RANCANG BANGUN PENGASUTAN LANGSUNG DOUBLE SPEED FORWARD REVERSE MOTOR INDUKSI 3 FASA BERBASIS PLC OMRON CP1L-20DR-A Hilman Herdiana Mahasiswa Diploma 3 Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung ABSTRAK Motor listrik yang banyak digunakan di industri adalah motor induksi tiga fasa. Sistem pengasutan motor induksi tiga fasa yang sering dijumpai di suatu industri adalah sistem pengasutan langsung. Juga tidak sedikit industri yang menggunakan motor induksi dengan pengasutan langsung dua kecepatan dengan dua arah putar. Dengan semakin berkembangnya teknologi dalam sarana industri agar dalam pelaksanaan proses produksi terbilang lebih sederhana dibandingkan dengan rangkaian konvensional, maka kita membutuhkan suatu media kontrol yang bersifat universal, PLC (Programmable Logic Controller) atau pengendali logika terprogram dengan berbagai kelebihan dan kemudahan pemakaiannya merupakan salah satu solusi untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Maka dalam proyek akhir ini penulis membahas pengendalian motor induksi tiga fasa dengan sistem pengasutan langsung dua kecepatan dengan dua arah putar berbasis PLC CP1L-L20DR-A. Kata Kunci : Pengasutan langsung motor dua kecepatan dengan dua arah putar, PLC CP1L-L20DR-A I. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Suatu industri sangat membutuhkan motor listrik sebagai penggerak mesin-mesin untuk menunjang proses produksi. Setiap motor listrik yang digunakan untuk proses produksi tidak selalu menggunakan kecepatan dan arah putar motor yang tetap. Tetapi ada juga yang menggunakan kecepatan dan arah putar motor yang berbeda untuk proses produksinya. Salah satu cara untuk mengubah kecepatan dan arah putar motor yaitu dengan menggunakan motor dua kecepatan dengan dua arah putaran. Karena teknologi semakin canggih maka penulis akan merancang pengasutan ini dengan menggunakan PLC. Agar sistem pengasutan ini dapat dioperasikan melalui PLC. Untuk membuat sistem pengasutan langsung motor induksi double speed forward reverse berbasis PLC ini membutuhkan suatu perencanaan. Menurut PUIL 2000 pasal 5.5.1.2, setiap motor dan lengkapannya harus dirancang dengan tepat. Serta penggunaan komponen pun harus tepat. (Puil 2000,2000: 178). Perencanaan juga merupakan tahapan awal dalam sebuah pekerjaan yang akan dilakukan, dalam hal ini yaitu meliputi merancang sistem, menentukan komponen yang digunakan, menggambar sistem dan membuat Ladder diagram. 1.2 Tujuan 1. Merancang gambar instalasi sistem pengasutan motor double speed forward reverse berbasis PLC. 2. Menentukan komponen sesuai standar yang diperlukan untuk instalasi sistem pengasutan langsung motor induksi double speed forward reverse berbasis PLC. 3. Menganalisa sistem Pengasutan double speed forward reverse berbasis PLC. 1.3 Batasan Masalah 1. Bahasan mengenai instalasi sistem pengasutan langsung motor induksi dua kecepatan (dahlander) dengan dua arah putar berbasis PLC. 2. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) mengenai instalasi sistem pengasutan langsung motor induksi double speed forward reverse.
