RANCANG BANGUN PENGASUTAN LANGSUNG

 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
pengasutan langsung dua kecepatan dengan dua arah putar berbasis PLC CP1L-L20DR-A.
sistem
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
𝑛𝑠 =
Prinsip Kerja Motor Induksi
𝑃
…………………………..…(2.1)
Keterangan :
Prinsip kerja motor induksi dapat
dilihat
pada gambar dibawah ini :
ns
= Kecepatan medan putar stator
F
= Frekuensi
P
= Jumlah Kutub
2.3
Komponen yang Digunakan
Prinsip kerja motor induksi
Gambar 2.1
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.
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
Kecepatan (Dahlander)
Motor
Dua
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 :
120 ×𝑓
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
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
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.
berhubungan secara langsung dengan beban.
Diagram yang
menunjukkan bagaimana
rangkaian kontrol itu berfungsi disebut
Pembuatan diagram kontrol
diagram kontrol.
haruslah sesuai standar yang ditentukan.
Gambar 3.3 diagram kontrol pengasutan langsung
double speed forward reverse
3.5
Cara kerja Rangkaian
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
3.6
Pemilihan Komponen
3.6.1
Pemilihan MCB
Rating MCB low Speed
: 250% x In1
: 250% x 2,82A
: 7,05 A
Rating Maksimal MCB
: 250% x In2
: 250% x 3,48A
: 8,7 A
MCB yang digunakan dari hasil perhitungan
adalah :
Tabel 3.1 name plate MCB yang digunakan
No
1
2
3
4
5
3.6.2
Spesifikasi
Merk
Type
Arus Max
Tegangan Max
Breaking capacity
Nilai
Hager
MY310E
6A
400 V
4,5 KA
Pemilihan Kontaktor
Kontaktor
yang
berdasarkan perhitungan adalah :
digunakan
Tabel 3.2 Kontaktor yang digunakan
3.6.3
No
1
2
3
4
5
6
7
Spesifikasi
Merk
Tipe
Kemampuan daya
Tegangan kontak
Arus kontak
Tegangan
koil
Frekuensi
Nilai
OTTO
SN-10
4KW
400 V
20 A
230 V
50 Hz
3.6.4
Push button yang digunakan adalah sebagai
berikut :
Tabel 3.5 Push button yang digunakan
No
Penggunaan
1
Tombol Stop
2
TOLR yang digunakan
sesuai dengan name
plate beban adalah :
3
Tabel 3.3 TOLR yang digunakan
3.6.4
Warna = Hitam / Merah
Bentuk = Bulat
Iset TOLR ≤ In
Spesifikasi
Merk
Tipe
Rating Arus
Spesifikasi
V kontak = 220 Volt
Pemilihan TOLR
No
1
2
3
Pemilihan Push Button
4
Nilai
Schneider
LRD 08
2,5 – 4 A
5
Pemilihan Penghantar
Tombol Start
forward - low
speed
Tombol Start
reverse - low
speed
Tobol Start
Forward - High
Speed
Tombol Start
Reverse - High
Speed
V kontak = 220 Volt
Warna = Hijau / Putih
Bentuk = Bulat
V kontak = 220 Volt
Warna = Hijau / Putih
Bentuk = Bulat
V kontak = 220 Volt
Warna = Hijau / Putih
Bentuk = Bulat
V kontak = 220 Volt
Warna = Hijau / Putih
Bentuk = Bulat
Untuk menentukan KHA yaitu :
3.6.5
KHA = 125% x In
Lampu tanda yang digunakan adalah sebagai
berikut :
= 125% x 3,48 A
= 4,35 A
Menurut PUIL 2000, KHA 4,35 A
didapat kabel dengan luas penampang 0,75
mm2. akan tetapi PUIL 2000 pasal 8.5.10.2
menyebutkan bahwa penghantar tembaga
harus berukuran minimal 1,5 mm2. (Puil
2000, 2000: 366). Serta disesuaikan pula
dengan sepatu kabel di pasaran yang memiliki
ukuran minimal untuk penghantar 1,5 mm2.
Maka luas penampang kabel kontrol dipilih
dengan ukuran 1,5 mm2..
Pemilihan Lampu Tanda
Tabel 3.6 Lampu tanda yang digunakan
No
Penggunaan
1
Indikator sistem
bertegangan
2
Indikator Keadaan
Normal
3
Indikator Over
Load
3.6.6
Pemilihan PLC
Spesifikasi
V = 220Volt
f = 50Hz
Warna Putih/Tidak
berwarna
V = 220Volt
f = 50Hz
Warna Hijau
V = 220Volt
f=50Hz
Warna Kuning
Tabel 3.4 Penghantar yang digunakan
Penggunaan
Kabel Daya
Kabel Kontrol
Kabel Sumber
Penghantar
NYAF 1 x 1.5mm2
NYAF 1 x 1.5mm2
NYY 4 x 1.5mm2
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.
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
I/O
Input
Input
Input
Input
Input
Input
Input
Output
Output
Output
Output
Output
Output
Ladder Diagram
3.7
3.8
Gambar 3.5 Timing diagram sistem pengasutan
langsung double speed forward reverse
IV
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.
4.2.5
Pemilihan Push Button
Pemilihan warna push button diatas
sudah sesuai dengan standar IEC 602041.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
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.
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.
4.2.3
4.2.7
4.2.2
Analisa Pemilihan Kontaktor
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 mm2 dapat
digunakan untuk sistem pengoperasian
pengasutan ini.
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.
5.2 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
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 5-072012 Pukul : 20.00