RANCANG BANGUN SIMULATOR PENGENDALIAN AIR BERSIH BERBASIS PLC LS XBC-DR30E LAPORAN TUGAS AKHIR Disusun Sebagai Syarat Untuk Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3 oleh :
HAZA IRMA DWI J. HARAHAP
MARDIANI PANGGABEAN
NIM. 1105031023
NIM. 1105031032 REZA FAKHRIN SEPTIAN NIM. 1105031038
PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MEDAN MEDAN 2014
ABSTRAK Dalam dunia industri, sistem pengontrolan yang baik sangat dibutuhkan guna meningkatkan efisiensi kerja dari sebuah sistem yang akan dikendalikan. Jenis-jenis pengontrolan sangat beragam jumlahnya dan pada Tugas Akhir ini jenis alat pengendali yang digunakan adalah PLC (Programmable Logic Controller). Beberapa keuntungan dan efisiensi kerja jauh lebih baik dibandingkan dengan sistem pengontrolan yang hanya menggunakan komponen seperti Relay, Kontaktor ataupun juga Timer. Simulator Pengendalian Air Bersih ini berguna untuk mengetahui bagaimana menciptakan sebuah sistem pengendalian kerja pompa airyang baik dalam menyalurkan air dari sumber air (sumur) menuju tangki penyimpanan air. Dirancang dalam bentuk simulator pengendalian air bersih, maka penyimbolan Pompa dan juga berbagai jenis gangguan yang terjadi diwakilkan oleh beberapa buah lampu. Dari hasil uji coba, simulator pengendalian air bersih berbasis PLC ini berfungsi dengan baik sebagaimana deskripsi kerja yang telah disusun sebelum pengerjaan alat ini. Diharapkan bahwa alat ini dapat digunakan secara menetap pada workshop semester VProgram Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan, sebagai perbandingan dengan sistem pengontrolan air bersih yang sudah ada dan juga menambah variasi sistem pengontrolan yaitu dengan menggunakan PLC.
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis panjatkan kepada AllahS.W.T atas berkat Karunia dan Rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.Penulisan laporan Tugas Akhir ini dibuat setelah menyelesaikan pembuatan proyek tugas akhir yang berjudul “Rancang Bangun Simulator Pengendalian Air Bersih Berbasis PLC”. Laporan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan Program Diploma 3 (D3) Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan ini masih terdapat beberapa kekurangan, untuk itu saran dan kritik dari semua pihak merupakan sumbangan yang berarti untuk lebih menyempurakan laporan ini. Penulis juga berterima kasih kepada berbagai pihak yang turut membantu dalam penyelesaian laporan tugas akhir ini, yaitu : 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T, Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Junaidi, S.T., M.T, Ketua Jurusan Teknik Elekro. 3. Bapak Ir. Gunoro, M.T, Ketua Program Studi Teknik Elektro 4. Bapak Drs. Bahtera Tarigan, M.T, Dosen Pembimbing. 5. Bapak-bapak staff bengkel listrik atas bantuan yang telah diberikan selama pengerjaan proyek. 6. Seluruh dosen dan staff pengajar Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Medan. 7. Orang tua penulis atas dukungan materil dan moril. 8. Teman-teman Jurusan Teknik Elektro ’11. 9. Dan berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu per-satu. Medan, Agustus 2014 Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN..................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii ABSTRAK ............................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv DAFTAR ISI ........................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................... x DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................... xi BAB 1. PENDAHULUAN ..................................................................................... 1 1.1.
Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1
1.2.
Rumusan Masalah .................................................................................... 1
1.3.
Batasan Masalah ....................................................................................... 2
1.4.
Tujuan Pembuatan Proyek........................................................................ 2
1.5.
Manfaat Pembuatan Proyek...................................................................... 2
1.6.
Teknik Pengumpulan Data ....................................................................... 3
1.7.
Sistematika Penulisan ............................................................................... 3
BAB 2. TEORI DASAR ......................................................................................... 5 2.1.
Programmable Logic Controller (PLC) .................................................... 5
2.1.1.
Pengertian.......................................................................................... 5
2.1.2.
Keuntungan Penggunaan PLC .......................................................... 7
2.1.3.
Konfigurasi Sistem PLC LS XBC-DR30E ....................................... 8
2.1.4.
Bentuk fisik XBC-DR30E .............................................................. 10
2.1.5.
Konfigurasi I/O ............................................................................... 11
2.1.6.
Instruksi Pemrograman ................................................................... 15
2.1.7.
Mengoperasikan Motor dengan Dua Buah Lampu Indikator ON dan OFF ................................................................................................. 19
2.1.8.