II. Landasan Teori 2.1 Prinsip Kerja Motor Induksi Prinsip kerja motor induksi dapat dilihat pada gambar dibawah ini : ns = 120 f P.. (2.1) Keterangan : ns = Kecepatan medan putar stator F P = Frekuensi = Jumlah Kutub 2.3 Komponen yang Digunakan Gambar 2.1 Prinsip kerja motor induksi Ketika tegangan fasa U masuk ke belitan stator menjadikan kutub S (south = selatan), garis-garis gaya magnet mengalir melalui stator, sedangkan dua kutub lainnya adalah N (north = utara) untuk fasa V dan fasa W. Kompas akan saling tarik-menarik dengan kutub S. Komponen yang digunakan diantaranya: 1. Kabel 2. Kontaktor 3. Sakelar Tekan 4. Lampu Indikator 5. MCB (Miniature Circuit Breaker) 6. TOLR (Thermal Overload Relay) 7. PLC (Programmable Logic Controller) III. Perencanaan Alat 3.1 Flow Chart Sistem Berikutnya kutub S pindah ke fasa V, kompas berputar 120, dilanjutkan kutub S pindah ke fasa W, sehingga pada belitan stator timbul medan magnet putar. Buktinya kompas akan memutar lagi menjadi 240. Kejadian berlangsung silih berganti membentuk medan magnet putar sehingga kompas berputar dalam satu putaran penuh, proses ini berlangsung terus menerus. Dalam motor induksi kompas digantikan oleh rotor sangkar yang akan berputar pada porosnya. Karena ada perbedaan putaran antara medan putar stator dengan putaran rotor, maka disebut motor induksi tidak serempak atau motor asinkron. 2.2 Prinsip Kerja Motor Dua Kecepatan (Dahlander) Untuk merubah kecepatan motor dahlander, dilakukan dengan cara mengubah jumlah kutubnya. Semakin besar jumlah kutub, maka kecepatan putaran motor akan semakin rendah. Tetapi semakin kecil jumlah kutub, maka akan semakin tinggi kecepatan putaran motornya. Sesuai rumus :
3.2 Diagram Satu Garis Diagram satu garis adalah diagram yang menggambarkan suatu instalasi sistem secara singkat. Diagram satu garis pada pengasutan motor biasanya hanya merupakan rangkaian dari simbol-simbol listrik yang dihubungkan dengan satu garis. Gambar 3.1 Diagram satu garis pengasutan double speed forward reverse Dari gambar diatas diketahui R, S, T merupakan fasa utama. Sedangkan N merupakan netral yang juga bersumber dari penyedia tenaga listrik. Netral dibutuhkan untuk kontaktor. Karena kontaktor dapat bekerja jika mendapatkan sumber fasa dan netral, MCB diatas berfungsi sebagai pengaman apabila terjadi hubung singkat dan beban lebih pada rangkaian. Gambar yang berupa amplop merupakan bahwa pengasutan ini dioperasikan secara manual. Dan gambar garis dengan petunjuk arah merupakan kinerja motor dua kecepatan dengan dua arah putar. 3.3 Diagram Daya Rangkaian daya merupakan rangkaian utama yang menghubungkan sumber dengan beban secara langsung. Rangkaian daya berisi kontak-kontak utama yang bekerja berdasarkan fungsi menurut rangkaian kontrolnya. Gambar 3.2 Diagram daya pengasutan double speed forward reverse Seperti ditunjukkan pada gambar 3.2 merupakan diagram daya pengasutan langsung double speed forward reverse. Ketika kontaktor 1 (K1M) bekerja maka motor berputar dengan kecepatan rendah dengan putaran searah jarum jam dan kontaktor yang lain tidak dapat bekerja. Ketika kontaktor 2 (K2M) bekerja maka motor akan berputar dengan kecepatan rendah dengan putaran berlawanan arah jarum jam. Untuk mengoperasikan motor dengan kecepatan tinggi, yang harus bekerja terlebih dahulu yaitu kontaktor 5 (K5M) sehingga belitan motor terhubung Y. ketika kontaktor 3 (K3M) bekerja maka motor akan berputar dengan kecepatan tinggi dengan putaran searah putaran jarum jam. Ketika kontaktor 4 bekerja maka motor berputar dengan kecepaatan tinggi dengan putaran berlawanan arah putaran jarum jam. 3.4 Diagaram Kontrol Rangkaian kontrol merupakan rangkaian yang mengendalikan fungsi kerja suatu rangkaian. Peralatan yang termasuk rangkaian kontrol adalah yang tidak
