AKTUATOR
MAKALAH UNTUK MEMENUHI TUGAS Sistem Kontrol yang dibina oleh Bapak Prof. Dr. Ir. Djoko Kustono
Oleh M.Aschabul Kaffi
150514602237 150514602237
Mochammad Fajar Mulyo
150514600401 150514600401
Safa’ah Muhammad
150514601663
Kitana Handa Suhatta
150514607506 150514607506
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK MESIN FEBRUARI 2017
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. , karena atas limpahan rahmat dan karunia-Nya makalah ini dapat terselesaikan. Tak lupa Shalawat serta salam semoga tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad saw. Manusia istimewa yang seluruh perilakunya layak untuk diteladani, yang seluruh ucapannya adalah kebenaran, kebenaran, yang seluruh
getar hatinya kebaikan. Sehingga Sehingga
Penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya. Banyak kesulitan yang Penulis Penulis hadapi dalam membuat membuat tugas ini tapi dengan semangat dan kegigihan serta arahan, bimbingan dari berbagai pihak sehingga Penulis mampu menyelesaikan tugas ini dengan baik, oleh karena itu pada kesempatan ini, Penulis mengucapkan terima kasih kepada
1. Kedua orang tua yang selalu melimpahkan kasih sayangnya tanpa pamrih. 2. Bapak Djoko Kustono sebagai dosen Pembina matakuliah Sistem Kontrol 3. Rekan-rekan jurusan Teknik Mesin kelas E2 yang selalu kompak dan saling memotivasi. 4. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu
Penulis menyadari “tak ada gading yang tak retak” begitu pula makalah ini. Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang bersedia memberikan kritik dan saran agar dapat menyempurnakan makalah-makalah kami berikutnya. Akhirnya penulis berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi semua orang.
Malang, 26 Februari 2017
Penulis
ii
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. , karena atas limpahan rahmat dan karunia-Nya makalah ini dapat terselesaikan. Tak lupa Shalawat serta salam semoga tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad saw. Manusia istimewa yang seluruh perilakunya layak untuk diteladani, yang seluruh ucapannya adalah kebenaran, kebenaran, yang seluruh
getar hatinya kebaikan. Sehingga Sehingga
Penulis dapat menyelesaikan makalah ini tepat pada waktunya. Banyak kesulitan yang Penulis Penulis hadapi dalam membuat membuat tugas ini tapi dengan semangat dan kegigihan serta arahan, bimbingan dari berbagai pihak sehingga Penulis mampu menyelesaikan tugas ini dengan baik, oleh karena itu pada kesempatan ini, Penulis mengucapkan terima kasih kepada
1. Kedua orang tua yang selalu melimpahkan kasih sayangnya tanpa pamrih. 2. Bapak Djoko Kustono sebagai dosen Pembina matakuliah Sistem Kontrol 3. Rekan-rekan jurusan Teknik Mesin kelas E2 yang selalu kompak dan saling memotivasi. 4. Dan semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu
Penulis menyadari “tak ada gading yang tak retak” begitu pula makalah ini. Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang bersedia memberikan kritik dan saran agar dapat menyempurnakan makalah-makalah kami berikutnya. Akhirnya penulis berharap makalah ini dapat bermanfaat bagi semua orang.
Malang, 26 Februari 2017
Penulis
ii
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ............................................. ................................................................... ............................................ ......................... ... ii DAFTAR ISI .................................................... .......................................................................... ............................................. ................................ ......... iii BAB I PENDAHULUAN ........................................... ................................................................. ............................................ ........................ 1 1.1 Latar Belakang ........................................... ................................................................. ............................................ .................................. ............ 1 1.2 Tujuan ............................................. ................................................................... ............................................ ............................................. .......................1 BAB II PEMBAHASAN ........................................................... ................................................................................. ................................ .......... 2.1 Pengertian aktuator............................................. aktuator................................................................... ............................................ .......................... .... 5 2.2 Jenis-jenis dan Prinsip Kerja aktuator ......................................... ............................................................... ........................6 2.3 Motor AC dan DC ............................................. ................................................................... ............................................ .......................... ....9 2.4 Motor Stepper ............................................ .................................................................. ............................................ ................................ ..........23 2.5 Kontroller ........................................... ................................................................. ............................................ ....................................... .................28 2.6 Pengkondisian Sinyal ........................................... ................................................................. ........................................... .....................42 2.7 Penggunaan aktuator .......................................... ................................................................ ............................................ ........................ .. 53 53 BAB III PENUTUP ......................................... ............................................................... ............................................ ................................ ..........54 3.1 Kesimpulan ............................................ ................................................................... ............................................. ................................... .............55 SOALA LATIHAN..................................................... ........................................................................... ........................................... .....................56 DAFTAR PUSTAKA .......................................... ................................................................ ............................................ ............................ ...... 58
iii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar belakang
Sistem kontrol (control (control system) system) merupakan suatu kumpulan cara atau metode yang dipelajari dari kebiasaan-kebiasaan manusia dalam bekerja, dimana manusia membutuhkan suatu pengamatan kualitas dari apa yang telah mereka kerjakan sehingga memiliki karakteristik sesuai dengan yang diharapkan pada mulanya. Dalam aplikasinya, sistem kontrol memegang peranan penting dalam teknologi. Sebagai contoh, otomatisasi industri dapat menekan biaya produksi, mempertinggi kualitas, dan dapat menggantikan pekerjaan-pekerjaan rutin yang membosankan. Sehingga dengan demikian akan meningkatkan kinerja suatu sistem secara keseluruhan, dan pada akhirnya memberikan keuntungan bagi manusia yang menerapkannya.
1.3 tujuan
1. Untuk Mengetahui pengertian aktuator 2. Untuk mengetahui jenis-jenis dan prinsip kerja dari aktuator 3. Untuk mengetahui penggunaan aktuator dalam industri maupun dalam kebutuhan sehari-hari 4. Untuk mengetahui cara Kerja motor AC, DC dan motor stepper 5. Mengetahui pengertian dari kontroller 6. Mengetahui pengkondisian sinyal
4
BAB 2 PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Aktuator
Aktuator adalah sebuah peralatan mekanis peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Aktuator diaktifkan dengan menggunakan lengan mekanis yang biasanya digerakkan oleh motor listrik, yang listrik, yang dikendalikan oleh media pengontrol otomatis yang terprogram di antaranya mikrokontroler. Aktuator mikrokontroler. Aktuator adalah elemen yang mengkonversikan besaran listrik analog menjadi besaran lainnya misalnya kecepatan putaran dan merupakan perangkat elektromagnetik yang menghasilkan daya daya gerakan sehingga dapat menghasilkan gerakan pada robot. Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator ini dapat dipasang sistem gearbox. Aktuator dapat melakukan hal tertentu setelah mendapat perintah dari kontroller. Misalnya pada suatu robot pencari cahaya, jika terdapat c ahaya, maka sensor akan memberikan informasi pada kontroller yang kemudian akan memerintah pada aktuator untuk bergerak mendekati arah sumber cahaya. Aktuator dalam perspektif kontrol dapat dikatakan sebagai :
Aktuator : Pintu kendali ke sistem Aktuator : Pengubah sinyal listrik menjadi besaran mekanik Batasan aktuator riil : Sinyal kemudi terkesil, saturasi.
Fungsi aktuator adalah sebagai berikut.
Penghasil gerakan Gerakan rotasi dan translasi Mayoritas aktuator > motor based Aktuator dalam simulasi cenderung dibuat linier Aktuator riil cenderung non-linier
Berikut berbagai jenis aktuator sesuai dengan prinsip kerjanya yaitu: a) Aktuator listrik : Aktuator tenaga elektris, biasanya digunakan selenoid, motor arus searah (mesin DC). Sifat mudah diatur dengan torsi kecil sampai sedang. b) Aktuator hidraulik : Aktuator tenaga hidraulik, torsi yang besar konstruksinya sukar c) Aktuator pneumatik : Aktuator tenaga pneumatik, sukar dikendalikan d) Aktuator lainnya: piezoelectric, magnetic, ultra sound. e) Aktuator mekanik
5
2.2. Jenis-jenis dan Prinsip Kerja Aktuator 1. Aktuator Electric
Aktuator elektrik merupakan actuator yang mempunyai prinsip kerja mengub ah sinyal elektrik menjadi gerakan mekanik, Berikut macammacam actuator elektrik
Solenoid.
Motor stepper.
Motor DC.
Brushless DC-motors.