Timer ............................................................................................... 20
2.1.8.1.
Mengoperasikan Motor Tiga Phasa dengan Rangkaian StarDelta ......................................................................................... 21
2.1.9. 2.2.
Counter ............................................................................................ 22
Miniatur Circuit Breaker (MCB) ............................................................ 23
2.2.1.
Pengertian........................................................................................ 23
2.2.2.
Prinsip Kerja ................................................................................... 24
2.2.3.
Karakteristik .................................................................................... 24
2.3.
Catu Daya DC ........................................................................................ 25
2.3.1.
Transformator.................................................................................. 25
2.1.8.2.
Pengertian ................................................................................ 25
2.1.8.3.
Prinsip Kerja ............................................................................ 26
2.1.8.4.
Hubungan Primer-Sekunder .................................................... 26
2.3.2.
Dioda ............................................................................................... 27
2.3.2.1. 2.3.3. 2.4.
Pengertian ................................................................................ 27
Penyearah Gelombang Penuh Satu Phasa ....................................... 29
Kontaktor Magnetik / Magnetic Contactor (MC) ................................... 32
2.4.1.
Pengertian........................................................................................ 32
2.4.2.
Prinsip Kerja ................................................................................... 33
2.4.3.
Karakteristik .................................................................................... 34
2.4.4.
Aplikasi ........................................................................................... 36
2.5.
Thermal Overload Relay (TOR)............................................................. 36
2.5.1.
Pengertian........................................................................................ 36
2.5.2.
Karakteristik TOR ........................................................................... 38
BAB 3. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM ................................ 40 3.1.
Perancangan Perangkat Keras ................................................................ 40
3.1.1.
Perancangan Kerangka .................................................................... 40
3.1.2.
Desain Papan Simulasi dan Penggambaran .................................... 41
3.1.3.
Perancangan Kotak Panel................................................................ 43
3.1.3.1.
Isi Kotak Panel ......................................................................... 43
3.1.3.2.
Pintu Kotak Panel .................................................................... 46
3.2.
Pemrograman Sistem .............................................................................. 48
3.2.1.
Deskripsi Kerja................................................................................ 48
3.2.2.
Diagram Blok .................................................................................. 50
3.2.3.
Flow Chart ....................................................................................... 52
3.2.4.
Diagram Pengawatan ...................................................................... 56
3.3.
Pemrograman PLC LS XBC-DR30E ..................................................... 64
3.3.1.
Kabel komunikasi PLC dengan PC Programmer ............................ 64
3.3.2.
Pengenalan Software XG5000 ........................................................ 67
3.3.3.
Pemrograman XBC-DR30E dengan Software XG5000 ................. 69
3.3.3.1. 3.4.
Ladder Diagram ....................................................................... 69
Alat dan Bahan ....................................................................................... 73
BAB 4. PENGUJIAN DAN ANALISA ............................................................... 74 4.1
Pengujian Kondisi Tanpa Gangguan ...................................................... 74
4.1.1.
Pengujian Kerja Pompa Berdasarkan Level Permukaan Air pada Tangki ............................................................................................. 74
4.2
Pengujian Kondisi Gangguan ................................................................. 75
4.2.1.
Gangguan No Flow P1 .................................................................... 75
4.2.2.
Gangguan No Flow P2 .................................................................... 75
4.2.3.
Gangguan Over Load P1 ................................................................. 75
4.2.4.
Gangguan Over Load P2 ................................................................. 76
4.2.5.
Gangguan Over Limit ..................................................................... 76
BAB 5. PENUTUP ............................................................................................... 78 5.1.
Simpulan ................................................................................................. 78
5.2.