berhubungan secara langsung dengan beban. Diagram yang menunjukkan bagaimana rangkaian kontrol itu berfungsi disebut diagram kontrol. Pembuatan diagram kontrol haruslah sesuai standar yang ditentukan. Gambar 3.3 diagram kontrol pengasutan langsung double speed forward reverse sehingga aliran arus akan menuju K4 dan K5. Kontak bantu NO (pengunci) dari kedua kontaktor ini akan bekerja sehingga walaupun tombol S4 dilepas, K4 dan K5 akan tetap bekerja. Ketika k4 bekerja, motor bekerja pada kecepatan tinggi dengan arah putar ke kiri. d. Putar ke kiri (kecepatan rendah) : ketika S2 ditekan maka Kontaktor K4 akan berhenti bekerja. Karena kontak NC dari S2 membuka, sehingga tidak ada aliran arus ke K4. Saat itu kontak (NO) pengunci dari K2 akan menutup sehingga walaupun S2 dilepas, K2 akan tetap bekerja. Pada kondisi ini motor bekerja pada kecepatan rendah dengan arah putar ke kiri. 3.6 Pemilihan Komponen 3.6.1 Pemilihan MCB 3.5 Cara kerja Rangkaian Rating MCB low Speed : 250% x I n1 a. Putaran ke kanan (kecepatan rendah) : Ketika tombol S1 ditekan maka kontaktor K1 akan bekerja. Pengunci dari K1 akan menutup sehingga walaupun S1 dilepas, K1 akan tetap bekerja. Motor bekerja pada kecepatan rendah. b. Putar ke kanan (kecepatan tinggi) :Ketika tombol S3 ditekan maka Kontaktor K1 akan berhenti bekerja, karena aliran arus terputus saat kontak NC dari S3 yang mengalir ke K1 terputus. Sedangkan NO dari S3 akan menutup sehingga aliran arus akan menuju K3 dan K5. Kontak bantu NO (pengunci) dari kedua kontaktor ini akan bekerja sehingga walaupun tombol S3 dilepas, K3 dan K5 akan tetap bekerja. Motor bekerja pada kecepatan tinggi dengan arah putar ke kanan. c. Putar ke kiri (kecepatan tingi) : Ketika tombol S4 ditekan maka Kontaktor K3 akan berhenti. Karena aliran arus yang mengalir ke K3 akan terputus saat kontak NC dari K4 terbuka. Sedangkan NO dari S4 akan menutup Rating Maksimal MCB : 250% x 2,82A : 7,05 A : 250% x I n2 : 250% x 3,48A : 8,7 A MCB yang digunakan dari hasil perhitungan adalah : Tabel 3.1 name plate MCB yang digunakan No Spesifikasi Nilai 1 Merk Hager 2 Type MY310E 3 Arus Max 6 A 4 Tegangan Max 400 V 5 Breaking capacity 4,5 KA 3.6.2 Pemilihan Kontaktor Kontaktor yang digunakan berdasarkan perhitungan adalah :
Tabel 3.2 Kontaktor yang digunakan No Spesifikasi Nilai 1 Merk OTTO 2 Tipe SN-10 3 Kemampuan daya 4KW 4 Tegangan kontak 400 V 5 Arus kontak 20 A 6 Tegangan koil 230 V 7 Frekuensi 50 Hz 3.6.3 Pemilihan TOLR I set TOLR I n TOLR yang digunakan sesuai dengan name plate beban adalah : Tabel 3.3 TOLR yang digunakan No Spesifikasi Nilai 1 Merk Schneider 2 Tipe LRD 08 3 Rating Arus 2,5 4 A 3.6.4 Pemilihan Penghantar Untuk menentukan KHA yaitu : KHA = 125% x I n = 125% x 3,48 A = 4,35 A Menurut PUIL 2000, KHA 4,35 A didapat kabel dengan luas penampang 0,75 mm 2. akan tetapi PUIL 2000 pasal 8.5.10.2 menyebutkan bahwa penghantar tembaga harus berukuran minimal 1,5 mm 2. (Puil 2000, 2000: 366). Serta disesuaikan pula dengan sepatu kabel di pasaran yang memiliki ukuran minimal untuk penghantar 1,5 mm 2. Maka luas penampang kabel kontrol dipilih dengan ukuran 1,5 mm 2.. Tabel 3.4 Penghantar yang digunakan Penggunaan Penghantar Kabel Daya NYAF 1 x 1.5mm 2 Kabel Kontrol NYAF 1 x 1.5mm 2 Kabel Sumber NYY 4 x 1.5mm 2 3.6.4 Pemilihan Push Button Push button yang digunakan adalah sebagai berikut : Tabel 3.5 Push button yang digunakan No Penggunaan Spesifikasi 1 Tombol Stop V kontak = 220 Volt Warna = Hitam / Merah