Optimasi Jaringan Saraf Listrik Sebagai Virtual Praktikum Kendali dan Otomasi Proses

Optimasi Jaringan Saraf Listrik Sebagai Virtual Praktikum Kendali dan Otomasi Proses Suhendar 1 dan Anggoro Suryo Pramudyo 2 1,2 Jurusan Teknik Elektro, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, suhendar@ft-untirta.ac.id 1, pramudyo3@yahoo.com 2 Abstrak Peneitian ini dilakukan sebagai solusi untuk mengatasi masalah keterbatasan alat dan bahan praktikum matakuliah teknik kendali proses di Jurusan Teknik Elektro Universitas Sultan Ageng Tirtayasa. Langkah yang ditempuh adalah mengoptimalkan dan mengembangkan model virtual praktikum berbasis jaringan saraf listrik. Luaran penelitian ini diharapkan dapat memberikan konstribusi terhadap: Optimalisasi sistem jaringan saraf listrik sebagai teknologi virtual praktikum sistem kendali proses, efektivitas dan efisiensi sistem pembelajaran yang memberikan daya tarik kepada mahasiswa karena model dan media belajar yang ditawarkan lebih menarik, dan peningkatkan keterampilan dan hasil belajar mahasiswa pada mata kuliah praktikum Teknik Kendali proses. Kata Kunci: Jaringan Saraf Listrik, Virtual Praktikum, Teknik Kendali Proses. 1. PENDAHULUAN Dalam rangka mengefektifkan proses pelak-sanaan praktikum pada mata kuliah Sistem Kendali Proses adalah membuat dan mengembangkan model media pembelajaran sebagai alat atau metode yang membantu mengoptimalkan proses belajar mengajar. Penelitian ini dilakukan dengan tujuan untuk menerapkan strategi pembelajaran yang efektif melalui proses dan tahapan: 1. mengembangkan sistem pemrograman jaringan saraf listrik sebagai media bantu virtual praktikum sistem kendali proses 2. membantu mahasiswa untuk melakukan uji coba setiap job praktikum yang dapat dilakukan di luar laboratorium dan di luar jam praktikum. 2. JARINGAN SARAF LISTRIK 2.1 Teknik Kendali Proses Teknik kendali proses merupakan proses pengaturan terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu rangkuman range tertentu. Dalam istilah lain disebut juga teknik pengaturan, sistem pengendalian atau sistem pengontrolan (Wolfgang, 2002). Ditinjau dari segi peralatan dan instrumen yang digunakan, sistem kendali terdiri dari susunan komponen fisik yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke proses agar dapat menghasil-kan prestasi yang diinginkan (Petruzella, 2004). Gambar 1. Elmen sistem kendali proses (Petruzella, 2004). Tujuan utama dari suatu sistem kendali proses adalah untuk mendapatkan optimasi berdasarkan fungsi dari sistem kendali proses itu sendiri, yaitu pengukuran (measurment), membandingkan (compareson), pencatatan, perhitungan (computation) dan perbaikan (correction). Dari blok diagram di atas: 1) Beban berupa sistem fisik yang akan dikendalikan (mekanis, elektris, termis, hidraulis atau pneumatis) 2) Controller merupakan peralatan/rangkaian untuk mengendalikan beban (sistem), biasanya dapat digabung dengan penguat 3) Respon adalah output yang diperoleh dari alat pencatat 441

