bab 2. elektropneumatik

Pneumatik, Elektro Pneumatik dan PLC. Oleh: Rizki Taqwa Maulana

P a g e 28

BAB 2

ELEKTRO PNEUMATIK

PENGANTAR

Dunia teknologi yang berkembang semakin cepat merupakan tantangan bagi

lembaga pendidikan untuk membenahi semua aspek dalam rangka perbaikan

kualitas luarannya. Salah satu hal yang menjadi sorotan saat ini adalah sistem kerja di

industri yang semakin canggih, sehingga menuntut luaran lembaga pendidikan untuk

memiliki kompetensi yang sesuai dengan kebutuhan di industri nantinya. Sistem

pneumatik adalah salah satu sistem kontrol yang kini mulai ramai digunakan di

industriindustri modern, karena efektif dan efisien serta murah dalam hal

penggunaan sumber tenaga dan biaya.

Elektropneumatik pada hakekatnya terdiri dari dua sistem pengontrolan,

yaitu sistem pneumatik dan elektropneumatik. Pengontrolan sistem pneumatik

menggunakan sumber tenaga dari udara bertekanan, sehingga hemat biaya.

Sedangkan sistem elektropneumatik menggunakan sumber tenaga disamping udara

bertekanan, juga berasal dari sumber tenaga listrik dengan kapasitas tegangan dan

daya yang relatif kecil. Dengan demikian kedua sistem pengontrolan ini sangat

ekonomis.

Karakteristik dan aplikasi pneumatik

Bidang aplikasi yang menggunakan pneumatik meliputi :

Secara umum dalam penanganan material, seperti :

- Pencekamam benda kerja

- Penggeseran benda kerja

- Pengaturan posisi benda kerja

- Pengaturan arah benda kerja

Penerapan umum

Pengemasan Pemakanan Pengukuran Pemilahan bahan Pengaturan

buka / tutup Pemindahan material Pemutaran dan pembalikan benda kerja

Penyusunan benda kerja Pengerjaan stempel dan embosing pada benda kerja.

P a g e | 29


Pneumatik diterapkan dalam pemesinan dan operasi kerja seperti :

Pengeboran

Pembubutan

Pengefraisan

Penggergajian

Pengeboran

Pembubutan

Penyelesaian akhir

Kontrol kualitas

Pengubahan bentuk

Keunggulan dan karakteristik khas dari udara bertekanan adalah :

- Ketersediaan : Udara praktis terdapat dimana-mana dalam jumlah yang terbatas.

- Transportasi : Udara dengan sangat mudah dapat ditransportasikan melalui pipa

saluran sampai jarak yang jauh.

- Penyimpanan : Udara bertekanan dari kompresor dapat disimpan dalam tabung

untuk sewaktu-waktu dipergunakan

- Temperatur : Udara bertekanan relatif tidak peka terhadap perubahan

temperatur, sehingga menjamin pengoperasian yang handal.

- Tahan ledakan : Udara bertekanan tidak mengandung resiko terbakar atau

meledak.

- Bersih : Udara bertekanan tanpa lubrikasi adalah bersih. Ini penting dalam

industri makanan, kayu & tekstil.

- Konstruksi : Konstruksi komponen yang sederhana sehingga harganya murah

- Kecepatan : Udara bertekanan merupakan media kerja yang cepat.

- Pengaturan : Dengan menggunakan komponen-komponen udara bertekanan,

kecepatan dan gaya dapat diatur.

- Beban berlebih: Perkakas dan elemen kerja pneumatik akan tetap aman

terhadap beban berlebih yang diberikan. Beban berlebih akan menyebabkan

peralatan berhenti tanpa ada kerusakan sedikitpun

P a g e | 30


Kekurangan dari udara bertekanan adalah :

- Pengadaan : Udara bertekanan harus disiapkan dengan baik untuk mencegah

timbulnya resiko keausan komponen pneumatik (akibat partikel debu dan

kondensasi).

- Mampu dimampatkan : Udara bertekanan dapat dimampatkan sehingga tidak

mungkin diperoleh kecepatan piston yang teratur & konstan.

- Gaya : Udara bertekanan hanya efisien sampai gaya tertentu (untuk tekanan 6 7

bar atau 600 700 kPa) maka gaya berkisar antara 20.000 30.000 Newton.

- Gangguan suara: Udara buangan menimbulkan suara yang bising Untuk

mengatasi digunakan material peredam suara Biaya : Pemakaian udara

bertekanan memerlukan biaya yang relatif mahal.

Pengertian

Elektropneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik, dimana prinsip

kerjanya memilih energi pneumatik sebagai media kerja (tenaga penggerak)

sedangkan media kontrolnya mempergunakan sinyal elektrik ataupun elektronik.

