PLC dan Elektropneumatic

ALAT-ALAT BANTU SEBAGAI PENDUKUNG PLC

A. PENDAHULUAN

Peralatan pendukung pengoperasian PLC banyak digunakan karena pertimbangan kemampuan hantar arus PLC. Oleh sebab itu untuk mengoperasikan peralatan dengan jumlah arus diatas 3 Ampere PLC membutuhkan peralatan pendukung untuk mensupport pengoperasian mesin-mesin di Industri dsb.

Penggunaan peralatan pendukung ini harus memperhatikan kemampuan hantar arus, efektifitas rangkaian, keamanan dll.

Alat-alat pendukung yang banyak digunakan antara lain : kontaktor magnet (magnetic contactor), relay, TOR (thermal overload Relay), MCB (mini Circuit Breaker), MCCB, ELCB dsb.

B.  KONTAKTOR MAGNET

Unit ini merupakan bagian dasar dari unit-unit berikutnya, sehingga pada bagian ini akan banyak membahas tentang penggunaan dan prinsip kerja kontaktor. Kontaktor magnet atau saklar magnet ialah saklar yang bekerja berdasarkan kemagnetan. Artinya saklar ini bekerja jika ada gaya kemagnetan. Magnet berfungsi sebagai penarik dan pelepas kontak-kontak. Sebuah kontaktor harus mampu mengalirkan arus dan memutuskan arus dalam  keadaan kerja normal. Arus kerja normal ialah arus yang mengalir selama pemutusan tidak terjadi. Sebuah kontaktor magnetnya (koil) dapat dirancang untuk arus searah (arus DC) atau arus bolak-balik (arus AC). Kontaktor arus AC ini pada inti magnetnya dipasang cincin hubung singkat, gunanya adalah untuk menjaga arus kemagnetan agar kuntinu sehingga kontaktor tersebut dapat bekerja normal. Sedangkan pada kumparan magnet yang dirancang untuk arus DC tidak dipasang cincin hubung singkat.

            Ukuran dari kontaktor ditentukan oleh batas kemampuan hantar arusnya. Biasanya pada kontaktor terdapat beberapa kontak, yaitu kontak normal membuka (Normally Open = NO) dan kontak  normal tertutup (Normally Close = NC). Kontak NO berarti saat kontaktor magnet belum bekerja kedudukannya membuka dan bila kontaktor bekerja kontak itu menutup/menghubung. Sedangkan kontak NC berarti saat kontaktor belum bekerja kedudukan kontaknya menunup dan bila kontaktor bekerja kontak itu membuka. Jadi fungsi kerja kontak NO dan NC berlawanan. Kontak NO dan NC bekerja membuka sesaat lebih cepat sebelum kontak NO menutup.

Fungsi dari kontak-kontak dibuat untuk kontak utama dan kontak bantu. Kontak utama terdiri dari kontak NO dan kontak bantu terdiri dari kontak NO dan NC. Kontruksi dari kontak utama berbeda dengan kontak bantu, yang kontak utamanya mempunyai luas permukaan yang luas dan tebal. Kontak bantu luas permukaannya kecil dan tipis.

            Kontak utama digunakan untuk mengalirkan arus utama yaitu arus yang diperlukan untuk pesawat pemakai listrik, pesawat pemanas dan sebagainya. Sedangkan kontak bantu digunakan sebagai rangkaian kendali (control),  untuk mengalirkan arus bantu yaitu arus yang diperlukan untuk kumparan magnet, alat bantu rangkaian, lampu-lampu indikator, dan lain-lain. Notasi dan penomoran kontak-kontak kontaktor sebagai berikut. 

Gambar 37  Simbol Konstruksi Kontaktor Magnet

Jika digunakan untuk I/O PLC maka coil (A1-A2) sebagai kontak (bit) output sedangkan kontak bantu dan kontak utama (baikNO maupun NC) sebagai bit (kontak) input.

Contoh rangkaian berikut menggunakan kendali PLC dengan timer .

Jika gambar kendali disamping adalah mengoperasikan mesin secara bergantian secara manual kita buat menjadi mengoperasikan mesin bergantian secara otomatis setiap 10 menit maka diagram laddernya menjadi sbb :

Pada gambar diatas ladder untuk menggantikan gambar diatas output 01002 menggantikan coil (A1-A2) dari kontaktor 1 (K1) dan output 01003 menggantikan coil (A1-A2) dari kontaktor 2 (K2).