Saran ....................................................................................................... 78
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 79 LAMPIRAN .......................................................................................................... 80
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Keterangan Penamaan PLC seri XBC ................................................. 9 Gambar 2.2 Bentuk Fisik PLC LS-XBC-DR30E ................................................. 10 Gambar 2.3 Blok terminal PLC XBD-DR30E...................................................... 11 Gambar 2.4COM Input Terminal Kutub Negatif (-)............................................. 12 Gambar 2.5COM Input Terminal Kutub Positif (+) ............................................. 12 Gambar 2.6 COM Ouput Terminal Negatif (-) ..................................................... 13 Gambar 2.7COM Ouput Terminal Positif (+) ....................................................... 14 Gambar 2.8 Simbol LOAD ................................................................................... 16 Gambar 2.9 Simbol LOAD NOT .......................................................................... 16 Gambar 2.10 Simbol AND.................................................................................... 17 Gambar 2.11 Simbol AND NOT .......................................................................... 17 Gambar 2.12 Simbol OR ....................................................................................... 17 Gambar 2.13 Simbol OR NOT ............................................................................. 17 Gambar 2.14 Simbol NOT .................................................................................... 18 Gambar 2.15 Simbol OUT .................................................................................... 18 Gambar 2.16 Simbol TON .................................................................................... 18 Gambar 2.17 Simbol OFF ..................................................................................... 18 Gambar 2.18 Simbol END .................................................................................... 19 Gambar 2.19Diagram Konvensional dengan Relay dan Ladder ........................... 19 Gambar 2.20Diagram Konvensional dengan Relay dan Ladder ........................... 21 Gambar 2.21 Contoh Ladder Diagram dengan Counter ....................................... 22 Gambar 2.22 Miniatur Circuit Breaker (MCB) .................................................... 23 Gambar 2.23(a) Trafo Step-Down, (b) Trafo Step-Up ......................................... 25 Gambar 2.24 Simbol Dioda, Struktur Dioda dan Simbol Dioda........................... 28 Gambar 2.25 Diagram Blok Penyearah Gelombang ............................................. 30 Gambar 2.26 (a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Jembatan Dioda ; (b) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Dua Dioda menggunakan Trafo CT ................................................................................................................ 31
Gambar 2.27 Bentuk Vo (Voutput) dari Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan menggunakan Jembatan Dioda ................................................................. 31 Gambar 2.28 Bentuk Gelombang Vo (Vouput) dari Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Dua Dioda menggunakan Trafo CT ........................... 31 Gambar 2.29 Bentuk Gelombang Keluaran Penyearah Gelombang Penuh dengan Kapasitor ............................................................................................................... 32 Gambar 2.30 Bentuk Fisik Kontaktor Magnetik ................................................... 33 Gambar 2.31Simbol-simbol Kontaktor Magnetik ................................................ 33 Gambar 2.32Cara Kerja Kontak............................................................................ 34 Gambar 2.33Gambar Kontak MC ......................................................................... 35 Gambar 2.34 Cara Kerja MC ................................................................................ 35 Gambar 2.35 Bentuk Fisik Thermal Over Load Relay ......................................... 37 Gambar 2.36 Penyambungan TOR dengan MC ................................................... 37 Gambar 2.37 Simbol dan Penomoran TOR .......................................................... 38 Gambar 3.1 Bentuk Fisik Kerangka ...................................................................... 40 Gambar 3.2 Papan Simulasi dan Desain Gambarannya ........................................ 41 Gambar 3.3Kotak Panel ........................................................................................ 43 Gambar 3.4Penempatan Komponen-Komponen pada Kotak Panel ..................... 45 Gambar 3.5Pintu Kotak Panel ............................................................................... 47 Gambar 3.6 Diagram Blok .................................................................................... 50 Gambar 3.7 Flow Chart ......................................................................................... 53 Gambar 3.8 Cable Connector PS2 ........................................................................ 64 Gambar 3.9 Tampilan Jendela pada CD ROM ..................................................... 65 Gambar 3.10 Instalasi Driver Konverter RS232 to USB 2.0 Telah Selesai. ......... 65 Gambar 3.11 Klik Kanan Menu My Computer .................................................... 66 Gambar 3.12 Port COM yang digunakan oleh Konverter..................................... 66 Gambar 3.13 Jendela Tampilan XG5000 .............................................................. 68 Gambar 3. 14 Ladder Diagram.............................................................................. 72
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan Penggunaan PLC dan Relay Konvensional ..................... 8 Tabel 2.2 Spesifikasi Input PLC LS XBC-DR30E ............................................... 12 Tabel 2.3 Spesifikasi Output PLC LS XBC-DR30E ............................................ 14 Tabel 3.1 Komponen-Komponen Bagian dalam Kotak Panel .............................. 44 Tabel 3.2 Komponen-Komponen pada Pintu Kotak Panel ................................... 46 Tabel 3.3 Alat dan Bahan yang digunakan ........................................................... 73 Tabel 4.1 Tabel Pengujian Kerja Pompa............................................................... 74 Tabel 4.2 Tabel Pengujian Gangguan Over Limit ................................................ 76
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Diagram Pengawatan ........................................................................ 81
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1.
