4–1
BAB IV PNEUMATIK DAN ELEKTRO-PNEUMATIK 4.1 Pneumatik
4.1.1 Pendahuluan Udara merupakan sumber daya alam dan sangat mudah didapatkan sehingga pada realisasi dan aplikasi teknik sekarang ini udara banyak digunakan sebagai penggerak untuk mengontrol peralatan dan komponen-komponennya yang kita kenal sekarang ini dengan PNEUMATIK. Pneumatik berasal dari kata Yunani: pneuma = udara. Jadi pneumatik adalah ilmu yang berkaitan dengan gerakan maupun kondisi yang berkaitan dengan udara. Perangkat pneumatik bekerja dengan memanfaatkan udara yang dimampatkan (compressed air). Dalam hal ini udara yang dimampatkan akan didistribusikan kepada sistem yang ada sehingga kapasitas sistem terpenuhi. Untuk memenuhi kebutuhan udara yang dimampatkan kita memerlukan Compressor (pembangkit udara bertekanan). Debit yang diukur adalah m3/menit. Tekanan udara yang dibutuhkan pada alat pengontrol pneumatik seperti silinder, katup serta peralatan lainnya adalah 6 bar, supaya efektif dan efisien dalam penggunaannya (range alat 3–10 bar). Dan untuk memelihara keawetan peralatan haruslah diperoleh udara kering, yaitu agar tidak terjadi korosi pada pipa saluran udara, pelumasan yang ada tidak terbawa uap air, tidak terjadi kontaminasi bila udara mampat langsung kontak dengan produk yang sensitif seperti cat dan makanan. Pneumatik dewasa ini memegang peranan penting dalam pengembangan dan teknologi otomatisasi, di samping hidraulik dan elektronik/elektrik. Sebelum 1950, pneumatik banyak dipakai sebagai media kerja dalam bentuk energi tersimpan. Tapi setelah 1950 dipakai dan dikembangkan sebagai elemen kerja.
4–2
4.1.1.1 Katup (valve) 1. Katup pengarah (Directional Control Valve), terdiri dari 2 jenis katup: a. Katup poppet, yang bekerja dengan cara melepas dan menempelkan bola/piringan terhadap dudukannya yang terpasang ‘seal’ yang bersifat elastis namun kuat. Gaya untuk menggerakkan katup poppet relatif besar karena harus melawan gaya pegas pada saat posisi kerja. b. Katup geser (slide valve), yang bekerja dengan menggeser silinder atau piringan. 2. Katup searah (Non return valve), yang jenisnya antara lain: a. Check valves: hanya mempunyai 1 inlet dan 1 outlet, dapat menutup aliran pada satu arah aliran. Pada arah lainnya katup ini dengan bebas dapat mengalirkan aliran udara dengan tekanan rendah. b. Two pressure valve: mempunyai 2 inlet dan 1 outlet. Udara mampat mengalir melalui katup ini bila sinyal udara terdapat pada kedua sambungan inlet. (= Logic AND function) c. Shuttle valve: (= Logic OR function) Udara mampat dapat mengalir dari salah satu atau kedua saluran inlet menuju outlet. d. Quick exhaust valve: berfungsi sebagai penambah kecepatan silinder. Dengan ini memungkinkan waktu yang diperlukan untuk langkah kerja silinder terutama untuk single act cylinder lebih singkat lagi. 3. Katup pengatur aliran (Flow control valve), berfungsi mengatur aliran udara secara volumetrik. a. Bi-directional flow control valve, mengatur udara ke dua arah. b. One way flow control valve, mengalirkan udara ke satu arah untuk mengatur kecepatan aktuator. 4. Katup pengatur tekanan (pressure valve), fungsinya mengatur besarnya tekanan udara yang diperlukan.
4–3 a. Pressure regulating valve, berfungsi mengatur tekanan udara konstan yang dibutuhkan. Tekanan input harus lebih besar dibandingkan dengan output. b. Pressure limiting valve, biasanya dipakai sebagai katup pengamanan: untuk menjaga tekanan maksimum yang diinginkan tidak akan terlewati. Bila tekanan maksimum pada inlet sudah tercapai maka outlet akan membuka dan tekanan udara yang berlebihan akan dikeluarkan ke udara bebas. c. Katup berangkai (sequence valve), fungsinya juga untuk membatasi tekanan. Biasanya dipakai pada kontrol pneumatik bila tekanan udara yang spesifik dibutuhkan untuk menjalankan operasi/sistem. 5. Combinational valve. Beberapa katup yang fungsinya berbeda dapat digabungkan menjadi satu badan dan disebut katup kombinasi. Jenisnya antara lain: a. Time delay valve b. Air control valve c. 5/4 way valve: yang terdiri dari empat katup 2/2 d. Air operated 8 ways valve: terdiri dari 2 katup 4/2 e. Impulse generator: multi vibrator cycles f.
Vacuum generator with ejector
g. Steppler modules: untuk sequential control teste. h. Command memory module: untuk start-up dengan signal input conditions.