Tombol Start V kontak = 220 Volt 2 forward - low Warna = Hijau / Putih speed Tombol Start V kontak = 220 Volt 3 reverse - low Warna = Hijau / Putih speed Tobol Start V kontak = 220 Volt 4 Forward - High Warna = Hijau / Putih Speed Tombol Start V kontak = 220 Volt 5 Reverse - High Warna = Hijau / Putih Speed 3.6.5 Pemilihan Lampu Tanda Lampu tanda yang digunakan adalah sebagai berikut : Tabel 3.6 Lampu tanda yang digunakan No Penggunaan Spesifikasi 1 2 3 Indikator sistem bertegangan Indikator Keadaan Normal Indikator Over Load 3.6.6 Pemilihan PLC V = 220Volt f = 50Hz Warna Putih/Tidak berwarna V = 220Volt f = 50Hz Warna Hijau V = 220Volt f=50hz Warna Kuning Pada gambar 3.3 diagram kontrol pengasutan double speed forward reverse terdapat 5 buah push button dan 2 buah TOLR yang apabila di aplikasikan ke dalam PLC sebagai input, dan 5 buah kontaktor serta 5 buah lampu indikator
yang apabila di aplikasikan ke dalam PLC sebagai output. Maka dapat ditentukan PLC yang digunakan adalah PLC yang memiliki 7 buah input dan 6 buah output. 3.8 Timing Diagram Tabel 3.7 I/O PLC yang digunakan Nama Komponen TOLR1 TOLR2 S0 S1 S2 S3 S4 K1M / H1 K2M / H2 K3M / H3 K4M /H4 K5M H5 3.7 Ladder Diagram I/O IV Gambar 3.5 Timing diagram sistem pengasutan langsung double speed forward reverse Analisa Hasil Perancangan 4.1 Analisa Gambar Pada PUIL 2000 pasal 4.1.2.3 menyebutkan bahwa gambar rancangan instalasi listrik harus terdiri dari : a. Gambar Instalasi, meliputi: gambar tata letak komponen dan tanda yang jelas mengenai setiap perlengkapan listrik b. Diagram garis tunggal, meliputi: keterangan mengenai jenis dan besar beban yang terpasang, Sistem pembumian, serta ukuran dan jenis penghantar yang dipakai. c. Gambar rinci, meliputi: cara pemasangan perlengkapan listrik, cara pemasangan kabel, serta cara kerja instalasi kendali (bisa dilengkapi dengan keterangan atau uraian) d. Tabel bahan instalasi, meliputi: jumlah dan jenis kabel, penghantar serta perlengkapan, juga jumlah dan jenis perlengkapan bantu, Gambar 3.4 Ladder Diagram sistem pengasutan langsung Double speed forward reverse Sedangkan dari perencanaan yang sudah dijelaskan pada bab sebelumnya, gambar rancangan instalasi terdiri dari: a. Gambar kontrol b. Gambar diagram satu garis c. Gambar diagram daya
4.2 Analisa Pemilihan Komponen 4.2.1 Analisa Pemilihan MCB MCB yang dipilih masih tetap aman. Untuk arus maksimal pada hasil perhitungan diperoleh arus sebesar 8.7 A, maka kita harus memilih MCB dengan arus dibawah 8.7 A. Berdasarkan ketersediaan di pasaran maka dipilih MCB dengan arus 6 A. Untuk tegangan maksimal yang diizinkan masuk ke MCB berdasarkan rencana yaitu 380 V, namun ketersediaan di pasaran yaitu tegangan 400 V. pemilihan tersebut masih aman, karena dengan name plate 400 V berarti MCB masih bisa dialiri tegangan sebesar 380 V. Breaking Capacity berdasarkan metoda tabulasi dan perhitungan didapat BC sebesar 3.4 KA. Namun MCB yang tersedia di pasaran memiliki BC 4.5 KA. Perbedaan ini masih aman, karena dengan kemampuan BC 4.5 KA akan dapat menahan arus hubung singkat prospektif sebesar 3.4 KA. 4.2.2 Analisa Pemilihan Kontaktor Berdasarkan name plate kontaktor yang dipilih, rating arus, daya dan tegangan sudah sangat memenuhi dari data hasil perencanaan dan perhitungan. Sehingga kontaktor dapat bekerja ketika dialiri arus sebesar 3.4 A, daya beban motor 1.5KW, tegangan kontak dan koil 380V/220V, serta frekuensi 50 Hz. 4.2.3 Analisa Pemilihan TOLR Pemilihan TOLR dengan rating arus seperti diatas sudah memenuhi rating arus beban yang akan digunakan dan sudah sesuai dengan standar PUIL 2000. Dimana untuk kecepatan rendah dengan arus 2.8 A dan kecepatan tinggi 3.4 A menggunakan pengaman TOLR tipe LRD08 (2.5A sampai 4A). 