Aplikasi rangkaian PLC dan pneumatik sederhana

Setelah anda mengerti tentang pengertian pneumatik beserta cara kerja pneumatik. Sekarang kita akan belajar membuat aplikasi sederhana menggunakan pneumatik dengan PLC sebagai sistem kontrolnya. Untuk membuatnya pertama kita harus menentukan bagaimana cara kerja dari sistem kontrolnya. Lalu dilanjutkan dengan membuat perencanaan program PLC-nya. Baiklah kita langsung saja membuat aplikasi sederhana PLC dan pneumatik. Kalau boleh jujur sebenarnya saya juga bingung mau buat contoh program rangkaian apa?? Karena saya juga tidak punya banyak pengalaman langsung dalam membuat aplikasi seperti ini. Baiklah kita putuskan untuk membuat sistem kerja pneumatik secara flip-flop saja. Kenapa rangkaian flip-flop??Karena rangkaian flip-flop itu sederhana dan mudah dimengerti.

Berikut ini cara kerjanya dan gambar program dari PLC Mitsubishi:

Rangkaian Ladder Diagram PLC

Program diatas adalah program flip-flop yang mengatur output Y0. Untuk mengaktifkan flip-flop timer maka syaratnya adalah kontak M0 harus aktif, dan M0 hanya akan kerja jika X2 OFF dan X0 dan X1 harus ON secara bersamaan walaupun cuma sesaat. Dan untuk mematikan flip-flop tersebut X2 harus aktif (walaupun cuma sesaat). Dalam hal ini kita akan membuat cylinder pneumatik bekerja dalam kurun waktu 15 detik (piston maju) dan akan kembali pada posisi awal selama 15 detik(piston mundur), lalu piston cylinder bekerja lagi dalam 15 detik lalu kembali lagi pada posisi awal, begitu seterusnya hingga flip-flop dimatikan (X2 ON). Dari gambar ladder diagram diatas kita bisa membuat gambar pelaksanaannya secara sederhana.

Gambar Rangkaian Kontrol

Pada gambar pelaksanaan diatas kita bisa lihat bahwa input X0 dan X1 digambarkan sebagai tombol push button dan sedangkan input X2 di gambarkan sebagai tombol emergency. Lalu output Y0 langsung di sambungkan pada coil dari selenoid valve yang mempunyai tegangan kerja 200VAC. Dalam hal ini jika kita menggunakan selenoid valve dengan tegangan kerja arus DC,  kita bisa memberikan tegangan kerja DC tersebut pada common output dari Y0. Dengan kata lain outputan dari PLC diatas tergantung dari common (com) itu sendiri. Sebagai contoh coba lihat gambar diatas, jika kita memberikan tegangan 200VAC pada com 0 maka tegangan output dari Y0 adalah 200VAC dan jika kita beri tegangan DC  katakanlah 24VDC maka tegangan keluaran dari output Y0 juga akan bertegangan DC 24V. Hal ini juga berlaku pada outputan lainnya ( Y1, Y2, Y3, dst). Hal seperti ini terjadi karena sumber tegangan, device outputan dan kontak outputan PLC membentuk rangkaian loop. Untuk lebih jelasnya coba lihat gambar contoh rangkaian output dibawah ini.   

                           

Gambar. Sistem pneumatik sederhana

Rangakaian kontrol flip-flop pneumatik ini sebenarnya terlalu sederhana bila harus menggunakan PLC. Karena kita tahu mahalnya harga sebuah PLC, tentu akan lebih baik jika kita membuatnya hanya dengan device kontrol relay. Namun ini hanyalah contoh sederhana agar seorang pemula pun bisa mengerti bagaimana mengontrol kerja pneumatik dengan kontrol PLC. Dan tentu saja diharapkan anda bisa mengembangkannya sendiri.

Pengertian dan Macam-Macam Kompresor

Kompresor adalah mesin atau alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan atau memampatkan fluida gas atau udara. Kompresor biasanya menggunakan motor listrik, mesin diesel atau mesin bensin sebagai tenaga penggeraknya. Udara bertekanan hasil dari kompresor biasanya diaplikasikan atau digunakan pada pengecatan dengan teknik spray/ air brush, untuk mengisi angin ban, pembersihan, pneumatik, gerinda udara (air gerinder) dan lain sebagainya.