4.1.1.2 Actuator dan Output Actuator adalah bagian terakhir dari output suatu sistem kontrol pneumatik. Output biasanya digunakan untuk mengidentifikasi suatu sistem kontrol ataupun aktuator. Pada pneumatik, jenis aktuator ada bermacam-macam, diantaranya: a. Aktuator gerakan linier: -
Single acting cylinder (silinder aksi tunggal)
4–4 -
Double acting cylinder (silinder aksi ganda)
b. Aktuator gerakan berputar: -
Motor yang digerakkan oleh udara. Motor pneumatik adalah suatu peralatan pneumatik yang menghasilkan gerakan putar yang sudut putarnya tidak terbatas bila terhadap peralatan ini dialiri udara yang dimampatkan. Ada 4 jenis motor pneumatik, yaitu piston motors, sliding vane motors, gear motors, turbin.
-
Aktuator yang berputar/gerakan putar.
4.1.1.3 Indicator Indicator optik secara visual bisa mewakili status dari sistim pneumatik dan membantu diagnosa. Beberapa semboyan secara visual: -
indicator optik dengan warna tunggal ataupun majemuk
-
indicator optik dengan pena, untuk display dan sensor sentuh
-
counter
-
penunjukkan resistansi
-
timer
Dengan menggunakan warna, indicator optik mewakili fungsi pada jaringan kerjanya. Di bawah ini tabel arti dari warna-warna indicator optik. Warna
Arti
Catatan
Merah
Bahaya
Kuning Hijau Biru Putih/Bening
Perhatian Aman Info khusus Info umum
Status mesin dalam situasi pertolongan/bantuan dengan segera. Tidak boleh masuk. Pengertian atau minta perhatian Operasi normal
membutuh
4–5 4.1.2 Aplikasi Pneumatik Dan Karakteristik Elemen Pneumatik Sejalan dengan pengenalan terhadap sistem keseluruhan pada pneumatik, secara individu elemen pneumatik pun mengalami perkembangan pesat, misalnya dalam pemilihan bahan/material, manufaktur dan proses disain. Contohnya silinder pneumatik memegang peranan penting sebagai elemen kerja, dimana silinder ini murah harganya, mudah pemasangannya, sederhana dan kuat konstruksinya serta tersedia dalam berbagai ukuran dan panjang langkah. Adapun silinder pneumatik ini mempunyai karakteristik sbb: Diameter
6 – 320 mm
Panjang langkah
1 – 2000 mm
Gaya
2 – 50.000 N
Kecepatan piston
0,02 – 1 m/s
Gerak
lurus, melingkar, putar
Penggunaan silinder dan elemen pneumatik yang lain dapat sbb: - pengekleman
- pengangkat
- penepat
- pengukur
- pencari orientasi
- pengepak
- pengatur gerakan
- pengendali
- pemutar, dsb Pada permesinan dapat dipakai sebagai pengoperasian pada: - mesin bor
- mesin milling
- mesin bubut
- mesin gergaji
- mesin pembentuk
- quality control
Pengembangan produk dalam pneumatik bisa dibagi dalam: aktuator, sensor, prosesor, sistem kontrol dan perlengkapan.
4–6
4.1.3 Struktur Dan Komponen Sistem Pneumatik Di bawah ini diperlihatkan jaringan kontrol untuk sinyal aliran yang dipakai sebagai output ke sistem kerja. ACTUATING DEVICES outputs
Elemen-elemen tersebut pada penggunaan dalam pneumatik biasanya mempergunakan simbol yang menunjukkan fungsinya.
Final control element
Simbol-simbol
itu
bisa
dikombinasikan/dirangkai
untuk
PROCESSING ELEMENTS
menghasilkan solusi pada diagram jaringan kerja. Diagram kerja
processor signals
harus digambarkan susunannya seperti struktur di bawah ini. INPUT ELEMENTS Input signals
Katup penentu arah dapat mempunyai fungsi sebagai pengontrol
ENERGY SUPPLY
sensor, prosesor atau aktuator. Apabila katup penentu arah
Source
dipergunakan untuk mengontrol gerakan sebuah silinder maka katup ini berfungsi sebagai pengontrol aktuator. Apabila dipakai mengolah sinyal maka katup ini berfungsi sebagai prosesor. Bagitu pula bila dipakai sebagai peraba sebuah gerakan maka berfungsi sebagai sensor.