Motor Induksi.
Motor Sinkron.
Gambar Aktuator Electric Keunggulan aktuator elektrik adalah sebagai berikut :
Mudah dalam pengontrolan
Mulai dari mW sampai MW.
6
Berkecepatan tinggi, 1000 – 10.000 rpm.
Banyak macamnya.
Akurasi tinggi
Torsi ideal untuk pergerakan.
Efisiensi tinggi.
2. Aktuator Pneumatic
Aktuator pneumatic adalah aktuator yang memanfaatkan udara bertekanan m enjadi gerakan mekanik. Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi per mukaan piston (arah maju) , sedangkan sisi yang lain (arah mundur) terbuka ke at mosfir, maka gaya diberikan pada sisi permukaan piston tersebut sehingga batang piston akan terdorong keluar sampai mencapai posisi maksimum dan berhenti.
Gambar Aktuator Pneumatik Gaya piston yang dihasilkan oleh silinder bergantung pada tekanan udara, diamete r silinder dan tahanan gesekan dari komponen perapat. Gaya piston secara teoritis dihitung menurut rumus berikut :
7
3. Aktuator Hydraulic
Aktuator hydraulic merupakan aktuator yang memanfaatkan aliran fluida/oli bertekanan menjadi gerakan mekanik. Sama seperti halnya pada sistem Pneumatik , aktuator hidrolik dapat berupa silinder tapi inputannya hydraulic.
Gambar Aplikasi Penggunaan sistem hydraulic Kelebihan
Fluida hidrolik bisa sebagai pelumas dan pendingin.
Dengan ukuran kecil dapat menghasilkan gaya/torsi besar
Mempunyai kecepatan tanggapan yang tinggi
Dapat dioperasikan pada keadaan yang terputus-putus
Kebocoran rendah
Fleksibel dalam desain
8
Kekurangan
Daya hidrolika tidak siap tersedia dibanding dengan daya listrik
Biaya sistem lebih mahal
Bahaya api dan ledakan ada
Sistem cenderung kotor
Mempunyai karakteristik redaman yang rendah
4. Aktuator Mekanik Prinsip Kerja Aktuator Mekanik Motor DC
• Mengubah energi listrik (tegangan) menjadi energi mekanik (putaran) • Diagram skematik motor dc penguat medan konstan :
2.3. motor listrik AC dan DC Motor listrik seringkali kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari dalam berbagai aplikasinya. Motor listrik terdiri atas tiga bagian utama yang disebut stator (bagian yang diam) dan rotor (bagian yang bergerak) dan air gap. Rotor dapat berputar karena adanya medan magnet yang dipengaruhi oleh arus listrik. Air gap adalah bagian yang memisahkan rotor dan stator. Perbedaan mendasar dari motor DC dan motor AC adalah sumber arusnya :
motor DC : sumber arus berasal dari arus DC motor AC : sumber arus berasal dari arus AC dan DC
9
Jenis-jenis motor listrik:
1. Motor DC Motor DC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan sumber tegangan DC. Motor DC atau motor arus searah sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung dan tidak langsung/direct-unidirectional. Motor DC digunakan pada penggunaan khusus dimana diperlukan penyalaan torque yang tinggi atau percepatan yang tetap untuk kisaran kecepatan yang luas. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa motor terdiri atas 2 bagian utama yaitu stator dan motor. Pada stator terdapat lilitan (winding) atau magnet permanen, sedangkan rotor adalah bagian yang dialiri dengan sumber arus DC. Arus yang melalui medan magnet inilah yang menyebabkan rotor dapat berputar. Arah gaya elektromagnet yang ditimbulkan akibat medan magnet yang dilalui oleh arus dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan.
10
Komponen Utama Motor DC Gambar diatas memperlihatkan sebuah motor DC yang memiliki tiga komponen utama : 1. Kutub medan magnet
11
Secara sederhada digambarkan bahwa interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan perputaran pada motor DC. Motor DC memiliki kutub medan yang stasioner dan kumparan motor DC yang menggerakan bearing pada ruan g diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan. Garis magnetik energi membesar melintasi bukaan diantara kutubkutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan. 2. Kumparan motor DC Bila arus masuk menuju kumparan motor DC, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. kumparan motor DC yang berbentuk silinder, dihubungkan ke as penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, kumparan motor DC berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutubkutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan kumparan motor DC. 3. Commutator Motor DC Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC. Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam kumparan motor DC. Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara kumparan motor DC dan sumber daya.
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
• Tegangan dinamo : meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan
• Arus medan : menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Mekanisme Kerja Motor DC Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum sama
Arus listrik dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Jika kawat yang membawa arus dibengkokkan menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop yaitu pada sudut kanan medan magnet akan mendapat gaya pada arah yang berlawanan. Pasangan gaya menghasilkan torsi untuk memutar kumparan. Motor- motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan tenaga putar yang lebih seragam dari medan magnetnya dihasilkan oleh susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan
12
Beberapa kerugian penggunaan motor DC:
Perawatan intensif karena brush atau sikat pada motor DC akan aus. Konversi arus AC menjadi arus DC menggunakan konverter memerlukan biaya yang mahal.
Keuntungan penggunaan motor DC:
Kecepatannya mudah diatur. Tegangan kumparan motor DC – meningkatkan tegangan kumparan motor DC akan meningkatkan kecepatan Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan.
Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Juga, motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Hubungan antara kecepatan, flux medan dan tegangan kumparan motor DC ditunjukkan dalam persamaan berikut : Gaya elektromagnetik : Torque :
E=KΦN T = K Φ Ia
Dimana: E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada te rminal kumparan motor DC (volt)
Φ = flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetik Ia = arus kumparan motor DC K = konstanta persamaan
Perhitungan pada motor DC : Daya input
:
Pin= √3 Vrms Irms cosƟ
Daya output
:
Pout= Tout w
13
w = kecepatan sudut Tout = torsi output Efisiensi
:
η (%) = (Pout/Pin) x 100
Mengapa terdapat efisiensi pada motor? Karena motor yang digunakan tidak dapat bersifat ideal, artinya pada motor ada kehilangan daya pada setiap prosesnya sehingga daya output akan bernilai lebih kecil daripada daya input. Kehilangan daya ini biasa disebut sebagai rugi-rugi daya dan dapat disebabkan karena mechanical (gesekan dan rotasi) serta electric (hambatan pada belitan) Berikut ilustrasi rugi-rugi daya pada motor DC:
Klasifikasi Motor DC:
14
Self Excited terdiri atas motor yang tersusun secara :
o Shunt : Rangkaian motor DC dimana field winding dan armaturre disusun secara paralel. Rangkaian shunt memiliki kecepatan sudut dan tegangan jepit yang konstan. o Seri : Rangkaian motor DC dimana field winding dan armature disusun secara seri. Kecepatan sudut tidak konstan, ketika diberi beban besar maka kecepa tan rotasi motor akan kecil dan begitu pula sebaliknya. Dapat menghasilkan momen yang besar dengan arus yang rendah sehingga cocok digunakan sebagai starter mesin. o Campuran : Rangkaian motor DC yang memiliki 2 buah field winding yang dihubungkan secara seri dan paralel dengan armature. Motor DC campuran ini menghasilkan momen awal yang besar pada awal pergerakan beban.
Berikut ini ilustrasi dari klasifikasi dari motor DC self excited:
15
Separately Excited
Arus penguat magnet berasal dari sumber arus sear ah (DC) di luar motor tersebut. Jenis-Jenis Motor DC 1. Motor DC sumber daya terpisah/ Separately Excited Jika arus medan dipasok dari sumber terpisah maka disebut motor DC sumber daya terpisah / separately excited. 2. Motor DC sumber daya sendiri/ Self Excited: motor shunt Pada motor shunt, gulungan medan (medan shunt) disambungkan secara paralel dengan gulungan kumparan motor DC (A) seperti diperlihatkan dalam gambar dibawah. Oleh karena itu total arus dalam jalur merupakan penjumlahan arus medan dan arus kumparan motor DC.
16
Karakteristik Motor DC Shunt Berikut tentang kecepatan motor shunt (E.T.E., 1997):
Kecepatan pada prakteknya konstan tidak tergantung pada beban (hingga torque tertentu setelah kecepatannya berkurang, lihat Gambar diatas dan oleh karena itu cocok untuk penggunaan komersial dengan beban awal yang rendah, seperti peralatan mesin. Kecepatan dapat dikendalikan dengan cara memasang tahanan dalam susunan seri dengan kumparan motor DC (kecepatan berkurang) atau dengan memasang tahanan pada arus medan (kecepatan bertambah).
