperlukan komponen regulator, regulator tersebut dapat berupa Diode zener untuk arus dibawah 500 ma dan IC regulator yang bervariasi arus maksimalnya. Untuk IC regulator 1 A dapat menggunakan IC LM78xx, IC ini mempunyai karakteristik menyeimbangkan tegangan output bila tegangan input berubah sewaktu waktu. Gambar 2.23 Diagram skematik LM78xx 18
Untuk aplikasi rangkaian power supply dapat langsung menerima keluaran dari kapasitor, berikut gambar rangkaiannya : Gambar 2.24 Aplikasi LM78xx 2.6 Konveyor Konveyor adalah merupakan sebuah ban berjalan yang biasa digunakan oleh pelaku usaha untuk sebuah proses produksi terintegerasi, aplikasi konveyor terdapat pada pengangkutan batubara, proses perakitan mesin, proses produksi makanan dan lain sebagainya. Konveyor digerakan oleh sebuah motor yang memiliki kapasitas yang diatas beban dari konveyor tersebut, penghubung motor dan konveyor dapan berupa sambungan pulley, rantai dan lain sebagainya. 19