ACTUATORS ACTUATING DEVICES Outputs
ACTUATING DEVICES Control signals
PROCESSING ELEMENTS Processor signals
Pneumatic cylinders Rotary actuators Indicators
CONTROL ELEMENTS Directional control valves
PROCESSOR Directional control valves Logic elements Pressure control valves
SENSORS INPUT ELEMENTS Input signals
Directional control valves Limit switches Pushbuttons Proximity sensors
ENERGY SUPPLY ENERGY SUPPLY Source
Compressor Receiver Pressure regulator Air service equipment
4–7 4.1.4 Simbol-Simbol Dan Standard Pada Pneumatik Pengembangan sistem pneumatik dibantu oleh metoda penunjukkan elemen dan jaringan kerja. Simbol digunakan untuk masing-masing indicator elemen yang mempunyai karakteristik sbb: - Fungsi - Jumlah
- Metoda aktuasi - Prinsip kerja
- Jumlah sambungan
- Penunjukkan arah jaringan
Tapi simbol-simbol tidak bisa menunjukkan karakter seperti: -
Ukuran dari sebuah komponen
-
Bagian Manufaktur, metoda konstruksi ataupun harga
-
Orientasi dan sambungan komponen
-
Detail fisik
Simbol-simbol pneumatik yang digunakan berdasarkan DIN (Deutche Institut fur Normung) No. 1219 dan sudah dijadikan ISO dengan nomor yang sama. 1. Simbol yang digunakan untuk konversi energi dan preparasi Supply Compressor
Fixed capacity
Air receiver and ‘T’ junction Service equipment Filter
Separation and filtration of particles
Water separator
Partial water removal
Lubricator
Metered quantities of oil passed to the air stream
Pressure regulator
Relieving type – vent hole for excess upstream pressure – adjustable
Combined symbols Air service unit
Filter, regulator, lubricator
gauge,
4–8 Simplified air service unit Pressure source
2. Simbol katup penentu arah (simbol penyeimbangan) Pergantian posisi katup digambarkan dalam kotak bujursangkar (square) Jumlah kotak menunjukkan banyaknya pergantian posisi yang dimiliki katup Garis-garis menunjukkan adanya aliran, panah menandakan arah aliran Posisi tertutup dijelaskan di dalam kotak dengan memberikan garis menyilang tegak lurus (seperti huruf T) Sambungan (inlet dan outlet) digambarkan oleh garis-garis di luar kotak dan digambarkan menurut posisi awal katup 3. Simbol katup pengatur arah, sambungan port dan posisi Jumlah ‘port’ Jumlah posisi 2(A)
2/2–
Way directional control valve 1(P) 2(A)
3/2–
Way directional control valve Normally closed
1(P)
3(R) 2(A)
3/2–
4/2–
5/2–
Way directional control valve Normally open Way directional control valve
1(P)
3(R)
4(A)
2(B)
1(P)
3(R)
4(A)
2(B)
Way directional control valve 5(R) 4(A)
5/3–
Way directional control valve Mid position closed
1(P)
3(S)
2(B)
5(R) 1(P) 3(s)
4–9 4. Simbol/Metoda Aktuasi Mechanical General manual operation Pushbutton Lever operated Detent lever operated Foot pedal Spring return Spring centered Roller operated Idle return, roller Pneumatic Direct pneumatic actuation Indirect pneumatic (piloted) Pressure release
actuation
Electrical Single solenoid operation Double solenoid operation Combined Double solenoid and pilot operation with manual over-ride
5. Contoh penggambaran katup penentu arah beserta sinyal/kontrolnya 2(A)
2(A) 12(Z)
12(Z)
1(P)
10(Y)
1(P)
3(R)
4(A)
3(R)
4(A)
2(B)
2(B)
14(Z)
12(Y)
14(Z) 91(Pz)
5(R) 1(P)
3(S)
5(R) 1(P)
3(S)
4–10 6. Simbol katup searah Check valve Spring loaded check valve Shuttle valve: ‘OR’ function Two pressure function
valve:
‘AND’
Quick exhaust valve 7. Simbol Katup pengatur aliran Flow control valve adjustable One–way flow control valve 8. Simbol katup pengatur tekanan Adjustable pressure regulating valve, non-relieving type Adjustable pressure regulating valve, relieving type (overloads are vented) Sequence valve external source
Sequence valve in-line
Sequence valve combination
9. Simbol aktuator linier Single acting cylinder Double acting cylinder Double acting cylinder with double ended piston rod
4–11 Double acting cylinder with nonadjustable cushioning in one direction Double acting cylinder with single adjustable cushioning Double acting cylinder with adjustable cushioning at both ends
10. Simbol aktuator berputar Air motor, rotation in one direction, fixed capacity Air motor, rotation in one direction, variable capacity Air motor, rotation in directions, variable capacity
both
Rotary actuator, limited travel, rotation in both directions 11. Simbol pembantu Exhaust port Exhaust port connection Silencer
with
treaded
Line connection (fixed) Crossing lines (not connected) Pressure gauge Visual indicator
4–12
4.2 Elektro-Penumatik
4.2.1 Pendahuluan Elektropneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dimana prinsip kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak) sedangkan media kontrolnya mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik. Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan mengaktifkan sakelar, sensor ataupun sakelar pembatas yang berfungsi sebagai penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan menghasilkan medan elektromagnit dan akan mengaktifkan/mengaktuasikan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem.
4.2.2 Elemen utama Elektro-pneumatik Bila energi listrik tersedia dan akan dipakai maka perlu diproses dan didistribusikan oleh komponen utama. Untuk mempermudah penunjukkannya maka komponen itu digambarkan dalam bentuk simbol pada diagram rangkaiannya.