4) Elemen umpan balik menunjukkan atau mengembalikan hasil pencatatan ke detector sehingga bisa dibandingkan terhadap harga yang diinginkan (distel) 5) Error detector adalah suatu alat pendeteksi kesalahan yang menunjukkan selisih antara input dan respons melalui umpan balik 2.2 Jaringan Saraf Listrik Pemrograman jaringan saraf listrik ini dapat membantu memvisualisasikan fungsi kerja rangkaian kontrol. Aplikasi ini dapat dijadikan alternatif untuk memperkenal cara kerja rangkaian kontrol listrik dengan sangat sederhana tanpa harus melakukan praktikum langsung. Program aplikasi saraf listrik me-nampilkan simulasi rangkaian kontrol proses industri dengan cara memasang gambar-gambar komponen/peralatan lisrik pada menu editor kemudian melakukan beberapa setting peralatan tambahan yang disediakan sebelum menjalankannya. Pemilihan dan pemakaian komponen aplikasi yang di-sediakan oleh program jaringan saraf listrik, tidak jauh berbeda dengan apa yang disediakan oleh Programmable Logic Controller (uamar, 2004). Secara visual, penggunaan komponen aplikasi dalam jaringan saraf listrik akan lebih memudahkan para penggunanya, termasuk mahasiswa yang akan mengujicobakan rangkaian kendali. Komponen aplikasi saraf lisrik dibagia ke dalam dua bagian, yaitu komponen input dan komponen output. Saklar NO/NC dan kontak NO/NC termasuk dalam kelompok komponen input, sedangkan lampu, kontaktor, kontak delay ON/OFF, speaker termasuk dalam kelompok komponen output. Closes (NC) berfungsi sebagai switch off rangkaian, puh button Normally Open (NO) berfungsi sebagai switch on rangkaian yang diserikan dengan kumparan operasi dari kontaktor magnet (K) dan kontak NC TOR dengan catu daya 1 fasa (R-S atau R-T atau S-T atau R-N), sedangkan kontak NO kontaktor magnet () dihubungkan parallel dengan push button NO yang berfungsi sebagai pengunci switch on tersebut. Sedangkan rangkaian pengawatan berupa gabungan rangkaian utama dengan rangkaian kontrol (rangkaian lengkap sistem kendali). Gambar 2. Rangkaian Seri 3. SIULASI VIRTUAL PRAKTIKU Input dan output di dalam rangkaian kontrol Saraf Listrik dapat di rangkaian dengan cara seri dan paralel. Dua atau lebih komponen listrik dapat dipasang secara seri apabila semua dipasang secara berurutan, seperti contoh pada Gambar 2 dan Gambar 3. 3.1 Rangkaian Kontrol Listrik Rangkaian utama merupakan gambaran rangkaian beban dan rangkaian kontak-kontak utama dari kontaktor (jika menggunakan kontaktor magnet), kontak-kontak dari circuit breaker (CB) serta komponen-komponen pengaman yang dihubungkan pada beban. Rangkaian control berupa rangkaian pengatur operasi kontaktor dan relay-relay atau pengaturan arus pengoperasian kumparan operasi kontaktor dan kumparan pengaktif relay-relay melalui kontak-kontak bantu dan kontakkontak relay yang dilengkapi dengan lampu-lampu tanda (indicator lamp). Pada gambar 5, push button Normally Gambar 3. Rangkaian Paralel Rangkaian ini dirakit dalam suatu panel kontrol atau lemari kontrol yang dibuat sesuai dengan standar. Gambar 5 adalah contoh dari rangkaian pengawatan yang menggabungkan rangkaian utama dan rangkaian 442

kontrol 4 untuk mengendalikan satu buah motor listrik induski 3 fasa. F A S A P b O f f dan pengoperasian motor lift, hoist, conveyor, mesin produksi sistem pengalengan minuman dan makanan dan sebagainya. Untuk mengendalikan satu buah motor listrik 3 fasa dari beberapa tempat dibutuhkan lebih dari satu buah push button NO yang saling dihubungkan seri dan push button NC yang saling dihubungkan parallel, seperti rangkaian kontrol pada gambar di bawah. P b O n N O R e la y Fasa On Netral 1 RELAY