3. Motor DC daya sendiri: motor seri Dalam motor seri, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara seri dengan gulungan kumparan motor DC (A) seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah. Oleh karena itu, arus medan sama dengan arus kumparan motor DC. Berikut tentang kecepatan motor seri (Rodwell International Corporation, 1997; L.M. Photonics Ltd, 2002) :
Kecepatan dibatasi pada 5000 RPM Harus dihindarkan menjalankan motor seri tanpa ada beban sebab motor akan mempercepat tanpa terkendali.
Motor-motor seri cocok untuk penggunaan yang memerlukan torque penyalaan awal yang tinggi, seperti derek dan alat pengangkat hoist seperti pada gambar berikut.
17
Karakteristik Motor DC Seri 4. Motor DC Kompon/Gabungan Motor Kompon DC merupakan gabungan motor seri dan shunt. Pada motor kompon, gulungan medan (medan shunt) dihubungkan secara paralel dan seri dengan gulungan kumparan motor DC (A) seperti yang ditunjukkan dalam gambar dibawah. Sehingga, motor kompon memiliki torque penyalaan awal yang bagus dan kecepatan yang stabil. Makin tinggi persentase penggabungan (yakni persentase gulungan medan yang dihubungkan secara seri), makin tinggi pula torque penyalaan awal yang dapat ditangani oleh motor ini. Contoh, penggabungan 40-50% menjadikan motor ini cocok untuk alat pengangkat hoist dan derek, sedangkan motor kompon yang standar (12%) tidak cocok (myElectrical, 2005).
Karakteristik Motor DC Kompon
18
2. Motor AC Motor AC adalah jenis motor listrik yang bekerja menggunakan tegangan AC (Alternating Current). Motor AC memiliki dua buah bagian utama yaitu “stator” dan “rotor”. Stator merupakan komponen motor AC yang statis. Rotor merupakan komponen motor AC yang berputar. Motor AC dapat dilengkapi dengan penggerak frekuensi variabel untuk mengendalikan kecepatan sekaligus menurunkan konsumsi dayanya.
Gerakan yang ditimbulkan motor AC dapat terjadi karena sumber arus AC atau DC. Tegangan suber AC dapat berupa satu fasa maupun tiga fasa. Jenis motor AC berdasarkan rotornya: a. Motor Sinkron Motor sinkron bekerja pada kecepatan tetap pada frekuensi tert entu dan tidak terjadi slip. Motor ini memerlukan arus DC untuk pembangkita daya dan memiliki torsi awal yang rendah, dan oleh karena itu motor sinkron cocok untuk penggunaan awal untuk beban rendah seperti kompresor udara, perubahan frekuensi dan generator motor. Motor sinkron mampu memperbaiki faktor daya sistem sehingga sering digunakan pada sistem yang menggunakan banyak listrik.
Prinsip Kerja Motor Sinkron Motor sinkron memiliki kumparan jangkar pada stator dan kumparan medan pada rotor. Kumparan jangkar memiliki bentuk yang sama dengan motor induksi, sedangkan kumparan medan berbentuk rotor silinder. Arus DC digunakan untuk menghasilkan fluks pada kumparan medan dan dialirkan ke rotor melalui cincin slip. Apabila jangkar dihubungkan dengan sumber tegangan tiga fasa akan menimbulkan medan putar pada stator. Kutub medan rotor yang diberi penguat arus searah mendapat tarikian dari kutub medan putar stator hingga turut berputar dengan kecepatan yang sama (sinkron).
19
Komponen utama motor AC sinkron :
Rotor, Perbedaan utama antara motor sinkron dengan motor induksi adalah bahwa rotor mesin sinkron berjalan pada kecepatan yang sama dengan perputaran medan magnet. Hal ini memungkinkan sebab medan magnit rotor tidak lagi terinduksi. Rotor memiliki magnet permanen atau arus DCexcited, yang dipaksa untuk mengunci pada posisi te rtentu bila dihadapkan dengan medan magnet lainnya. Stator, Stator menghasilkan medan magnet berputar yang sebanding dengan frekuensi yang dipasok.
Motor ini berputar pada kecepatan sinkron, yang diberikan oleh persamaan berikut (Parekh, 2003): N s = 120 f / P Dimana: f = frekuensi dari pasokan frekuensi P = jumlah kutub b. Motor Induksi Merupakan motor yang sering digunakan dalam peralatan industri. Bergerak karena adanya arus induksi. Motor induksi ini juga dapat diklasifikasikan menjadi:
Motor induksi satu fasa : hanya memiliki satu lilitan Motor induksi tiga fasa : memiliki 3 lilitan. Motor induksi 3 fasa ini medapat menghasilkan tenaga yang lebih besar daripada motor induksi satu fasa.
Motor induksi merupakan motor yang paling umum digunakan pada berbagai peralatan industri. Popularitasnya karena rancangannya yang sederhana, murah dan mudah didapat, dan dapat langsung disambungkan ke sumber da ya AC.
Motor AC Induksi
20
Prinsip kerja dari motor induksi yaitu suplai listri k di stator akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron di sekitar rotor. Arus dari rotor menghasilkan medan magnet yang kedua dan berusaha melawan medan magnet stator sehingga menyebabkan rotor berputar. Tetapi pada kenyataannya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan sinkron tetapi pada kecepatan dasar yang lebih rendah. Perbedaan tersebut disebabkan karena adanya slip yang meningkat dengan meningkatnya beban. Untuk menghindari slip maka dapat dipasang sebuah cincinn geser atau slip ring
%Slip = ((Ns-Nb)/Ns) x 100
Dimana: Ns = kecepatan sinkron dalam RPM Nb = kecepatan dasar dalam RPM Komponen Utama Motor AC Induksi Motor induksi memiliki dua komponen listrik utama : Rotor, Motor induksi menggunakan dua jenis rotor :
Rotor kandang tupai terdiri dari batang penghantar tebal yang dilekatkan dalam petak-petak slots paralel. Batang-batang tersebut diberi hubungan pendek pada kedua ujungnya dengan alat cincin hubungan pendek. Lingkaran rotor yang memiliki gulungan tiga fase, lapisan ganda dan terdistribusi. Dibuat melingkar sebanyak kutub stator. Tiga fase digulungi kawat pada bagian dalamnya dan ujung yang lainnya dihubungkan ke cincin kecil yang dipasang pada batang as dengan sikat yang menempel padanya.
Stator, Stator dibuat dari sejumlah stampings dengan slots untuk membawa gulungan tiga fase. Gulungan ini dilingkarkan untuk s ejumlah kutub yang tertentu. Gulungan diberi spasi geometri sebesar 120 derajat. Jenis-Jenis Motor Induksi Motor induksi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama (Parekh, 2003) :
Motor induksi satu fase. Motor ini hanya memiliki satu gulungan stator, beroperasi dengan pasokan daya satu fase, memiliki sebuah rotor kandang tupai, dan memerlukan sebuah alat untuk menghidupkan motornya. Sejauh ini motor ini merupakan jenis motor yang paling umum digunakan dalam peralatan rumah tangga, seperti fan angin, mesin cuci dan pengering pakaian, dan untuk penggunaan hingga 3 sampai 4 Hp.
21
Motor induksi tiga fase. Medan magnet yang berputar dihasilkan oleh pasokan tiga fase yang seimbang. Motor tersebut memiliki kemampuan daya yang tinggi, dapat memiliki kandang tupai atau gulungan rotor (walaupun 90% memiliki rotor kandang tupai); dan penyalaan sendiri. Diperkirakan bahwa sekitar 70% motor di industri menggunakan jenis ini, sebagai contoh, pompa, kompresor, belt conveyor, jaringan listrik , dan grinder. Tersedia dalam ukuran 1/3 hingga ratusan Hp.
Kecepatan Motor AC Induksi Motor induksi bekerja sebagai berikut. Listrik dipasok ke stator yang akan menghasilkan medan magnet. Medan magnet ini bergerak dengan kecepatan sinkron disekitar rotor. Arus rotor menghasilkan medan magnet kedua, yang berusaha untuk melawan medan magnet stator, yang menyebabkan rotor berputar. Walaupun begitu, didalam prakteknya motor tidak pernah bekerja pada kecepatan
sinkron namun pada “kecepatan dasar” yang lebih rendah. Terjadinya perbedaan antara dua kecepatan tersebut disebabkan adanya “slip/geseran” yang meningkat dengan meningkatnya beban. Slip hanya terjadi pada motor induksi. Untuk menghindari slip dapat dipasang sebuah cincin geser/ slip ring, dan motor tersebut
dinamakan “motor cincin geser/ slip ring motor”.