4.2.2.1 Sinyal Masukan Listrik (Electrical Signal Input) Sinyal listrik pada teknik kontrol elektro-pneumatik diperlukan dan diproses tergantung pada gerakan langkah kerja elemen kerja. Sinyal listrik ini didapatkan bisa dengan cara mengaktifkan sakelar atau bisa juga dengan mengaktikan sensor, misalkan sensor mekanik ataupun elektronik. Sinyal masukan listrik kerjanya tergantung kepada fungsi sinyal itu. Ada yang disebut “Normally open” (NO, pada kondisi tidak aktif sambungan tidak tersambung), “Normally closed” (NC, kondisi tidak aktif sambungan tersambung) dan “Change Over” (tersambung bergantian, kombinasi dari NO dan NC).
4–13 4.2.2.1.1 Sakelar tekan, dioperasikan manual
Sakelar tekan biasa Elemen sinyal masukan diperlukan untuk memungkinkan sebuah sistem kontrol dinyalakan. Yang paling umum dipakai adalah sakelar tekan (Push-button switch). Disebut sakelar tekan karena untuk mengalirkan sinyal, mengaktuasikannya dengan menekan tombol atau sakelar. Simbol yang digunakan: Sakelar tekan manual secara umum untuk kontak NO (General Push-button switch, NO) Sakelar tekan manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NO Saklear tekan manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NC
Sakelar tekan mengunci (Latching Push-button switches) Sakelar ini diaktuasikan/diaktifkan dengan tombol yang mengunci. Adapun menguncinya sakelar ini disebabkan kerja mekanik. Untuk mengembalikan ke posisi semula (posisi tidak aktif) maka sakelar ini harus ditekan lagi. Penunjukkan sistem ini berdasarkan standardisasi Jerman, diatur dengan nomor DIN 43 065. Penunjukkan aktuasi: I tanda mengaktifkan, O tanda untuk mengembalikan ke posisi sebelum bekerja. Posisi penempatan sakelar: a). Berjajar ke pinggir: pada posisi ini perlu diperhatikan bahwa tanda untuk mengaktifkan disimpan disebelah kanan. b). Berjajar ke bawah: pada posisi ini tanda untuk mengkatifkan berada pada posisi atas. Contoh sakelar tekan mengunci:
4–14 Simbol-simbol yang digunakan: Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara ditekan untuk kontak NO Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara ditarik untuk kontak NC Sakelar mengunci manual, diaktifkan dengan cara diputar untuk kontak NO
4.2.2.1.2 Sakelar Pembatas (Limit Switches)
Mekanik Tipe Sentuh (Mechanical Limit Switches Contacting Type) Sakelar pembatas ini dipakai sebagai indikasi dalam kontrol otomasi yang menyatakan bahwa posisi ini merupakan posisi akhir baik itu untuk mesin ataupun untuk silinder. Biasanya sistem kontak yang dipakai adalah sistem tersambung bergantian (Change over). Sakelar
pembatas ini akan bekerja bila tuas sakelar tertekan. Contoh konstruksi dan simbol sakelar pembatas mekanik:
Tipe Tidak Sentuh (Non-Contacting Proximity Limit Switch) Sakelar pembatas tipe ini biasanya dipakai bila sakelar pembatas mekanik tidak dapat digunakan. Macam sakelar pembatas tipe ini antara lain: a. Sakelar Pembatas (sensor) Buluh Penggunaan sakelar ini biasanya dikarenakan keadaan sekitar yang tidak memungkinkan dipasangnya sakelar mekanik, misalnya karena banyaknya debu, pasir ataupun lembab. Sakelar ini diaktuasikan/diaktifkan dengan magnet yang terpasang pada silinder. Dengan
4–15 adanya magnet maka buluh kawat akan tersambung atau terputus bila magnet itu mendekati atau menjauhi buluh kawat tersebut. b. Sakelar Pembatas Induktif Digunakan bila sakelar pembatas mekanik ataupun buluh tidak dapat digunakan. Biasa dipakai untuk sensor penghitung benda kerja yang terbuat dari logam, pada suatu mesin atau ban berjalan. Sakelar pembatas ini hanya akan beraksi atau terpakai untuk logam. Sakelar pembatas atau sensor ini biasanya terdiri dari oscillator, pemicu tegangan dan penguat. Biasanya ada dua macam, yaitu yang dialiri arus bolak-balik dan arus searah, tapi keduanya mempunyai tegangan operasi antara 10–30 volts. c. Sakelar Pembatas Kapasitif Sensor kapasitif ini mempunyai respons terhadap segala material, metal maupun non-metal. Tapi sensor ini terpengaruhi oleh adanya perubahan-perubahan yang diakibatkan keadaan sekelilingnya, misalnya dengan debu logam. d. Sakelar Pembatas Optik Sensor ini memberi respons pada semua benda kerja. Sinyal masukannya berupa sinar.