N C T O R 1 2 3 2 3 e K N E T R A L a b Gambar 4. Rangkaian Kontrol & Utama (Suhendar, 2005) Gambar 6. Rangkaian Pengendalian otor Listrik Dari 3 Tempat (suhendar, 2005) N P b O ff P b on 1 3 1 3 5 1 4 2 4 6 e Gambar 5. Rangkaian Pengawatan Kontrol otor Listrik Induksi 3 Fasa (Suhendar, 2005) 3.2 Pengendalian otor Listrik 3 Fasa Dari Beberapa Tempat Sistem kendali satu atau beberapa buah motor listrik 3 fasa dapat dilakukan dari stu atau beberapa tempat yang berbeda dan berjauhan. Sistem kendali seperti ini banyak digunakan di industri untuk pelayanan Gambar 7. Rangkaian Pengendalian otor Listrik Dari 3 Tempat dalam Saraf Listrik (Suhendar, 2005) 3.3 Rangkaian Berurutan Interlocking (On Ke Dan Ke On) Yang dimaksud rangkaian berurutan interlocking adalah operasi beberapa motor listrik secara bertahap, mulai dari operasi on motor pertama, kemudian motor kedua, motor ke tiga dan seterusnya. 443

F RST dari nilai torsi hubungan segitiga, arus asutnya turun menjadi 1/3-nya. Sehingga selama periode pengasutan, tegangan diturunkan sampai 58%-nya. K3 On K3 On On K3 N a b Gambar 9. Rangkaian Kontrol Pengendali 3 otor Listrik Berurutan dalam Saraf Listrik Gambar 8. Rangkaian Kontrol Pengendali 3 otor Listrik Berurutan Interlocking (Suhendar, 2005) Untuk mematikannya (sistem off) dapat dilakukan dengan menekan tombol off dimulai dari off motor ketiga. Jika 3 ditekan yang mati hanya motor ketiga saja. Pada rangkaian berurutan ini, untuk menghidupkan motor diawali dengan menghidupkan terlebih dahulu motor pertama kemudian kedua dan terakhir motor ketiga, sedangkan untuk mematikannya diawali dari motor ketiga kemudian kedua dan terakhir motor pertama. 3.4 Rangkaian Start/Delta otor Listrik 3F otor listrik induksi tiga fasa yang mempunyai kapasitas daya minimal 4 kw sampai dengan 6 kw harus diasut pada saat motor tersebut mulai dijalankan (distart). Salah satu cara untuk mengasut motor listrik induski tiga fasa yaitu dengan system saklar bintang/ segitiga. Pengasutan motor dengan metode ini dapat dilakukan secara manual menggunakan saklat TPDT atau Cam Switch atau secara otomatis menggunakan bantuan kontaktor magnet. Pada awal pengorasiannya, motor dihubungkan bintang dan beberapa detik kemudian motor dihubungkan segitiga untuk operasi nominal (running). Kapasitas tegangan motor pada saat beroperasi bintang sebesar 1/ 3 kali tegangan jaringan atau tegangan antar fasa dan membangkitkan 1/3 torsi Pengendalian untuk mengasut motor listrik secara bintang segitiga dapat dilakukan dengan menggunakan dua atau tiga buah kontaktor sebagai kontrolnya. Jika digunakan dua buah kontaktor magnet maka masingmasing kontaktor ( dan ) akan bekerja dalam rangkaian yang berbeda. Kontaktor kedua akan bekerja terlebih dahulu yang mengendalikan motor dalam operasi bintang sedangkan selang beberapa detik setelah penurunan arus asut (kira-kira 2 sampai dengan 5 detik), kontaktor kedua mulai beroperasi nominal (running) dalam rangkaian segitiga. Jika digunakan tiga buah kontaktor magnet maka kontaktor ( dan K3) akan bekerja bersamaan untuk mengoperasikan motor dalam rangkaian bintang dan setelah arus asutnya mengalami penurunan baru kontaktor dan yang akan bekerja untuk mengendalikan motor dalam operasi segitiga. Kedua cara penggunaan dua atau tiga buah kontaktor magnet perlu diperhatikan bahwa pada saat motor sedang beroperasi dalam rangkaian bintang, maka kontaktor jika menggunakan dua buah kontaktor dan jika menggunakan tiga buah kontaktor tidak boleh dapat dihidupkan sampai arus asutnya mengalami penurunan dalam waktu yang telah ditentukan. Untuk mengantisipasi keadaan tersebut dapat dibuat rangkaian pengendali yang saling mengunci (interlocking). Di bawah ini digambarkan dengan jelas perbedaan rangkaian pengendali bintang-segitiga antara yang 444