Jadi output PLC (01002 dan 01003) dihubungkan ke coil masing-masing sedangkan kontak NO (13-14) dan NC (21-22) pada kontaktor tidak digunakan karena sudah digantikan oleh PLC dengan bit (kontak) 00000 dan 00001

C. THERMAL OVERLOAD RELAY  /TOR (Beban Lebih)

            Over load relay adalah piranti-piranti yang paling ekonomis untuk dipergunakan sebagai pengaman motor terhadap beban lebih, baik pada waktu starting maupun pada waktu bekerja (running)

Bagian-bagian terpenting dari sebuah overload relay adalah :

1.    Elemen pemanas (heater)

2.    Bimetal

3.    Kontak-kontak overload (NC dan NO)

Lain-lainnya adalah tombol reset, pengatur nilai arus OL, dan triping bar over load relay dipasang tersendiri atau dapat juga dijepitkan langsung ke kontak-kontak kontaktor magnet.

Cara kerja :

Apabila beban lebih terjadi, pada motor maka arus beban lebih yang besar mengalir kedalam gulungan-gulungan stator motor tersebut. Kondisi begini akan membahayakan, motor akan terbakar karenanya. Dengan adanya overload relay maka motor dapat terhindar dari kerusakan atau terbakar.  Oleh karena heater tersambung deret dengan gulungan-gulungan stator motor maka arus beban-lebih yang mengalir akan memanasi heater tersebut, sehingga membuat bimetal ikut panas dan akhirnya melengkung. Bimetal ini kemudian mendorong trip bar yang selanjutnya membuat kontak-kontak NC  overload menjadi terbuka.

Terbukanya kontak-kontak NC, ini mengakibatkan aliran arus didalam rangkaian kontrol terputus. Coil kontaktor menjadi hilang  kemagnitannya dan semua kontak-kontak utama kontaktor kembali terbuka seperti semula, dan motor pun berhenti berputar.

Selanjutnya, apabila motor akan dijalankan kembali (beban sudah dinormalkan lebih duhulu) maka tekanlah tombol reset sebelum mulai menekan tombol start. Tanpa       me-reset lebih dahulu, motor tak dapat di start kembali.

Over load relay mampu juga memberikan proteksi terhadap :

1.    Undervoltage (tegangan kurang)

Single phasing atau 2 fasa ( motor bekerja dengan 1 kawat  fasa terlepas )

Gambar 38  Simbol Thermal Over Load Relay (TOR)

Hal – hal yang perlu diperhatikan pada aplikasi dan pengoperasikan overload relay:

1.    Over load relay dengan manual reset: selalu digunakan pada piranti-piranti dengan kontak yang terus menerus berhubungan (two wire kontrol), misalnya saklar-saklar tekanan (pressure switch) dan saklar-saklar limit (limit switch), untuk mencegah start kembali secara otomatis (automatic restarting)

2.    Overload relay dengan outomatic reset: dapat digunakan hanya untuk piranti-piranti dengan impulse contact, misalnya tombol tekan dan lain-lain, sebab dengan dinginnya kembali alat pengetrip tidak membuat hubungan kembali secara otomatis (automatic reconnection)

3.    Pengetesan overload relay :

a.    Lakukan, single phasing, ketika motor sedang bekerja dalam beban penuh, atau

b.    Alirkan arus ke motor dengan rotor yang tertahan (stalled rotor)

4.    Nilai arus overload disetel sesuai dengan nilai nominal motor (the rated motor current). Bila distel terlalu rendah dari nilai arus motor dan jika terlalu tinggi maka proteksi beban penuh tidak bias dijamin.

5.    Overload relay harus bekerja bilamana konsumsi arus motor meningkat, disebabkan oleh beban lebih mekanis, undervoltage dan/atau single phasing pada waktu motor dalam kondisi beban penuh.  Dan relay ini juga harus bekerja bila mana motor gagal untuk start yang dikarenakan oleh tertahannya rotor (stalled totor), Undervoltage ataupun single phasing.

6.    Overload relay akan rusak; pada waktu terjadi hubung singkat dibagian sisi beban dari relay jika nilai sikring back-up terlalu tinggi. Hal ini akan membahayakan kontaktor dan motor.

Kontak NC dan NO (95-96 dan 97-98) dari TOR jika digunakan pada kendali PLC sebagai bit (kontak) input dari PLC.

D.RELAY PENUNDA WAKTU  (Time Delay Relay)

Relay penunda waktu  banyak digunakan pada instalasi motor terutama pada instalasi yang membutuhkan pengaturan waktu secara otomatis.

Gambar 39   Simbol Timer Delay Relay (TDR)

TDR adalah relay penunda waktu yang dilengkapi dengan suatu peralatan yang dapat menggerakkan komponen-komponen mekanik secara otomatis apabila diberi arus listrik. Bekerjanya komponen-komponen tersebut dapat diatur waktunya sesuai dengan yang dibutuhkan.