Latar Belakang Masalah Pada workshop Semester V Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Medan terdapat sebuah proyek di workshop yang diberi nama “Kontrol Pompa Air Bersih”. Pada sistem pengontrolan tersebut masih menggunakan dua jenis komponen pengendali yaitu Relay dan juga Timer. Setiap output beban dikendalikan dengan komponen pengendalinya masing-masing. Namun seiring kemajuan teknologi saat ini, beban-beban tersebut dapat dikendalikan dengan hanya menggunakan sebuah sistem pengendali yang disebut PLC (Progammable Logic Controller).PLC merupakan suatu unit yang secara khusus dirancang untuk menangani suatu sistem kontrol otomatis pada mesin-mesin industri termasuk juga pada pengontrolan pompa air bersih ini. Menambah proyek workshop semester V dengan sistem pengontrolan yang baru yaitu dengan menggunakan PLC sangatlah dimungkinkan. Maka, hal ini yang mendasari tim penulis dalam mengangkat Judul Tugas Akhir ini, yaitu “RANCANG BANGUN SIMULATOR PENGENDALIAN AIR BERSIH BERBASIS PLC LS XBCDR30E”. 1.2.
Rumusan Masalah
Rumusan masalah didalam proyek tugas akhir ini adalah sebagai berikut : 1. Bagaimana cara merancang simulator pengendalian air bersih berbasis PLC ? 2. Bagaimana cara membuat simulator pengendalian air bersih berbasis PLC?
1.3.
Batasan Masalah
Di dalam Proyek Tugas Akhir ini, beberapa hal yang menjadi batasan masalah adalah sebagai berikut :
1. Hanya terdapat dua pompa air yang dikontrol pada sistem pengendalian air bersih ini dan kedua pompa hanya diwakilkan oleh kedua buah bola lampu. 2. Simulator ini hanya menitikberatkan pada pemrograman PLC. 3. Pembahasan mengenai kapasitas pompa air, kapasitas tangki dan ukuran pipa tidak dibahas pada Tugas Akhir ini. 1.4.
Tujuan Pembuatan Proyek
Adapun tujuan pembuatan proyek ini adalah : 1. Dapat mengaplikasikan ilmu pengetahuan yang diperoleh selama perkuliahan ke dalam praktek industri pada umumnya dan pengoperasian alat listrik pada khususnya. 2. Menambah variasi sistem pengontrolan atau pengendalian air bersih yaitu dengan menggunakan PLC pada proyek workshop Semester V dan Semester VI Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Sebagai salah satu syarat dalam penyelesaian studi di Politeknik Negeri Medan. 1.5.
Manfaat Pembuatan Proyek
Pembuatan proyek ini bermanfaat : 1. Sebagai perbandingan dengan sistem pengontrolan air bersih yang sudah ada pada workshop Semester V dan juga menambah variasi sistem pengontrolan yaitu dengan menggunakan PLC. 1.6.
Teknik Pengumpulan Data
Dalam memperoleh data-data dan informasi yang diperlukan dalam penyusunan Tugas Akhir ini, beberapa metode pengumpulan data yang dilakukan diantaranya: 1. Mengumpulkan data melalui buku referensi yang menunjang proyek ini, bedah pustaka, internet dan juga konsultasi dengan rekan-rekan yang memiliki background pendidikan yang sama dengan Penulis. 2. Melakukan konsultasi dengan dosen pembimbing serta dosen-dosen staff pengajar terkait dengan realisasi proyek ini di bidang masing-masing. 3. Melakukan beberapa percobaan simulasi kerja sistem dengan Software XG5000.
1.7.
Sistematika Penulisan Sistematika yang digunakan pada tugas akhir ini adalah :
BAB 1 : PENDAHULUAN Bab ini berisi uraian singkat mengenai latar belakang permasalahan, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan pembuatan proyek, manfaat pembuatan proyek, teknik pengumpulan data serta sistematika penulisan. BAB 2 : TEORI DASAR Bab ini berupa uraian konsep dan teori dasar secara umum yang mendukung dalam pemecahan masalah, baik yang berhubungan dengan sistem maupun perangkat. BAB 3 : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN SISTEM Pada bab ini dibahas mengenai perancangan dan realisasi perangkat keras sistem. BAB 4 :PENGUJIAN DAN ANALISA Bab ini menguraikan pengujian dan analisa prinsip kerja sistem yang telah diimplementasikan. Pengujian sistem akan mengacu pada spesifikasi yang telah disebutkan untuk mengetahui apakah hasil rancangan sesuai dengan spesifikasi. BAB 5 :PENUTUP Bab ini berisi tentang simpulan dan saran terhadap hasil yang diperoleh dari penelitian yang telah dilakukan serta membicarakan saran-saran untuk pengembangan lebih lanjut sistem ini.