Persamaan berikut dapat digunakan untuk menghitung persentase slip/geseran (Parekh, 2003):
Dimana: Ns = kecepatan N b = kecepatan dasar dalam RPM
sinkron
dalam
RPM
Hubungan Antara Beban, Kecepatan dan Torque Pada Motor AC Induksi Gambar dibawah menunjukan grafik perbandingan torque-kecepatan motor induksi AC tiga fase dengan arus yang sudah ditetapkan. Bila motor (Parekh, 2003) sebagai berikut :
Mulai menyala ternyata terdapat arus nyala awal yang tinggi dan torque yang rendah (“pull-up torque”). Mencapai 80% kecepatan penuh, torque berada pada tingkat tertinggi (“pull-out torque”) dan arus mulai turun. Pada kecepatan penuh, atau kecepatan sinkron, arus torque dan sta tor turun ke nol.
22
Hubungan antara beban, kecepatan , dan torsi
2.4. Motor stepper
Motor stepper adalah salah satu jenis motor dc yang dikendalikan dengan pulsa-pulsa digital. Prinsip kerja motor stepper adalah bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit dimana motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor stepper tersebut. Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkannya diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa. Keunggulannya antara lain adalah :
Kelebihan Motor Stepper Kelebihan motor stepper dibandingkan dengan motor DC biasa adalah : 1. Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur. 2. Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak 3. Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi 4. Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)
23
5. Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC 6. Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya 7. Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.
Prinsip Kerja Motor Stepper Prinsip kerja motor stepper adalah mengubah pulsa-pulsa input menjadi gerakan mekanis diskrit. Oleh karena itu untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Berikut ini adalah ilustrasi struktur motor stepper sederhana dan pulasa yang dibutuhkan untuk menggerakkannya :
Prinsip Kerja Motor Stepper Gambar diatas memberikan ilustrasi dari pulsa keluaran pengendali motor stepper dan penerpan pulsa tersebut pada motor stepper untuk menghasilkan arah putaran yang bersesuaian dengan pulsa kendali.
Karakteristik motor stepper
Tegangan
Tiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet masing-masing motor stepper. Tegangan rata-rata ini harus diperhatikan dengan seksama karena bila melebihi dari tegangan ratarata ini akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putarannya tidak maksimal atau bahkan motor stepper akan rusak dengan sendirinya
Resistansi
Resistansi per lilitan adalah karakteristik yang lain dari motor stepper. Resistansi ini akan menentukan arus yang mengalir, selain itu juga akan mempengaruhi torsi dan kecepatan maksimum dan motor stepper.
Derajat per step
24
Besarnya derajat putaran per step adalah parameter terpenting dalam pemilihan motor stepper karena akan menentukan ukuran langkah gerakan yang paling kecil (resolusi). Tiap-tiap.6° per step, 7.5° per step, 15° per step, dan bahkan ada yang 90° per step. Dalam pengoperasiannya kita dapat menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut.
Jenis-Jenis Motor Stepper Berdasarkan struktur rotor dan stator pada motor stepper, maka motor stepper dapat dikategorikan dalam 3 jenis sebagai berikut : 1.
Motor stepper Variable reluctance (VR)
Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):
Motor stepper tipe variable reluctance (VR) 2.
Motor stepper Permanent Magnet (PM)
Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan. Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas f luks magnet
25
dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 15 0 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet :
Motor stepper tipe permanent magnet (PM) 3.
Motor stepper Hybrid (HB)
Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,6 0 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid :
26
Motor stepper tipe hibrid Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi menjadi 2 jenis yaitu motor stepper unipolar dan motor stepper bipolar. 4.
Motor Stepper Unipolar
Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya. Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan seperti pada gambar berikut.
Motor stepper dengan lilitan unipolar 5.
Motor Stepper Bipolar
27
Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubahubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar untuk ukuran yang sama.
Motor stepper dengan lilitan bipolar
2.5. Controller
Integral – Derivative controller ) Sistem Kontrol PID ( Proportional – merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut ( Feed back ). Sistem kontrol PID terdiri dari tiga buah cara pengaturan yaitu kontrol P (Proportional), D (Derivative) dan I (I ntegral), dengan masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan. Dalam implementasinya masing-masing cara dapat
28
bekerja sendiri maupun gabungan diantaranya. Dalam perancangan sistem kontrol PID yang perlu dilakukan adalah mengatur parameter P, I atau D a gar tanggapan sinyal keluaran system terhadap masukan tertentu sebagaimana yang diinginkan . 1. Kontrol Proporsional Kontrol P jika G(s) = kp , dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional . Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. 2. Kontrol Integratif Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t ) = [integrale(t )dT ]K i dengan Ki adalah konstanta Integral , dan dari persamaan diatas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u = K d .[deltae / deltat ] Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde sistem
3. Kontrol Derivatif Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G ( s) = s.K d Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks "kecepatan" atau rate dari error . Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri Untuk mendapatkan aksi kontrol yang baik diperlukan langkah coba-coba dengan kombinasi antara P, I dan D sampai ditemukan nilai Kp, Ki dan Kd seperti yang diiginkan. (1) Memahami cara kerja system, (2) Mencari model sistem dinamik dalam persamaan differensial, (3) Mendapatkan fungsi alih sistem dengan Transformasi Laplace, (4) Memberikan aksi pengontrolan dengan menentukan konstanta Kp, Ki dan Kd, (5) Menggabungkan fungsi alih yang sudah didapatkan dengan jenis aksi pengontrolan, (6) Menguji sistem dengan sinyal masukan fungsi langkah, fungsi undak dan impuls ke dalam fungsi alih yang baru, (7) Melakukan Transformasi Laplace balik untuk mendapatkan fungsi dalam kawasan waktu, (8) Menggambar tanggapan sistem dalam kawasan waktu
29
Penjelasan atau contohnya Kendali P.I.D sebagai berikut : Contohnya saja pada lift , fungsi kendali yaitu bagaimana membuat kecepatan lift ketika dinaiki oleh jumlah orang yang berbeda (secara logika ketika hanya 1 orang kecepatan tinggi dan ketika byak kecepatan menurun) nah disini fungsi kendali walu jumlah barapapun kecepatan tetap sama, Misalnya kita logika dengan kecepatan kereta (analogikan kecepatan konstan 80KM/jam) Maka : Kendali P, fungsinya mempercepat start dari kecepatan 0-80 KM/H, Kendali I, fungsinya menjaga kecepatan ketika mencapai 80 KM/H agar tidak terjadi kenaikan atau penurunan Kendali D, fungsinya memnjaga kecepatan 80km/h selama kereta berjalan
PID (Proportional-Integral-Derivative) Controller
Intrumentasi dan control industri tentu tidak lepas dari s istem instrumentasi sebagai pengontrol yang digunakan dalam keperluan pabrik. Sistem kontrol pada pabrik tidak lagi manual seperti dahulu, tetapi saat sekarang ini telah dibantu dengan perangkat kontroler sehingga dalam proses produksinya suatu pabrik bisa lebih efisien dan efektif. Kontroler juga berfungsi untuk memastikan bahwa setiap proses produksi terjadi dengan baik. PID (Proportional – Integral – Derivative controller) merupakan kontroler untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengontrol PID adalah pengontrol konvensional yang banyak dipakai dalam dunia industri. Pengontrol P ID akan memberikan aksi kepada Control Valve berdasarkan besar error yang diperoleh. Control valve akan menjadi aktuator yang mengatur aliran fluida dalam proses industri yang terjadi Level air yang diinginkan disebut dengan Set Point. Error adalah perbedaan dari Set Point dengan level air aktual.
30
PID Blok Diagram dapat dilihat pada gambar dibawah :
Adapun persamaan Pengontrol PID adalah :
Keterangan :
mv(t) = output dari pengontrol PID atau Manipulated Variable Kp = konstanta Proporsional Ti = konstanta Integral Td = konstanta Detivatif e(t) = error (selisih antara set point dengan level aktual) Persamaan Pengontrol PID diatas dapat juga dituliskan sebagai berikut :
31
dengan :
Untuk lebih memaksimalkan kerja pengontrol diperlukan nilai batas minimum dan maksimum yang akan membatasi nilai Manipulated Variable yang dihasilkan. Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proportional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant. 1. Kontrol Proporsional
Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta.