4.2.4 Analisa Pemilihan Penghantar berdasarkan standar PUIL 2000 yang menjadi acuan dan ketersediaan di pasaran maka dipilih kabel NYAF dengan luas penampang berukuran 1.5 mm 2 dapat digunakan untuk sistem pengoperasian pengasutan ini. 4.2.5 Pemilihan Push Button Pemilihan warna push button diatas sudah sesuai dengan standar IEC 60204-1.dimana warna merah difungsikan sebagai tombol stop sedangkan warna hijau difungsikan sebagai tombol start. Tegangan kontak pada push button juga sudah sesuai dengan perencanaan. Dimana push button dengan tegangan kontak 240 V akan dapat mengalirkan tegangan sebesar 24 V. 4.2.6 Pemilihan Lampu Tanda Pemilihan warna lampu tanda diatas sudah sesuai dengan standar IEC 60204-1. Dimana warna hijau difungsikan sebagai tanda bahwa motor sedang bekerja dalam keadaan normal, sedangkan warna kuning difungsikan sebagai tanda bahwa motor dalam keadaan tidak normal dan membutuhkan penanganan secepatnya oleh operator. Untuk warna putih dijelaskan dalam standar IEC bahwa diperbolehkan untuk fungsi lain, oleh karena itu warna putih pada perencanaan ini digunakan sebagai tanda bahwa sistem dalam keadaan bertegangan. Tegangan kontak pada lampu tanda juga sudah sesuai dengan perencanaan. Dimana lampu tanda memiliki tegangan kontak sebesar 220V. 4.2.7 Pemilihan PLC PLC yang digunakan adalah PLC yang memiliki 7 buah input dan 6 buah output. Berdasarkan hasil diatas maka PLC yang digunakan dan yang tersedia dipasaran yaitu 12 input dan 8 output. Maka PLC yang digunakan dalam pengasutan ini adalah : Merk : Omron Type : CP1L L20DR-A I/O : 12/8 V. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Setelah melakukan penulisan tentang perancangan instalasi sistem pengasutan
langsung motor induksi double speed forward reverse berbasis PLC maka terdapat beberapa kesimpulan, yaitu sebagai berikut : 1. Untuk membuat instalasi sistem pengasutan langsung motor induksi double speed forward reverse berbasis PLC diperlukan gambar diagram satu garis, gambar diagram daya, serta gambar diagram kontrol untuk mempermudah pemasangan instalasinya. 2. Untuk menentukan spesifikasi komponen yang digunakan harus berdasarkan standar. Dalam hal ini standar yang digunakan adalah PUIL 2000. Serta berdasarkan data sheet dari merk komponen yang akan digunakan, sehingga pemilihan komponen tepat, aman, dan tersedia di pasaran. 3. Dari hasil analisa alat yang telah dirancang bahwa arus nominal yang tertera pada name plate motor tidak sesuai dengan arus nominal yang diukur karena motor tidak diberi beban. 5. Nika, Hanif, 2011 PERANCANGAN APLIKASI PLC OMRON SYSMAC CP1L PADA SISTEM PENGAYAKAN DAN PENGERINGAN KAPUK, Semarang : Universitas Diponegoro 6. OMRON, 2009, SYSMAC CP1L Introduction Manual. 7. OMRON, 2009, SYSMAC CP1L Programming Manual. 8. Siswoyo, 2008, Teknik Listrik Industri, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta 9. www.google.com diunduh pada 5-07- 2012 Pukul : 20.00 5.2 Saran Sebelum kita melakukan perancangan, kita harus mempersiapkan perencanaan dengan matang, agar perancangan yang akan kita rancang bisa berjalan sesuai dengan yang diharapkan. DAFTAR PUSTAKA 1., 2002. Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000). Jakarta : Yayasan PUIL. 2. Budiyanto, M., A. Wijaya, Pengenalan Dasar-dasar PLC(Programmable Logic Controller), Gava Media, Yogyakarta. 3. CX-Programmer User Manual Version 9.0 4. Ismail, Fauzi Nur, 2011. Perencanaan instalasi sistem pengasutan langsung motor dahlander dengan dua arah putar pada motor control center. Bandung : Polban