4.2.2.2 Pengolah Sinyal Listrik
4.2.2.2.1 Relay Relay adalah komponen untuk penyambung saluran dan pengontrol sinyal, yang kebutuhan energinya relatif kecil. Relay ini biasanya difungsikan dengan elektromagnet yang dihasilkan dari kumparan. Pada awalnya relay ini digunakan pada peralatan telekomunikasi yang berfungsi sebagai penguat sinyal. Tapi sekarang sudah umum didapatkan pada perangkat kontrol, baik pada permesinan ataupun yang lainnya. Pemilihan relay yang sesuai kebutuhan harus memenuhi beberapa kriteria, antara lain: -
Perawatan yang minim
-
Kemampuan menyambungkan beberapa saluran secara independent
4–16 -
Mudah adaptasi dengan tegangan operasi dan tegangan tinggi
-
Kecepatan operasi tinggi, misalnya waktu yang diperlukan untuk menyambungkan saluran singkat. Cara kerja relay: Apabila pada lilitan dialiri arus listrik maka arus listrik tadi akan mengalir melalui lilitan
kawat dan akan timbul medan magnet yang mengakibatkan pelat yang ada di dekat kumparan akan tertarik ataupun terdorong sehingga saluran dapat tersambung ataupun terputus. Hal ini tergantung apakah sambungannya NO atau NC. Bila tidak ada arus listrik maka pelat tadi akan kembali ke posisi semula karena ditarik dengan pegas. Simbol Relay:
A1
13
23
33
43
14
24
34
44
11
21
31
41
12
22
32
42
13
23
31
41
14
24
32
42
K1 A2
Relay Normally Open
A1 K1 A2
Relay Normally Closed A1 K1 A2
Kombinasi NO & NC Penunjukkan angka pada relay mempunyai arti sebagai berikut: Angka yang pertama menunjukkan contactor yang keberapa sedangkan angka yang kedua selalu bernomor ¾ untuk relay NO dan ½ untuk relay yang NC.
Keuntungan dan kerugian penggunaan Relay: Keuntungan: -
Mudah mengadaptasi bermacam-macam tegangan operasi
-
Tidak mudah terganggu dengan adanya perubahan temperature disekitarnya, karena relay masih bisa bekerja pada temperature 233 K (-40o C) sampai 353 K (80o C)
-
Mempunyai tahanan yang cukup tinggi pada kondisi tidak kontak
-
Memungkinkan untuk menyambungkan beberapa saluran secara independent
4–17 -
Adanya isolasi logam antara rangkaian kontrol dan rangkaian utama
Oleh karena keuntungan-keuntungan di atas maka penggunaan relay sampai saat ini masih dipertahankan. Kerugian: -
Khususnya untuk NO, bila akan diaktifkan timbul percikan api
-
Memerlukan tempat yang cukup besar
-
Bila diaktifkan, berbunyi
-
Kontaktor bisa terpengaruh dengan adanya debu
-
Kecepatan menyambung atau memutus saluran terbatas.
4.2.2.2.2 Solenoid Di lapangan kita bisa menemukan solenoid dengan arus searah (DC) ataupun arus bolak balik (AC). Sedangkan yang sering digunakan pada Electro-pneumatik adalah Solenoid DC. Solenoid DC secara konstruktif selalu mempunyai inti yang pejal dan terbuat dari besi lunak. Dengan demikian mempunyai bentuk yang simple dan kokoh. Selain itu maksudnya agar diperoleh konduktansi optimum pada medan magnet. Bila ada kelonggaran udara, tidak akan mengakibatkan kenaikan temperature operasi, karena temperature operasi hanya akan tergantung pada besarnya tahanan kumparan serta arus listrik yang mengalir. Bila solenoid DC diaktifkan (switched on) maka arus listrik yang mengalir meningkat secara perlahan. Ketika arus listrik dialirkan
ke dalam kumparan akan terjadi elektromagnet. Selama terjadinya induksi akan
menghasilkan gaya yang berlawanan dengan tegangan yang digunakan. Bila solenoid dipasifkan (switched off) maka medan magnet yang pernah terjadi akan hilang dan dapat mengakibatkan tegangan induksi yang besarnya bisa beberapa kali lipat dibandingkan dengan tegangan yang ada pada kumparan. Tegangan induksi ini dapat mengakibatkan rusaknya isolasi pada gulungan koil, selanjutnya bila hal ini terjadi terus akan terjadi percikan api. Untuk mengatasi hal ini maka harus dibuat rangkaian yang meredam percikan api, misalnya dengan memasang tahanan yang dihubungkan secara paralel dengan induktansi. Sehingga bila terjadi
4–18 pemutusan arus listrik, energi akan tersimpan dalam bentuk medan magnet dan dapat hilang lewat tahanan yang dipasang tadi.