Jika u = G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time. Pengontrol proporsional memiliki keluaran yang sebanding/proporsional dengan besarnya sinyal kesalahan (selisih antara besaran yang diinginkan dengan harga aktualnya). Ciri-ciri pengontrol proporsional : 1. Jika nilai Kp kecil, pengontrol proporsional hanya mampu melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan respon sistem yang lambat (menambah rise time). 2. Jika nilai Kp dinaikkan, respon/tanggapan sistem akan semakin cepat mencapai keadaan mantapnya (mengurangi rise time). 3. Namun jika nilai Kp diperbesar sehingga mencapai harga yang berlebihan, akan mengakibatkan sistem bekerja tidak stabil atau respon sistem akan berosilasi. 4. Nilai Kp dapat diset sedemikian sehingga mengurangi steady state error, tetapi tidak menghilangkannya. 2.Kontrol Integratif
Pengontrol Integral berfungsi menghasilkan respon sistem yang memiliki kesalahan keadaan mantap nol (Error Steady State = 0 ). Jika sebuah pengontrol tidak memiliki unsur integrator, pengontrol proporsional t idak mampu menjamin keluaran sistem dengan kesalahan keadaan mantapnya nol. Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)=[ integral e(t)dT]Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari persamaan di atas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u=Kd.[delta e/delta t]
32
Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat men yebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde system Keluaran pengontrol ini merupakan hasil penjumlahan yang terus menerus dari perubahan masukannya. Jika sinyal kesalahan tidak mengalami perubahan, maka keluaran akan menjaga keadaan seperti sebelum terjadinya perubahan masukan. Sinyal keluaran pengontrol integral merupakan luas bidang yang dibentuk oleh kurva kesalahan / error. Ciri-ciri pengontrol integral : 1. Keluaran pengontrol integral membutuhkan selang waktu ter tentu, sehingga pengontrol integral cenderung memperlambat respon. 2. Ketika sinyal kesalahan berharga nil, keluaran pengontrol akan bertahan pada nilai sebelumnya. 3. Jika sinyal kesalahan tidak berharga nol, keluaran akan menunjukkan kenaikan atau penurunan yang dipengaruhi oleh besarnya sin yal kesalahan dan nilai Ki. 4. Konstanta integral Ki yang berharga besar akan mempercepat hilan gnya offset. Tetapi semakin besar nilai konstanta Ki akan mengakibatkan peningkatan osilasi dari sinyal keluaran pengontrol. 3.Kontrol Derivatif
Keluaran pengontrol diferensial memiliki sifat seperti halnya suatu operasi derivatif. Perubahan yang mendadak pada masukan pengontrol akan mengakibatkan perubahan yang sangat besar dan cepat. Ketika masukannya tidak mengalami perubahan, keluaran pengontrol juga tidak mengalami perubahan, sedangkan apabila sinyal masukan berubah mendadak dan menaik (berbentuk fungsi step), keluaran menghasilkan sinyal berbentuk impuls. Jika sinyal masukan berubah naik secara perlahan (fungsi ramp), keluarannya justru merupakan fungsi step yang besar magnitudenya sangat dipengaruhi oleh kecepatan naik dari fungsi ramp dan factor konstanta Kd. Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s)=s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam
konteks “kecepatan” atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan
untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler Derivative tidak dapat dipakai sendiri Ciri-ciri pengontrol derivatif :
33
1. Pengontrol tidak dapat menghasilkan keluaran jika tidak ada perubahan pada masukannya (berupa perubahan sinyal kesalahan) 2. Jika sinyal kesalahan berubah terhadap waktu, maka keluaran yang dihasilkan pengontrol tergantung pada nilai Kd dan laju perubahan sinyal kesalahan. 3. Pengontrol diferensial mempunyai suatu karakter untuk mendahului, sehingga pengontrol ini dapat menghasilkan koreksi yang signifikan sebelum pembangkit kesalahan menjadi sangat besar. Jadi pengontrol diferensial dapat mengantisipasi pembangkit kesalahan, memberikan aksi yang bersifat korektif dan cenderung meningkatkan stabilitas sistem. 4. Dengan meningkatkan nilai Kd, dapat meningkatkan stabilitas sistem dan mengurangi overshoot . Berdasarkan karakteristik pengontrol ini, pengontrol diferensial umumnya dipakai untuk mempercepat respon awal suatu sistem, tetapi tidak memperkecil kesalahan pada keadaan tunaknya. Kerja pengontrol diferensial hanyalah efektif pada lingkup yang sempit, yaitu pada periode peralihan. Oleh sebab itu pengontrol diferensial tidak pernah digunakan tanpa ada kontroler lainnya. Efek dari setiap pengontrol Proporsional, Integral dan Derivatif pada sistem l up tertutup disimpulkan pada table berikut ini :
Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol proporsional plus integral plus diferensial (pengontrol PID). Elemen-elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara keseluruhan bertujuan : 1. mempercepat reaksi sebuah sistem mencapai set point-nya 2. menghilangkan offset 3. menghasilkan perubahan awal yang besar dan mengurangi overshoot. Kita coba ambil contoh dari pengukuran temperatur, setelah terjadinya pengukuran dan pengukuran kesalahan maka kontroler akan memustuskan seberapa banyak posisi tap akan bergeser atau berubah. Ketika kontroler membiarkan valve dalam keadaan terbuka, dan bisa saja kontroler membuka sebagian dari valve jika hanya dibutuhkan air yang hangat, akan tetapi jika yang dibutuhkan adalah air panas, maka valve akan terbuka secara penuh. Ini adalah contoh dari proportional control. Dan jika ternyata dalam prosesnya air panas yang diharapkan ada datangnya kurang cepat maka controler bisa mempercepat
34
proses pengiriman air panas dengan membuka valve lebih besar atau menguatkan pompa, inilah yang disebut dengan intergral kontrol. Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Penyetelan konstanta Kp, Ki dan Kd akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga konstanta tersebut dapat disetel lebih menonjol disbanding yang lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan. Adapun beberapa grafik dapat menunjukkan bagaimana respon dari sitem terhadap perubahan Kp, Ki dan Kd sebagai berikut :
PID Controler adalah controler yang penting yang sering digunakan dalam industri. Sistem pengendalian menjadi bagian yang tidak bisa terpisahkan dalam proses kehidupan ini khususnya dalam bidang rekayasa industri, karena dengan bantuan sistem pengendalian maka hasil yang diinginkan dapat terwujud. Sistem pengendalian dibutuhkan untuk memperbaiki tanggapan sistem dinamik agar didapat sinyal keluaran seperti yang diinginkan. Sistem kendali yang baik mempunyai tanggapan yang baik terhadap sinyal masukan yang beragam.
Instrumentasi Controller Pengertian Umum Instrumentasi Controller
Instrumentasi controller mendapatkan kestabilan.
merupakan
proses
yang
dapat
dirubah
untuk
Pada manual control system, bila terjadi deviasi dimana harga pengukuran tidak sama dengan harga yang dikehendaki, maka operator melakukan koreksi dengan beberapa cara.
35
Misalnya dengan segera membuka valve lebar-lebar begitu ada deviasi atau dengan membuka pelan-pelan dengan kecepatan konstant.
Jadi koreksi itu dilakukan dengan merubah pembukaan valve. Pada manual control sangat tergantung dari operatornya bagaimana cara dia memperbaiki kondisi tersebut.
Pada automatic control, peranan operator digantikan oleh controller dan tentunya ada beberapa jenis controller yang sesuai dengan pemakaiannya untuk jenis proses tertentu.
Jenis controller (mode of controller) adalah macam-macam cara controller melakukan koreksi terhadap adanya deviasi atau macam perubahan output signal dari controller atau macam signal error yang dikeluarkan controller.
Jenis-jenis instrumentasi controller: On Off Controller Jenis Controller
36
Jenis controller ini mempunyai output maximum dan minimum. Jadi signal output tersebut hanya mampu membuka penuh dan menutup penuh control valve bila terjadi deviasi. Atau disebut Open/Close Position. Sehingga bila dilihat dari control variabelnya, maka cara ini tidak pernah stabil karena variabelnya selalu berubah, tapi masih dalam batas-batas tertentu. Jenis controller ini dipakai untuk proses-proses yang masih diperbolehkan adanya deviasi.
Proportional Mode Controller Hubungan Linier Controller Variable dan Posisi Control Valve
Pada masa ini ada hubungan yang linier antara controller variable dengan posisi control valve.