Prinsip kerja kompresor dapat dilihat mirip dengan paru-paru manusia. Misalnya ketika seorang mengambil napas dalam – dalam untuk meniup api lilin, maka ia akan meningkatkan tekanan udara di dalam paru-paru, sehingga menghasilkan udara bertekanan yang kemudian digunakan atau dihembuskan untuk meniup api lilin tersebut.

Jenis – jenis kompresor
Secara umum kompresor dibedakan menjadi dua jenis yaitu kompresor dinamis dan kompresor perpindahan positif.

1. Kompresor perpindahan positif
Kompresor perpindahan positif dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu kompresor piston (reciprocating compressor) dan kompresor putar (rotary).
• Kompresor piston/torak (Reciprocating)

           1) Kompresor piston kerja tunggal
Kopresor piston kerja tunggal adalah kompresor yang memanfaatkan perpindahan piston, kompresor jenis ini menggunakan piston yang didorong oleh poros engkol (crankshaft) untuk memampatkan udara/ gas. Udara akan masuk ke silinder kompresi ketika piston bergerak pada posisi awal dan udara akan keluar saat piston/torak bergerak pada posisi akhir/depan.

Kompresor piston kerja tunggal

           2) Kompresor piston kerja ganda
Kompresor piston kerja ganda beroperasi sama persis dengan kerja tunggal, hanya saja yang menjadi perbedaan adalah pada kompresor kerja ganda, silinder kompresi memiliki port inlet dan outlet pada kedua sisinya. Sehingga meningkatkan kinerja kompresor dan menghasilkan udara bertekanan yang lebih tinggi dari pada kerja tunggal.

Kompresor piston kerja ganda

           3) Kompresor diafragma
Kompresor diafragma adalah jenis klasik dari kompresor piston, dan mempunyai kesamaan dengan kompresor piston, hanya yang membedakan adalah, jika pada kompresor piston menggunakan piston untuk memampatkan udara, pada kompresor diafragma menggunakan membran fleksible atau difragma.

Kompresor diafragma

• Kompresor putar (Rotary)
           1) Kompresor screw (Rotary screw compressor)
Kompresor screw merupakan jenis kompresor dengan mekanisme putar perpindahan positif, yang umumnya digunakan untuk mengganti kompresor piston, bila diperlukan udara bertekanan tinggi dengan volume yang lebih besar.

           2) Lobe
           3) Vane
           4) Liquid Ring
           5) Scroll


2. Kompresor dinamis
Kompresor dinamis dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu kompresor sentrifugal dan kompresor aksial.
• Kompresor sentrifugal
Kompresor sentrifugal merupakan kompresor yang memanfaatkan gaya sentrifugal yang dihasilkan oleh impeller untuk mempercepat aliran fluida udara (gaya kinetik), yang kemudian diubah menjadi peningkatan potensi tekanan (menjadi gaya tekan) dengan memperlambat aliran melalui diffuser.

• Kompresor aksial
Kompresor aksial adalah kompresor yang berputar dinamis yang menggunakan serangkaian kipas airfoil untuk semakin menekan aliran fluida. Aliran udara yang masuk akan mengalir keluar dengan cepat tanpa perlu dilemparkan ke samping seperti yang dilakukan kompresor sentrifugal. Kompresor aksial secara luas digunakan dalam turbin gas/udara seperti mesin jet, mesin kapal kecepatan tinggi, dan pembangkit listrik skala kecil.

Penumatik Dan Elektro Penumatik

Pengertian Pneumatik

Pneumatik merupakan teori atau pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan syarat-syarat keseimbang-an. Orang pertama yang dikenal dengan pasti telah menggunakan alat pneumatik adalah orang Yunani bernama Ktesibio. Dengan demikian istilah pneumatik berasal dari Yunani kuno yaitu pneuma yang artinya hembusan (tiupan). Bahkan dari ilmu filsafat atau secara philosophi istilah pneuma dapat diartikan sebagai nyawa. Dengan kata lain pneumatik berarti mempelajari tentang gerakan angin (udara) yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga dan kecepatan. 