Keuntungan Solenoid DC
Kerugian Solenoid DC - Perlu peredam percikan api
- Mudah pengoperasiannya - Usianya lama - Bunyi yang dihasilkan lemah - Tenaga untuk mengoperasikan kecil
- Terjadi tegangan tinggi saat pemutusan arus - Waktu sambung lama - Perlu adaptor bila yang dipakai tegangan AC - Bagian yang kontak cepat aus
4.2.2.2.3 Relay yang dipolarisasi (Polarized Relay) Pada prakteknya relay ini digunakan bila energi yang diperbolehkan untuk dipakai sangat kecil. Adapun energi listrik yang diperlukan yaitu sekitar 0,1 – 0,5 mW. Metoda operasinya ada beberapa macam, diantaranya: a. Posisi normal tertentu Posisi sambungan relay ini akan tetap pada posisi yang sama, baik itu sebelum ataupun sesudah diaktifkan. Bila energi listrik dialirkan maka medan magnet yang terjadi diintensifkan oleh medan magnet permanen. Begitu pula bila arus dialirkan hanya sebentar saja maka posisi kontak akan kembali ke tempat semula begitu arus diputuskan. b. Posisi normal pada kedua sisinya Posisi sambungan yang aktif tidak tetap, tergantung dari posisi terakhir disambungkan. Relay ini bekerja bila arus listrik disalurkan, maka sambungan kontaknya akan berpindah ke sambungan yang lainnya. Selanjutnya bila arus listrik diputus maka posisi sambungan yang menyambung adalah posisi akhir setelah diaktifkan. c. Posisi normal ditengah Apabila relay ini tidak diaktifkan maka tidak ada satu saluran pun yang menyambung karena posisi lengan kontak ada di tengah-tengah. Apabila arus listrik disalurkan maka posisi kontak
4–19 akan ditentukan oleh arah arus yang disambungkan. Dan bila arus diputus, posisi lengan kembali ke tengah.
4.2.2.2.4 Relay Mengunci (Latching relays) Latching relay adalah relay yang dikontrol dengan electromagnetic, dimana relay ini akan tetap berada pada posisi setelah diaktifkan walaupun sumber energi sudah diputuskan, seolaholah terkunci pada posisi akhir. Sistem pengunci biasanya dengan mempergunakan kerja mekanik. Penggunaan relay ini biasanya untuk jaringan listrik di rumah tinggal.
4.2.2.2.5 Remnant Relay Relay ini disainnya khusus, maksudnya adalah bila relay ini diaktifkan maka akan terjadi elektromagnet. Elektromagnet ini akan tinggal dan tetap ada walaupun sumber energinya telah dihilangkan. Atau dengan kata lain relay ini dikunci pada posisi akhir. Untuk menyalakan relay ini maka arus yang dipakai adalah arus positif, sedangkan untuk mematikannya mempergunakan arus negatif.
4.2.2.2.6 Relay Tunda Waktu Berfungsi untuk menyambung kontaktor NO atau memutus kontaktor NC, di mana hubungan kontaktor diputuskan ataupun disambungkan tidak langsung seketika pada saat relay diaktifkan, melainkan perlu waktu. Waktu yang diperlukan untuk memutuskan ataupun menyambungkannya bisa diatur. Ada dua jenis relay tunda waktu, yaitu relay tunda waktu hidup (time delay switch on) dan relay tunda waktu mati (time delay switch off).
4–20
Time Delay Switch On Relay
1
S
15
Input (S) A1
15
0 1 Output
16
18
0 t A2
16
18
Bila sakelar S diaktifkan maka relay tunda waktu mulai bekerja. Ketika waktu yang ditentukan tercapai maka terminal 18 akan tersambungkan. Sinyal output (keluaran) akan ada selama sinyal input ada. Elemen tunda waktu digambarkan pada kotak yang dibatasi dengan garis strip.
S A R1 16
18
A1 K1
15 A2
R2
P
R
C
Proses bekerjanya tunda waktu: Bila sakelar S diaktifkan maka arus listrik akan mengalir melalui tahanan R1, yang besarnya bisa diatur. Arus ini tidak mengalir ke relay K1 melainkan akan mengalir ke terminal K1 NC, yang selanjutnya arus listrik mengalir ke kapasitor C dan menampungnya di sana. Bila kapasitor C tidak bisa menampung arus listrik lagi (tegangan yang diijinkan telah tercapai) maka arus listrik akan mengalir ke relay K1. Lamanya mengisi kapasitor ini tergantung pada besarnya R1. Selanjutnya bila relay K1 sudah aktif maka terminal 18 akan tersambung dengan terminal 15. Di sini bisa kita bandngkan dengan katup tunda waktu hidup pada rangkaian pneumatik.
4–21
Time Delay Switch Off Relay
A1
B1
15 1 Input (S)
15
0
S
1 A2
B2
16
Output
18
16
0
18
Bila sakelar S diaktifkan maka relay tunda waktu mulai bekerja. Sinyal output akan ada selama sinyal input ada. Tapi bila sinyal input diputus maka sinyal output tidak akan langsung hilang, melainkan tetap ada sampai batas waktu yang telah ditentukan. Elemen tunda waktu digambarkan pada kotak yang dibatasi dengan garis strip.
S
A
R2
R1 K1 P
R
A1 K1 A2
C
Proses bekerjanya tunda waktu: Bila sakelar S diaktifkan maka arus listrik akan mengalir ke relay K1 dan relay K1 langsung bekerja. Sebelum relay K1 diaktifkan, arus listrik mengalir ke kapasitor C melalui tahanan R2 dan menampungnya sampai kapasitor mencapai tegangan yang diijinkan. Dengan diaktifkannya relay K1 maka switch K1 aktif sehingga arus listrik yang tertampung di kapasitor C akan mengalir melalui R1 bila sakelar S dinon-aktifkan. Lamanya mengosongkan kapasitor C tergantung pada besaran R1. Bila tegangan di C sudah tidak ada maka terminal 16 akan tersambung lagi dengan terminal 15. Di sini bisa kita bandingkan dengan katup tunda waktu mati pada rangkaian pneumatik.