Control valve akan membuka/menutup sesuai dengan besarnya deviasi.
Deviasi besar ===> perubahan bukan valve besar. Deviasi kecil ===> perubahan bukan valve kecil.
Jadi signal output dari controller ke control valve sebanding (proportional) dengan deviasi. Dasar Mekanisme Controller
37
Dasar mekanisme controller ini adalah : ERROR DETECTOR, maksudnya mendekati adanya error (perbedaan antar harga dari measured value dengan desired value) baru kemudian controller memberikan aksi.
Skema pengendali pneumatik dengan mode P force balance Pada keadaan setimbang, gaya-gaya yang bekerja disebelah kiri fulcrum akan tepat sama dengan gaya yang bekerja disebelah kanan fulcrum, sehingga: Fmv.a+Fsp.a=Fsp.a+Fb.b Fcv.b=Fsp.a+Fb.b-Fmv.a Pcv.A.b=Psp.A.a-Pmv.A.a+Fb.b Pcv=a/b(Psp-Pmv)+Fb 0=100%/PB(sp-mv)+bias
Keseimbangan gaya pada pengendali pneumatik force balance. Reset Mode Controller Off Set
Pada proportional mode controller selalu ada off set. Untuk menghilangkan off set tersebut secara otomatis maka mekanisme proportional mode controller harus ditambahkan satu unit yang disebut : RESET MODE. Reset Mode
38
Reset mode akan bekerja apabila adanya deviasi (mV tidak sama dengan dV) maka akan terjadi ketidak-seimbangan antara reset belows dan feed back bellows. Akibatnya controller akan berubah sampai mV=dV.
Saat mV=dV maka tekanan reset bellows= feedback bellows sehingga terjadi kestabilan. Floating Mode
Reset mode ini juga disebut FLOATING MODE yaitu bahwa posisi control valve akan berubah dengan kecepatan yang proportional (sebanding) dengan deviasi.
Hal tersebut dapat diterangkan sebagai berikut:
Pada gambar diatas terlihat perubahan deviasi terbesar, maka kecepatan perubahan posisi control valve adalah terbesar pula.
39
Dengan menambah reset unit pada proportional mode controller maka terlihat off set bisa dihilangkan, kecepatan perubahan output sebanding dengan deviasi.
Derevative Mode Controller Untuk dapat mempercepat action dari proportional mode controller maka perlu ditambahkan Derevative Mode.
Aksi derevative tersebuat adalah untuk mengatur percepatan dari proportional mode controller atau mengatur kecepatan bergeraknya posisi control valve sebanding dengan besaran deviasi. Aksi derevative dinyatakan dalam repeate/menit atau jumlah gerakan control
40
valve/menit. Derevative mode controller ini menghasilkan output yang sebanding dengan kecepatan perubahan deviasi.
Proportional Dervative Integral Mode Controller Pengertian
Proportional Derevative Integral Mode Controller merupakan gabungan 3 mode controller yang mempunyai persamaan sebagai berikut:
M = (100/PB).(e+1/Rƒe dt + D de/dt)
Uraian
Dari gambar di atas dapat diuraikan sebagai berikut:
Proportional mode mengoreksi posisi control valve sebanding dengan besarnya deviasi. Didalam grafis terlihat penambahan energi sewaktu controlled variable berkurang besarnya (area A). Reset mode, mengoreksi posisi control valve sebanding dengan kecepatan perubahan deviasi, sehingga didalam grafik terlihat penambahan energi yang mempunyai kecepatan tertinggi, sewaktu deviasinya terbesar (area D).
41
Derevative mode, mengoreksi posisi controller valve sebanding dengan rate of cgange dari controlled variablenya. Dalam grafik terlihat koreksi rate mula-mula menambah energi (area B), sewaktu controlled variable menjauhi set point. Resultant dari posisi control valve, mula-mula untuk perubahan control variable yang memenuhi set point, penambahan energi terlihat pada area E kemudian koreksi untuk controlled variable yang kembali ke set point, terlihat pada area F.
2.6. Pengkondisian sinyal
Pengkondisi Sinyal Analog dan Digital Pada kesempatan kali ini penulis akan menjelaskan tentang suatu rangkaian yang penting dalam ilmu elektronika khususnya ilmu akuisisi data (pengambilan data sensor dengan benar). Rangkaian tersebut adalah rangkaian pengkondisi sinyal. Suatu rangkaian yang digunakan untuk menyesuaikan keluaran sensor terhadap device yang terhubung dengannya agar data yang diambil valid. Sensor-sensor elektronika memiliki karakteristik yang berbeda-beda, mulai dari ukuran, kepresisian, level tegangan masukan dan keluaran, dan sebagainya. Pada kali ini penulis akan membahas karakteristik yang berhubungan dengan level keluaran sensor. Keluaran sensor ada berupa sinyal analog dan ada pula yang berupa sinyal digital. Contoh sensor dengan keluaran berupa sinyal analog yaitu, sensor suhu, sensor garis, sensor arus, sensor load cell , dan sebagainya. Sedangkan contoh sensor dengan keluaran berupa sinyal digital yaitu, sensor api, sensor asap, sensor pyroelectric / passive infrared (PIR) dan lain sebagainya. Sinyal keluaran analog dan digital memiliki perbedaan perlakuan sebelum data mereka diambil oleh suatu device, seperti misalnya device mikrokontroller. Berikut ini masing-masing penggunaan pengkondisi sinyal sensor. 1. Pengkondisi Sinyal Analog Sensor dengan sinyal keluaran analog dikondisikan dengan r angkaian pengkondisi sinyal analog yang umumnya berupa pembagi tegangan, jembatan wheatstone, penguat inverting dan penguat non inverting , dan sebagainya. Berikut ini adalah contoh-contoh dari pengkondisi sinyal a nalog.
Pembagi Tegangan
Sebelumnya, mari kita bahas tentang pengertian sensor dan tranduser. Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala- gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari perubahan energi seperti ener gi listrik, energi kimia, energi mekanik dsb dengan masih membutuhkan komponen lain untuk menghasilkan besaran yang lain. Contoh, LDR sebagai sensor cahaya, kamera sebagai sensor penglihatan, dan lain-lain.
42
Sedangkan tranduser adalah alat yang digunakan untuk mengkonversi satu energi ke bentuk energi yang lain tanpa membutuhkan komponen lain. Contoh, LM35 yaitu merubah temperatur menjadi tegangan, generator yang merubah energi mekanik menjadi energi listrik, dan lain-lain.
Berikut ini adalah contoh pengkondisi sinyal anal og yang menggunakan pembagi tegangan.
Gambar di atas adalah rangkaian pengkondisi sinyal sensor gas TGS 2620. Sensor ini dapat mendeteksi gas methana, CO, Iso-butan, Hydrogen dan Ethanol. Sensor ini keluarannya berupa perubahan resistansi. Sensor ini dapat dibaca oleh mikrokontroller jika keluarannya berupa tegangan. Oleh karena itu diperlukan resitor dan tegangan sumber agar keluarannya dapat dibaca oleh mikrokontroller menggunakan fitur Analog to Digital Converter (ADC).
Penguat Non I nverting
43
Tegangan sumber mikrokontroller umumnya menggunakan tegangan 5 Volt. Sehingga untuk Vref dari ADC biasanya menggunakan 5 Volt. Untuk sensor atau tranduser yang mempunyai perubahan nilai keluaran yang kecil, misalnya LM35 dengan keluaran 10mV/ derajat Celcius, perlu dikuatkan agar dapat dengan mudah dibaca datanya. Karena mikrokontroller tegangannya tegangan sin gle supply (0 V-5 V), maka penguatan yang digunakan umumnya adalah penguat Non Inverting yaitu penguatan yang keluarannya tidak mengubah polaritas tega ngan masukannya. Jika tegangan masukan berpolaritas positif, maka keluarannya juga positif. Sebaliknya jika tegangan masukan berpolaritas negatif, maka keluarannya juga negatif. Berikut ini adalah contoh penggunaan penguat Non Inverting sebagai pengkondisi sinyal analog.
2. Pengkondisi Sinyal Digital Sensor dengan sinyal keluaran digital dikondisikan dengan rangkaian pengkondisi sinyal digital yang umumnya berupa level converter (pengkonversi level tegangan). Contoh konversi level tegangan misalnya, 9 V menjadi 5 V, 5 V menjadi 3,3 V, 3,3 V menjadi 5 V, 3,3 V menjadi 0 V, dan sebagainya. Berikut ini adalah contoh level converter.