E.CIRCUIT BREAKER

Peralatan lain yang juga berfungsi  sama dengan pengaman lebur ialah circuit breaker. Alat ini bekerja bedasarkan besarnya arus yang mengalir serta lamanya arus tersebut mengalir. Prinsip pemutusan berdasarkan panas (termis) maka dikenal dengan pengaman termis arus lebih. Adakalanya pengaman lebur dipasang bersamaan dengan circuit breaker pada suatu instalasi untuk mencegah gangguan sekecil mungkin. Alat ini mempunyai kelebihan, yaitu dapat dihubungkan kembali (reset) setelah putus, yaitu dengan menekan tombol reset. Sebagian alat ini mempunyai tombol reset, tetapi akan kembali normal setelah beberapa waktu.

MINIATUR CIRCUIT BREAKER  ( MCB )

Peralatan yang kecil dari circuit breaker disebut miniature circuit breaker ( MCB ) yang merupakan alat pemutus otomatis yang sangat baik digunakan untuk mendektisi besarnya arus lebih. MCB bekerja sebagaimana termal overload relay, mempunyai bimetal yang dapat panas bila dialiri arus lebih. Jika terjadi arus lebih pada rangkaian, bimetal akan menjadi panas dan melengkung memutuskan kontak listrik sehingga rangkaian terlindungi. Karakteristik arus waktu untuk MCB hampir sama dengan pengaman lebur. Karena itu MCB sering digunakan bersama dengan pengaman lebur. Dalam instalasi motor dengan kapasitas arus lebih dari 100 A, MCB harus dipasang bersamaan dengan pengaman lebur.

Besar MCB sebagai pengaman instalasi untuk penerangan harus sebasar I sekering > I nominal yang mengalir, sedangkan untuk pengaman instalasi tenaga seperti motor listrik harus sebesar 125 % dari arus nominal yang mengalir pada  motor.

Gambar 40. Simbol Miniatur Circuit Breaker (MCB)

F.      MOTOR KAPASITOR

Motor ac fasa tunggal ( single fasa motors ) terdapat dalam beberapa macam  antara lain : motor shaded pole, motor universal, motor splite fasa, motor repulsi, motor capasitor, dll.

Motor capasitor adalah motor fasa tunggal yang menggunakan capasitor yang dihubungkan seri dengan gulungan bantu.

Bagian-bagian penting dari motor ini adalah :

1. Rotor ( bagian yang berputar ) , tipe rotor sangkar atau squirel cage rotor pada porosnya terdapat sakelar sentrifugal(bekerja saat motor mencapai putaran 75-80%).
2. Stator ( bagian yang diam ) terdapat 2 macam gulungan yaitu : gulungan utama atau gulungan kerja ( main winding ) dan gulungan bantu ( starting winding/auxillary winding ).

Gulungan bantu biasanya mempunyai jumlah lilitan yang sama dengan gulungan utama tetapi diameter kawatnya lebih kecil. 

3. Kapasitor, umunya dihubungkan secara deret dengan gulungan bantu, adanya kapasitor ini menyebabkan mempunyai kopel yang tinggi.

Cara kerjanya : Apabila ujung-ujung motor dihubungkan ke sumber arus bolak-balik ( ac ) maka kedua gulungan stator dilalui arus sehingga ditimbulkan medan magnit pada stator. Adanya medan magnit stator ini menyebabkan timbulnya medanmagnit induksi pada rotor.

Kedua medan magnit tadi kemudian berinteraksi sehingga menyebabkan motor berputar. Selanjutnya setelah motor berputar dan mencapai kira-kira 75 % kecepatan penuh maka arus yang mengalir pada gulungan bantu terputus, pemutusan ini dilakukan oleh saklar sentrifugal ( centrifugal switch ) yang bekerja berdasarkan adanya gayaputar atau pusing atau gayasentrifugal, jadi bukan karena kelistrikan. Setelah gulungan bantu ini terlepas hubunganya maka selanjutnya yang bekerja adalah gulungan utama saja, pada saat ini motor boleh diberikan beban.

Aplikasi : Motor ini membutuhkan kopel starting dengan pemakaian arus starting yang rendah ( 300 – 350 % dari torsi atau kopel beban penuh dan 450 % dari arus beban penuh ).

Sangat ideal digunakan untuk kompresor, pompa, refrigerator, exhaust fan, mesin cuci, gerinda , mesin bor duduk dan lain-lain.

Cara membalik arah putaran : Pada prinsipnya membalik arah putaran motor kapasitor dapat dilakukan dengan cara merubah arah arus yang mengalir baik gulungan utama maupun gulungan bantu , praktisnya dilakukan pada gulungan bantu.

Motor Kapasitor dibagi dalam 3 tipe yaitu :

Capasitor start – induction run ( kapasitor yang tersambung deret gulungan bantu hanya digunakan selama periode starting saja ) atau motor CSIR

B. Plain Capasitor ( Kapasitor dan gulungan bantu terhubung dengan arus listrik selama motor ini bekerja ). Atau motor PSC (permanent start capasitor)