4–22 4.2.2.2.7 Kontaktor Yang dimaksudkan dengan kontaktor adalah sakelar yang diatuasikan dengan elektromagnet. Daya untuk mengontrolnya bisa rendah tapi daya beban bisa tinggi, dengan kata lain untuk mengaktuasikan elektromagnet cukup misalnya dengan tegangan rendah tapi bisa menyalurkan arus yang bertegangan lebih tinggi. Kontaktor banyak digunakan untuk keperluan yang bermacamShielded Electromagnet
macam. Misalnya digunakan untuk menyalakan motor, sistem
Contacts
pemanas, U-shaped core
Winding
alat
pengatur
temperatur ruangan, keran, dll.
Armature
Tipe-tipe kontaktor: Contacts
U-shaped core
a. Kontaktor Rocker arm
Armature
elektromagnetnya dilindungi:
Hinged-armature contactor
Contacts
b. Kontaktor
Core electromagnet contactor
1
3
5
4
6
A1 K1 A2 2
elektromagnet inti: c. Kontaktor dengan armature sistem engsel:
Simbol kontaktor pada penggambaran rangkaian: Keuntungan mempergunakan kontaktor: -
yang
Beban tinggi bisa diaktifkan dengan beban rendah
dengan
4–23 -
Terdapat isolasi logam antara rangkaian kontrol dan rangkaian utama
-
Sedikit perawatannya
-
Tidak terpengaruh oleh temperature Kerugiannya:
-
Mudah aus
-
Ukurannya besar
-
Menimbulkan suara
-
Kecepatan menyambung terbatas
4.2.2.3 Elemen Akhir Apabila suatu kontrol mempergunakan sinyal kontrolnya dengan sinyal listrik dan sinyal kerjanya mempergunakan pneumatik maka harus ada suatu alat yang dapat mengawinkan sinyal kontrol listrik dengan sinyal kerja pneumatik itu. Sistem yang mengawinkan sinyal kontrol dan sinyal kerja ini biasanya terdiri dari katup yang diaktuasikan dengan solenoid. Maksudnya adalah untuk menyalurkan sinyal kerja mempergunakan katup-katup pneumatik, sedangkan yang mengatur membuka atau menutup tersebut adalah arus listrik yang dialirkan ke kumparan kawat (solenoid). 2(A)
Katup 2/2 diaktuasikan dengan sinyal listrik, kembali dengan pegas 1(P)
Solenoid head Pada prinsipnya
katup ini mempunyai dua posisi dan dua saluran, konfigurasi katup adalah Armature
NC. Bila katup ini akan diaktifkan maka arus listrik harus dialirkan ke solenoid yang terpasang pada katup tersebut. Dengan diaktifkannya solenoid maka saluran 1(P) bila dihubungkan dengan sumber energi akan menyalurkan sinyal pneumatik ke saluran 2(A). Sedangkan kembalinya bila arus listrik ditutup (dimatikan) maka katup akan kembali ke posisi semula karena katup 2(A)
terdorong1(P) pegas
2(A)
yang dipasang berlawanan dengan1(P) solenoid. Dengan demikian saluran 1 (P)
ataupun saluran 2 (A) kedua-duanya tertutup dan udara yang ada di saluran 2(A) tidak dapat keluar.
4–24 Katup 3/2 diaktuasikan dengan sinyal listrik, kembali dengan pegas a. Normally Closed 3/2 Katup 3/2 NC bekerja bila arus listrik dialirkan ke solenoid sehingga terbentuk elektromagnet yang mengakibatkan bergesernya armature dan selanjutnya udara dialirkan dari saluran masuk 1(P) ke saluran keluar 2(A). Sedangkan sakuran 3(R) tertutup. Sebaliknya bila arus listrik diputuskan maka elektromagnet yang terbentuk pada solenoid menghilang dan berakibat saluran 1(P) tertutup sedangkan udara yang berada di saluran 2(A) akan dibuang melalui saluran buang 2(A)
3(R) 1(P) 3(R)
3(R)
2(A)
2(A) 1(P)
1(P)
3(R).
b. Normally Open 3/2 Katup ini kebalikan dari katup 3/2 NC. Jadi bila arus listrik tidak ada maka saluran 1(P) mengalirkan udara ke saluran 2(A) dan saluran 3(R0) tertutup. Tapi bila solenoid dialiri arus 2(A)
1(P)
1(P)
1(P)
3(R0)
2(A)
3(R)
3(R)
2(A)
4–25 listrik, saluran 1(P) tertutup dan udara dari 2(A) dialirkan langsung ke 3(R).