Rangkaian ini dapat dijelaskan, jika SW1 terhubung ke ground, maka transistor Q1 mati dan Q2 aktif sehingga tegangan keluaran (Out) bernilai 0 Volt. Jika SW1 terhubung ke +3,3 Volt, maka Q1 aktif dan Q2 mati sehingga tegangan keluaran bernilai +5 Volt. Rangkaian di bawah ini juga termasuk rangkaian level converter.
44
Rangkaian ini dapat dijelaskan, jika SW3 terhubung ke ground, maka transistor Q4 mati sehingga tegangan keluaran (Out) bernilai 5 Volt. Jika SW3 terhubung ke +3,3 Volt, maka Q4 aktif sehingga tegangan keluaran bernilai 0 Volt.
Seringkali, pilihan mengenai karakteristik suatu sensor terhadap variabel masukan sangatlah terbatas, sehingga diperlukan adanya suatu pengkondisian sinyal. Pengkondisian sinyal ini berkaitan dengan operasi-operasi yang dikenakan pada sinyal guna mengkonversi sinyal tersebut ke bentuk yang sesuai dengan yang diperlukan untuk interface dengan elemen-elemen lain dalam sistem instrumentasi. Efek pengkondisian sinyal pada sinyal mas ukan sering dinyatakan dalam bentuk fungsi alih. Pengkondisi sinyal dapat dikelompokkan dalam beberapa jenis, seperti yang akan diuraikan berikut. 1. Pengubahan Level Sinyal Suatu cara yang paling sederhana untuk pengkondisian sinyal adalah dengan mengubah level sinyal, yaitu dengan melakukan penguatan ata upun peredaman. Salah satu faktor yang penting dalam pemilihan penguat adalah impedansi masukan yang ditawarkan kepada sensor (atau elemen lain yang berfungsi sebagai masukan). Dalam beberapa kasus, (misalnya akselerometer dan detektor optik), tanggapan frekuensi penguat juga merupakan suatu hal yang sangat penting. 2. Linierisasi Hubungan antara keluaran dengan masukan sensor seringkali tidak linier. Oleh karena itu diperlukan suatu rangkaian untuk linierisasi sinyal tersebut, seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1. Tujuan linierisasi adalah untuk mendapatkan keluaran yang berubah secara linier terhadap variabel masukan meskipun keluaran sensornya tidak linier. Rangkaian linierisasi ini sulit dirancang, dan biasanya bekerja hanya dalam batas yang sempit. Cara linierisasi
45
yang lebih modern adalah seara perangkat lunak, yaitu dengan membolehkan sinyal tak linier sebagai masukan ke komputer dan selanjutnya melakukan linierisasi dengan menggunakan perangkat lunak.
Gambar 1. Linierisasi 3. Konversi Pengkondisian sinyal dalam hal ini digunakan untuk mengkonversi suatu jenis perubahan listrik ke jenis perubahan listrik yang lain. Konversi ini diperlukan misalnya dalam transmisi sinyal dan interface dengan sistem digital. Transmisi Sinyal. Untuk transmisi sinyal seringkali digunakan transmisi arus karena tidak dipengaruhi oleh perubahan beban. Standard level arus yang digunakan adalah 4 sampai 20 mA. Interface Digital . Penggunaan komputer dalam sistem instrumentasi akan memerlukan suatu konversi dari data analog ke data digital, yaitu yang dilakukan oleh ADC. Konversi ini biasanya memerlukan pengaturan level sinyal analog agar sesuai dengan masukan yang diperlukan oleh ADC. 4. Filter dan Penyesuai Impedansi Dalam banyak kejadian, sinyal yang diperlukan sering bercampur dengan sinyal yang tidak diinginkan (noise). Untuk menyingkirkan sinyal yang tidak diinginkan tersebut dapat digunakan filter yang sesuai, yaitu low-pass filter (LPF),
46
high-pass filter (HPF), notch filter, atau gabungan dari filter-filter tersebut. Penyesuaian impedansi kadang diperlukan, yaitu apabila impedansi internal transduser atau impedansi saluran dapat menyebabkan terjadinya suatu kesalahan dalam pengukuran suatu variabel. 5. Konsep Pembebanan Salah satu hal yang sangat penting dalam pengkondisian sinyal analog adalah adanya pengaruh pembebanan pada suatu r angkaian oleh rangkaian lain, yang dapat menyebabkan terjadinya ketidakpastian dalam amplit uda tegangan. Gambar 2 memperlihatkan efek pembebanan pada sensor, yang dalam hal ini dinyatakan dalam rangkaian setara Thevenin.
Gambar 2. Rangkaian ekivalen Thevenin untuk memperlihatkan efek pembebanan pada sensor Tegangan beban dalam Gambar 2 diberikan oleh Persamaan 1 :
dengan : Vy = tegangan beban Vx = tegangan sensor dalam keadaan rangkaian terbuka Rx = impedansi internal sensor RL = impedansi beban
Contoh 1.
Sebuah penguat mengeluarkan tegangan sepuluh kali tegangan terminal masukannya, dan mnempunyai resistansi masukan sebesar 10.000 ohm. Sebuah sensor mengeluarkan tegangan yang sebanding suhu dengan fungsi alih 20 mV/oC. Sensor tersebut mempunyai resistansi keluaran sebesar 5000 ohm. Apaila suhu yang diukur sebesar 50 oC, berapakah tegangan keluaran penguat tersebut ?
47
Penyelesaian : Suatu contoh penyelesaian yang naif diperlihatkan dalam Gambar 3a. Tegangan sensor dalam keadaan tanpa beban diperoleh dari fungsi alih :
Tegangan keluaran penguat :
(Salah !) Penyelesaian yang benar diperlihatkan dalam Gambar 3b. Tegangan yang sebenarnya muncul pada terminal masukan penguat adalah :
dengan VT = 1,0 V. Dengan demikian besarnya tegangan keluaran penguat adalah :
48
Gambar 3. (a) Pengabaian efek pembebenan dapat mengakibatkan kesalahan yang serius (b) Penyelesaian dengan memperhitungkan efek pembebanan
Blok Diagram Rangkaian Penguat Akhir
3. Amplifier Prinsip Kerja Penguat Akhir (Final Amplifier) Secara garis besar rangkaian penguat akhir dapat digambarkan sebagai berikut :
Prinsip Kerja Penguat OCL Kelas B
49
Rangkaian penguat OCL (Output Condensator Less) termasuk rangkaian penguat Push-pull Complementer. Transistor Q 2 dan Q3 membentuk rangkaian Push-pull Complementer. Sinyal output dihasilkan lewat pertemuan elektroda emitter pada transistor penguat push-pull Q2 dan Q3, dengan demikian penguat Q 2 dan Q3 membentuk konfigurasi Common Colllector yang penguatannya mendekati satu.
Output penguat akhir ini adalah tanpa condensator output, berarti koplingnya adalah langsung. Oleh karena itu disebut juga penguat DC (DC Ampifier), DC berarti Direct Coupling artinya tegangan output harus tidak mengandung tegangan DC (Vdc output = 0). Agar tegangan output = 0 maka syaratnya adalah : 1. Transistor Q2 dan Q3 harus komplemen (NPN dan PNP). 2. Tegangan antara Collector-emitter (VCE) Q2 dan Q3 sama besar. 3. Tegangan sumber dc +Vcc dan – Vcc harus sama besar. Transistor Q1 mewakili kerja penguat tegangan kelas A yang mempunyai penguatan yang besar. Pengaturan kelas dapat digambarkan dalam daerah pengaturan kerja penguat sebagai berikut :
Pada daerah kerja kelas A semua gelombang yang diolah memerlukan arus IC. Walaupun tidak ada sinyal pada input, penguat (transistor) sudah menghantarkan arus. Sedangkan pada daerah kerja kelas b, arus diperlukan saat setengah gelombang saja. Karena saat belum ada sinyal, belum ada aliranarus pada IC, maka sering menimbulkan cacat silang (Cross Over Distortion). Untuk itu daerah kerjanya dirubah menjadi kelas AB. Pada kelas AB sebelum diberi sinyal arus IC sudah mengalir saat sinyal input = 0 (nol). Penguat kelas AB digunakan untuk
50
menghilangkan cacat silang, gambar penguat kelas AB ditunjukkan seperti di bawah ini.