Pneumatik merupakan cabang teoritis aliran atau mekanika fluida dan tidak hanya meliputi penelitian aliran-aliran udara melalui suatu sistem saluran, yang terdiri atas pipa-pipa, selang-selang, gawai (device) dan sebagainya, tetapi juga aksi dan penggunaan udara mampat. Udara yang dimampatkan adalah udara yang diambil dari udara lingkungan yang kemudian ditiupkan secara paksa ke dalam tempat yang ukurannya relatif kecil.

Gambar  Pneumatic Sircuit

Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri (khususnya dalam teknik mesin) merupakan ilmu pengetahuan dari semua proses mekanis dimana udara memindahkan suatu gaya atau suatu gerakan. Dalam pengertian yang lebih sempit pneumatik dapat diartikan sebagai teknik udara mampat (compressed air technology). Sedangkan dalam pengertian teknik pneumatik meliputi : alat-alat penggerakan, pengukuran, pengaturan, pengendalian, penghubungan dan perentangan yang meminjam gaya dan penggeraknya dari udara mampat. Dalam penggunaan sistem pneumatik semuanya menggunakan udara sebagai fluida kerja dalam arti udara mampat sebagai pendukung, pengangkut, dan pemberi tenaga.

Adapun ciri-ciri dari para perangkat sistem pneumatik yang tidak dipunyai oleh sistem alat yang lain, adalah sebagai berikut :

1. Sistem pengempaan, yaitu udara disedot atau diisap dari atmosphere kemudian dimampatkan (dikompresi) sampai batas tekanan kerja tertentu (sesuai dengan yang diinginkan). Dimana selama terjadinya kompresi ini suhu udara menjadi naik.
2. Pendinginan dan penyimpanan, yaitu udara hasil kempaan yang naik suhunya harus didinginkan dan disimpan dalam keadaan bertekanan sampai ke obyek yang diperlukan.
3. Ekspansi (pengembangan), yaitu udara diperbolehkan untuk berekspansi dan melakukan kerja ketika diperlukan.
4.  Pembuangan, yaitu udara hasil ekspansi kemudian dibebaskan lagi ke atmosphere (dibuang).

Semua sistem yang menggunakan tenaga yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan untuk menghasilkan suatu kerja disebut dengan sistem pneumatik. Dalam penerapannya, sistem pneumatik banyak digunakan sebagai sistem automasi. Dalam kaitannya dengan bidang kontrol, pemakaian sistem pneumatik sampai saat ini dapat dijumpai pada berbagai industri sepertipertambangan, perkeretaapian, konstruksi, manufacturing, robot dan lain-lain. Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan gerak.

Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi pneumatik, yang menggunakan udara serta hidrolik yang menggunakan cairan. Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai tekanan yang sama ke segala arah. Pada dasarnya sistem pneumatik dan hidrolik tidaklah jauh berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat fluida kerja yang digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat ditekan (incompresible fluid) sedangkan udara adalah fluida yang dapat terkompresi (compressible fluid).

Pada umumnya pneumtik menggunakan aliran udara yang terjadi karena perbedaaan tekanan udara pada suatu tempat ke tempat lainnya. Untuk keperluan industri, aliran udara diperoleh dengan memampatkan udara atmosfer sampai tekanan tertentu dengan kompressor pada suatu tabung dan menyalurkannya kembali ke udara bebas. Jenis kompressor terdiri dari dua kelompok antara lain :

1.  Kompressor torak yang bekerja dengan prinsip pemindahan yaitu udara dimampatkan dengan mengisikannya ke dalam suatu ruangan kemudian mengurangi sis pada ruangan tersebut.
2. 2)   Kompressor aliran yang bekerja dengan prinsip aliran udara yaitu dengan menyedot udara masuk ke dalam pada satu sisi dan memampatkannya dengan percepatan massa (turbin). Kompressor aliran meliputi kompressor aliran radial dan kompressor aliran aksial.

Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memilik karakteristik khusus antara lain :

1)   Jumlah udara tidak terbatas
2)   Transfer udara relatif mudah dilakukan
3)      Dapat dimampatkan
4)      Mencari tekanan yang lebih rendah
5)      Memberi tekanan yang sama ke segala arah
6)      Tidak mempunyai bentuk tetap (selalu menyesuaikan dengan bentuk yang ditempatinya)
7)      Mengandung kadar air
8)      Tidak sensitive terhadap suhu
9)      Tahan ledakan
10)  Kebersihan
11)  Kesederhanaan konstruksi
12)  Kecepatan
13) Keamanan

ELEKTRO PNEUMATIK

Pengembangan dari penumatik

Prinsip kerja : media kerja (tenaga penggerak = energi penumatik)

Media kontrol = sinyal elektrik maupun elektronik

Prinsip Kerja

• Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik.

• Sinyal yang dikirimkan tadi akan menghasilkan medan elektromagnetik dan akan mengaktifkan katup pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik.

• Media kerja pneumatik akan mengaktifkan elemen kerja pneumatik seperti motor pneumatik yang menjalankan sistem

Tenaga fluida adalah istilah yang mencakup pembangkitan, kendali dan aplikasi dari fluida bertekanan yang digunakan untuk memberikan gerak. Berdasarkan fluida yang digunakan tenaga fluida dibagi menjadi pneumatik, yang menggunakan udara, serta hidrolik, yang menggunakan cairan.
Dasar dari aktuator tenaga fluida adalah bahwa fluida mempunyai tekanan yang sama ke segala arah. Dalam
sistem pneumatik, aktuator berupa batang piston mendapat tekanan udara dari katup masuk, yang kemudian memberikan gaya kepadanya.
Gaya inilah yang menggerakkan piston pneumatik, baik maju atau mundur. Pada dasarnya sistem pneumatik dan hidrolik tidaklah jauh berbeda. Pembeda utama keduanya adalah sifat dari fluida kerja yang digunakan. Cairan adalah fluida yang tidak dapat ditekan (incompressible fluid) sedangkan udara adalah fluida yang dapat terkompresi (compressible fluid).

Rangkaian Sederhana Elektro Penumatik

  
Udara sebagai fluida kerja pada sistem pneumatik memiliki karakteristik khusus, antara lain :

• Jumlahnya tak terbatas
• Mencari tekanan yang lebih rendah
• Dapat dimampatkan
• Memberi tekanan yang sama rata ke segala arah
• Tidak mempunyai bentuk (menyesuaikan dengan tempatnya)
• Mengandung kadar air

Pada sistem pneumatik terdapat beberapa komponen utama, yaitu

• sistem pembangkitan udara terkompresi yang mencakup kompresor, cooler, dryer, tanki penyimpan
• unit pengolah udara berupa filter, regulator tekanan, dan lubrifier (pemercik oli) yang lebih dikenal sebagai Air Service Unit
• Katup sebagai pengatur arah, tekanan, dan aliran fluida
• Aktuator yang mengkonversikan energi fluida menjadi energi mekanik
• Sistem perpipaan
• Sensor dan transduser
• Sistem kendali dan display

Gambar 2 menunjukkan suatu sistem pneumatik yang disederhanakan. Untuk mengendalikan katup diperlukan suatu kontroler. Kontroler ini dapat berupa rangkaian pneumatik ataupun rangkaian elektrik. Sistem pneumatik menggunakan rangkaian kontroler elektrik disebut sebagai sistem elektro-pneumatik.

ambar 2 Sistem pneumatik sederhana

Sistem pneumatik, sebagaimana sistem pengontrolan yang lain, memiliki kelebihan dan kekurangan. Kelebihan sistem pneumatik :

• Bersih
• Media kontrol (udara) tak terbatas
• Cepat / responsif (dibandingkan hidrolik)

Kekurangan sistem pneumatik :

• Kesulitan untuk pengaturan posisi yang presisi akibat sifat kompresibilitas yang dimiliki udara
• Daya yang dihasilkan kecil
• Membutuhkan investasi awal yang cukup besar untuk sistem pengadaan dan pendistribusian udara.

Aktuator yang paling banyak digunakan pada rangkaian pneumatik adalah silinder. Silinder dapat bergerak
maju (extend) atau mundur (retract) dengan cara mengarahkan aliran udara bertekanan ke satu sisi dari piston menggunakan katup pengatur arah.

Rangkaian Silinder Kerja Tunggal dan Ganda