menggunakan dua buah kontaktor dengan yang menggunakan tiga buah kontaktor. F On N NC a On b Gambar 10. Rangkaian Star/Delta otor Listrik enggunakan 3.6 Penggunaan Timer Dalam Rangkaian embalik Putaran Timer juga dapat diterapkan dalam system pengendalian arah putaran motor listrik tiga fasa. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi agar tidak terjadi kerusakan pada lilitan motor sebagai akibat dari operasi mendadak dari putaran dengan arah yang berlawanan. Perpindahan operasi dari arah maju (forward) ke putaran mundur Reverse) tidak boleh dilakukan secara langsung atau mendadak tetapi harus ada selang waktu beberapa detik atau beberapa menit. Seperti pada rangkaian kontrol onvensional di bawah ini, motor listrik tiga fasa akan beroperasi forward (misalnya) dengan dikendalikan oleh kontaktor, setelah beberapa detik atau beberapa menit sesuai dengan waktu yang kita setting melalui TDR, motor akan berhenti sejenak secara otomatis sampai beberapa waktu kemudian motor akan beroperasi kembali dengan arah putaran yang berbeda dengan waktu pengendalian dilakukan TDR kedua. F 2 Kontaktor [5] On d1 d2 d2 d1 d2 d1 a b Gambar 11. Rangkaian Star/Delta otor Listrik 2 Kontaktor dalam Saraf Listrik Gambar 12. embalik Arah Putaran otor Listrik enggunakan Timer (Suhendar, 2005) 3.5 445

DAFTAR PUSTAKA Link, Wolfgang, 2002, Pengukuran, Pengendalian, dan Pengaturan dengan PC (Praktikum Otomasi dengan Pengaturan Numerik), Elex edia Komputindo Jakarta uamar, Ahmad, 2004, Sistem Kontrol I/O dan Kontrol Suara, Andi Yogyakarta Petruzela, FD., 2004, Industrial Electronic, Prentice- Hall. Inc. Nunamaker, Jay F, et. all, 2002, System Development in Information System Research, Journal of management Information Systems/Winter 1990-91, Vol. 7, No. 3, pp. 89-106 Suhendar, 2005, Programmable Logic Control Dalam Dasar-Dasar Sistem Kendali otor-otor Listrik Induksi, Graha Ilmu Yogyakarta. Gambar 13. embalik Arah Putaran enggunakan Timer Dalam Saraf Listrik 4. KESIPULAN Pengunaan pemrograman jaringan saraf listrik sebagai media bantu pembelajaran praktikum Sistem Kendali Proses memberikan beberapa pengaruh terhadap kelancaran dan peningkatan pemahaman mahasiswa, diantaranya: 1) Waktu pelaksanaan praktek menjadi lebih efektif dan biaya lebih efisien sehingga membuka peluang secara terbuka kepada mahasiswa untuk mengulang dan berlatih mempraktekkan setiap job yang ada dalam modul praktek 2) Pemrograman jaringan saraf listrik mampu memberikan daya tarik kepada mahasiswa karena model dan media belajar yang ditawarkan sangat menarik Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan membuat rancang bangun teknik antarmuka yang dapat menghubungkan antara sistem jaringan saraf listrik dengan modul-modul hardware praktikum sistem kendali proses dan penggunaan motor-motor listrik. 446