Gambar Prinsip Kerja Penguat OCL Kelas AB
4. Jembatan Wheatstone
Jembatan Wheatstone adalah suatu rangkaian listrik yang digunakan untuk mengukur suatu tahanan yang tidak diketahui besa rnya. (Suryatmo, 1986). Jembatan ini digunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relative kecil sekali. (Pratama, 2010) Berikut ini adalah contoh penggunaan rangkaian jembatan Wheatstone pada sensor Strain-gauge.
Perubahan regangan yang terjadi pada strain gauge adalah sebanding dengan perubahan nilai hambatan pada strain gage tetapi nilai perubahan hambatannya sangat kecil sehingga dibutuhkan rangkaian jembatan wheatstone agar dapat diukur. Alur penggunaan jembatan Wheatstone pada Strain-gauge yaitu: Adanya tekanan atau gaya Perubahan bentuk sensor Perubahan resistansi sensor Jembatan Wheatstone tidak seimbang Tegangan muncul. Tegangan yang muncul mempunyai rumus:
51
Dalam gambar, pengaruh regangan terhadap tegangan keluaran jembatan Wheatstone diilustrasikan seperti berikut ini:
5. ADC (Analog Digital Converter)
Dalam elektronik, sebuah pengubah analog-ke-digital (bahasa Inggris: analog-to-digital converter, disingkat ADC) adalah suatu kalang elektronik yang mengubah informasi/isyarat analog menjadi isyarat digital. A. Prinsip kerja
Banyak masukan, terutama yang berasal dari transduser, merupakan isyarat analog yang harus disandikan menjadi informasi digital sebelum mas ukan itu diproses, dianalisa atau disimpan di dalam kalang digital. Pengubah mengambil masukan, mencobanya, dan kemudian memproduksi suatu kata digital bersandi yang sesuai dengan taraf dari isyarat analog yang sedang diperiksa. Keluaran digital bisa berderet (bit demi bit) atau berjajar dengan semua bit yang disandikan disajikan serentak. Dalam sebagian besar pengubah, isyarat harus ditahan mantap selama proses pengubahan. B. Teknik pengubahan
Terdapat banyak cara untuk melaksanakan pengubahan analog ke digital, tergantung dari kecepatan dan ketelitian konversi yang dibutuhkan. Tipe pengubah yang sering dipakai adalah: Sistem loop terbuka
52
Tegangan ke frekuensi
Pengubah tegangan ke frekuensi merupakan suatu sistem sederhana yang dapat dipakai bila tidak membutuhkan ketelitian tinggi. Masukan analog dikirimkan ke osilator terkendali tegangan. Osilator menghasilkan sinyal keluaran yang merupakan suatu fungsi linear dari isyarat masukan. Keluaran sinyal osilator kemudian dikirimkan ke pencacah untuk diubah menjadi isyarat digital.
Tegangan ke lebar pulsa
Di sini tegangan masukan analog digunakan untuk mengendalikan lebar pulsa keluaran suatu ekamantap. Pulsa ekamantap digunakan untuk membuka gerbang untuk memungkinkan clock frekuensi tetap yang mantap untuk dicacah. C. Parameter pada pengubah
1. 2. 3. 4. 5. 6.
Waktu pengubahan Angka pengubahan Taraf kuantum Resolusi Ketelitian Presisi
2.7 Penggunaan Aktuator
penerapan system pneumatic dalam industri Beberapa bidang aplikasi di industri yang menggunakan media pneumatik dalam hal penangan material adalah sebagai berikut : a. Pencekaman benda kerja b. Penggeseran benda kerja c. Pengaturan posisi benda kerja d. Pengaturan arah benda kerja Penerapan pneumatik secara umum : a. Pengemasan (packaging) b. Pemakanan (feeding) c. Pengukuran (metering) d. Pengaturan buka dan tutup (door or chute control) e. Pemindahan material (transfer of materials) f. Pemutaran dan pembalikan benda kerja (turning and inverting of parts) g. Pemilahan bahan (sorting of parts) h. Penyusunan benda kerja (stacking of components) i. Pencetakan benda kerja (stamping and embosing of components)
53
Aplikasi hidraulik dalam berbagai Industri 1. Hidraulik Industri biasanya digunakan untuk :
Mesin Plastik (plastic machines)
Mesin Pres ( Pressing machines)
Mesin Berat(heavy machinery)
Mesin Pekakas Mesin pengujian tarik dll
2.Perangkat hidraulik pada pabrik Baja , Tehnik sipil dan pusat Pembangkt Listrik Aplikasi mesin Press
Untuk Kunci Gerbang dan Bendungan (Lock gates and Dams)
Peralatan untuk Operasi Jembatan Bidang Pertambangan
Turbin Pusat tenaga Nuklir dll
3.Hydraulik pada Mesin Mobil
Eksavator dan Crane mobil
Mesin konstruksi
Mesin untuk pertanian
Mesin Pencucian mobil( car washing)
Konstruksi mobil (shock absorber, Power steering)dll
4.Hidraulik pada penerapan Teknik khusus Aplikasi dalam Pertambangan
Teleskop
Operasi Antena
Alat pendaratan dan pengontrolan kemudi pesawat
Mesin khusus
Meja-meja operasi di rumah sakit dll
5 Hidraulik pada bidang Perkapalan
Pengontrol kemudi
Pintu kapal ( ram door)
Jembatan penyeberangan
kapal Penarik jangkar dll
54
BAB 3 PENUTUP 3.1. Kesimpulan
Dari pembahasan makalah aktuator di atas kita dapat menyimpulkan beberapa hal yang sangat bermanfaat bagi kita untuk menambah wawasan kita tentang aktuator. Kita dapat mengetahui pengertian dari aktuator itu sendiri beserta jenis-jenisnya. Dimana aktuator sendiri dapat diartikan sebagai sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Untuk jenis-jenisnya sendiri terdapat beberapa jenis aktuator di antaranya aktuator hidrolik, aktuator mekanik, aktuator elektrik, aktuator piezoelektrik dan aktuator pneumatik. Dari jenis-jenis aktuator tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Selain itu kita juga dapat mengerti penggunaan dari aktuator baik dalam industri besar atau untuk memenuhi kebutuhan sehari-hari. Karena masing-masing aktuator memiliki karakteristik masing tergantung kebutuhan kita dalam menggunakannya.
55
Latihan soal
1. Jelaskan pengertian aktuator ! Jawab : Aktuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Aktuator diaktifkan dengan menggunakan lengan mekanis yang biasanya digerakkan oleh motor listrik, yang dikendalikan oleh media pengontrol otomatis yang te rprogram di antaranya mikrokontroler 2. Sebutkan dan jelaskan jenis-jenis dari aktuator ! Jawab : a) Aktuator listrik : Aktuator tenaga elektris, biasanya digunakan selenoid, motor arus searah (mesin DC). Sifat mudah diatur dengan torsi kecil sampai sedang. b) Aktuator hidraulik : Aktuator tenaga hidraulik, torsi yang besar konstruksinya sukar c) Aktuator pneumatik : Aktuator tenaga pneumatik, sukar dikendalikan d) Aktuator lainnya: piezoelectric, magnetic, ultra sound. e) Aktuator mekanik adalah aktuator yang merubah energi listrik menjadi energi mekanik
3. Berikan contoh penggunaan aktuator dalam kehidupan sehari-hari atau dalam industri ! Jawaban : Beberapa bidang aplikasi di industri yang menggunakan media pneumatik dalam hal penangan material adalah sebagai berikut : a. Pencekaman benda kerja b. Penggeseran benda kerja c. Pengaturan posisi benda kerja d. Pengaturan arah benda kerja Hydraulik pada Mesin Mobil
Eksavator dan Crane mobil
Mesin konstruksi
Mesin untuk pertanian
Mesin Pencucian mobil( car washing)
Konstruksi mobil (shock absorber, Power steering)dll
56
4. Apa yang di maksud dengan pengkondisian sinyal ? Jawab : pengkondisian sinyal adalah Suatu rangkaian yang digunakan untuk menyesuaikan keluaran sensor terhadap device yang terhubung dengannya agar data yang diambil valid. 5. Jelaskan fungsi dari amplifier ? Jawab : Rangkaian amplifier adalah suatu rangkaian atau circuit yang terbentuk secara terartur dan saling tersambung satu dengan yang lainya pada papan elektro, fungsi rangkaian amplifier ini adalah untuk memberikan daya atau menguatkan daya arus listrik lebih stabil dan dapat dianalogikan sebagai pembangkit listrik sederhana
57