Katup 3/2 diaktuasikan sinyal listrik dan kontrol Pneumatik, kembali dengan pegas Katup ini bila diaktifkan masih mempergunakan sinyal kontrol pneumatik. Sedangkan fungsi kumparan ini hanya untuk mengaktifkan sumbat yang ada pada katup, dengan demikian gaya elektromagnet yang diperlukan untuk mengaktifkan sumbat tidak terlalu besar. Dengan kata lain 2(A)
1(P) 3(R)
Armatur
Manual auxiliar actuation Air Channel
3(R)
3(R)
Valve piston
2(A)
2(A) 1(P)
1(P)
arus listrik yang diperlukan tidak terlalu besar pula. Prinsip kerja saluran yang terdapat pada katup ini sama dengan prinsip kerja katup 3/2 yang telah dibahas di atas. 2(A) 4(B)
1(P) 3(R)
Armature Air channel
Manual override valve piston 3(R)
3(R) 4(B) 1(P)
2(A)
4(B)
2(A)
1(P)
Katup 4/2 diaktuasikan sinyal listrik dan kontrol pneumatik, kembali dengan pegas Katup 4/2 pada prinsipnya terdiri dari 2 buah katup 3/2. Biasanya digunakan untuk mengaktuasikan silinder kerja ganda. Sinyal listrik digunakan seperti pada katup 3/2, berfungsi sebagai pembuka sumbat sedangkan yang mengatur katup piston adalah sinyal kontrol
4–26 pneumatik. Pada posisi diaktuasikan saluran 1(P) dan saluran 4(A) tersambungkan sedangkan saluran 2(B) dengan saluran 3(R). Apabila sinyal listrik diputuskan maka katup piston didorong kembali ke posisi semula sehingga saluran 1(P) tersambungkan dengan 2(B) dan saluran 4(A) dengan 3(R).
4.2.2.4 Diagram Rangkaian pada Rangkaian Listrik Pada diagram rangkaian listrik digambarkan bagaimana ditempatkannya perlengkapan dan juga
alat
listrik
ditempatkan,
dengan
mempergunakan
simbol
yang
telah
ditetapkan/distandardisasikan. Diagram rangkaian ini merupakan dokumen yang sangat penting, yang dibutuhkan oleh bagian perawatan, untuk memperbaiki dan merawat sistem kontrol listrik. Ada beberapa cara untuk menampilkan/menggambarkan fungsi, operasi peralatan serta instalasi rangkaian.
Diagram Kabel (Wiring Diagram) Pada sistem penunjukkan ini semua peralatan ditampilkan dalam satu gambar, baik itu rangkaian kontrol dan juga rangkaian utama, serta diatur berdasarkan sambungan jalur kabel. Sistem ini biasanya digunakan pada jaringan / rangkaian listrik pada kendaraan bermotor, mesin perkakas yang ringkas ataupun peralatan pabrik lainnya. Cara penggambarannya, penyimpanan peralatan yang digunakan bisa dimana saja, asalkan menyambungkan jaringan kabelnya betulbetul diperhatikan. Contoh gambar instalasi kabel:
4–27
380 V
L1
50 Hz
L2 L3
F2 380 V
T1
220 V L1
L2 K1
K2
F1
U
V M 3
W M1 S2 Anticlockwise rotation
S1 Stop
S3 Clockwise Rotation
4–28 Diagram Rangkaian Dibandingkan dengan penggambaran instalasi kabel, dimana penggambaran rangkaian kontrol dan utamanya dijadikan satu, maka pada penggambaran rangkaian secara skematis ini ditampilkan berdasarkan fungsinya. Dengan cara menggambarkan rangkaian kontrol dan rangkaian utama dipisahkan. Pada sistem ini penggambaran untuk sambungan (NC dan NO) relay untuk keperluan latching (mengunci sambungan) ataupun memutus sambungan akan digambarkan pada rangkaian kontrol. Penggambaran rangkaian secara skematis biasanya menggunakan garis lurus, dimana 380 V
L1
L1
50 Hz
L2 L3
F1
F2 S1 Off K1
S3 Anticlockwise rotation
23
K2
23 24
24
K1
K2
S2 Clockwise rotation 11 K2 12 A1 K1
11 K1 12 A1 K2
A2
A2
F1 U
V
W
M1
arus listrik mengalir dari atas ke bawah. Di bawah ini ditampilkan gambar dengan fungsi yang sama dengan penggambaran instalasi kabel.
4–29 Diagram Rangkaian Dasar Pada tingkat tertentu, misalnya dalam penggambaran awal, penggambaran rangkaian ini tidak bisa langsung lengkap/komplit, melainkan dibuat dahulu sketsa fungsinya (pre-desain) dengan hanya menggambarkan hal yang penting-penting saja. Begitu pula untuk penunjukkan perlengkapannya hanya cukup dengan menunjukkan simbol huruf. Biasanya dalam penggambaran rangkaian dasar yang digambarkan hanya rangkaian utamanya saja. Contoh penggambaran Diagram Rangkaian Dasar:
S1 F1 K1
K2
F2 M 3
S1
Main switch
K1, K2
Relays
F1, F2
Fuses
M3
Motor