Sinyal elektrik dialirkan ke kumparan yang terpasang pada katup pneumatik dengan

mengaktifkan sakelar, sensor ataupun sakelar pembatas yang berfungsi sebagai

penyambung ataupun pemutus sinyal. Sinyal yang dikirimkan ke kumparan tadi akan

menghasilkan medan elektromagnit dan akan mengaktifkan/mengaktuasikan katup

pengatur arah sebagai elemen akhir pada rangkaian kerja pneumatik. Sedangkan

media kerja pneumatik akan mengaktifkan atau menggerakkan elemen kerja

pneumatik seperti motor-pneumatik atau silinder yang akan menjalankan sistem.

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

P a g e | 31


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).

Gambar 24. Prinsip Kerja Pneumatika (silinder kerja tunggal), gerakan disebabkan

oleh adanya tekanan udara.

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

P a g e | 32


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

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.

Saat ini dalam penggunaannya pneumatik banyak dikombinasikan dengan sistem

elektrik. Rangkaian elektrik berupa saklar, solenoid, dan limit switch digunakan

sebagai penyusun sistem kendali katup. Untuk aplikasi yang cukup rumit digunakan

PLC (Programmable Logic Controller) yaitu kontroler berdasarkan logika yang dapat

diprogram.

Perbedaan pneumatik dan elektro-pneumatik

Elektro-pneumatik merupakan pengembangan dari pneumatik . Prinsip kerja

elektro-pneumatik hampir sama dengan pneumatik. Yang membedakan hanyalah dari

cara mengontrol aktuator. Berikut adalah gambaran rangkaian elektro-pneumatik

dengan pneumatik:

P a g e | 33


Gambar 25 a. Rangkaian Pneumatik, Gambar 25 b. Rangkaian Elektro-pneumatik

Dari gambar diatas kita dapat membuat beberapa perbedaan. Berikut ini adalah

tabel perbedaan pneumatik dengan elektro-pneumatik dari gambar 24a. dan gambar

24b. :

Tabel 1. Perbedaan Pneumatik dan Elektro-pneumatik

PART PNEUMATIK ELEKTRO-PNEUMATIK

Actuating Device

(output)

Cylinder Cylinder

Processing element

(processor signal)

Valve Solenoid valve

Input elements (input

signal)

Pneumatikal Limit

Switch

Electrical limit switch

Energy Supply (source) Compressor Compressor, Voltage

supply

Dengan adanya perbedaan dari pneumatik dan elektro-pneumatik, pasti ada pula

keuntungan dan kekurangan dari pneumatik dan elektro-pneumatik. Adapun

perbandingan pneumatik dengan elektro-pneumatik sebagai berikut:

P a g e | 34


Tabel 2. Perbandingan Pneumatik dan Elektro-pneumatik

PNEUMATIK ELEKTRO-PNEUMATIK

Variasi rangkaian terbatas Lebih banyak variasi rangkaian

Tidak perlu menggunakan listrik Memerlukan supply listrik

Butuh converter agar dapat

dikendalikan oleh PLC dan

mikroprosesor

Tidak butuh converter agar dapat

dikendalikan melalui PLC dan

mikroprosesor

Sistem kontrol sederhana Sistem control lebih canggih

1. SISTEM ELEKTRO-PNEUMATIK

a. Sinyal listrik

Komponen dasar dari sinyal listrik yaitu menggunakan listrik DC 24 Volt.

Rangkaian sederhana dari rangkaian listrik adalah terdiri dari tegangan

sumber DC, beban dan sistem pengkawatannya.

Gambar 26. Rangkaian Kelistrikan DC Sederhana

Ketika saklar dalam posisi menutup ( ON), arus akan bergerak melalui beban.

Arus tersebut akan melalui sebuah penghantar atau konduktor sehingga akan

mengakibatkan beban atau lampu menyala.

b. Saklar

Saklar adalah komponen dalam rangkaian yang berfungsi untuk memutuskan

atau menyambungkan arus pada beban. Saklar terdiri dari dua jenis yaitu

saklar push button dan saklar mekanik.

1. Saklar mekanik yaitu saklar yang digerakan secara mekanais dalam

menentukan posisi ON atao OFF nya. Posisi tersebut akan tetap selama

belum dirubah posisinya secara mekanik.

P a g e | 35


2. Saklar push button yaitu saklar yang akan bekerja selama saklar tersebut

ditekan, dan akan kembali ke posisi semula bila saklar tersebt sudah tidak

ditekan kembali.

Gambar 27. Saklar Mekanis dan Push Button

c. Limit switch

Limit switch mekanik dapat disetting pada suatu posisi atau kondisi tertentu.

Pada saat benda kerja menyentuh limit switch tersebut, makan akan

mengeluarkan sinyal untuk mengendalikan suatu sistem. Limit switch ini

biasanya digunakan untuk memutuskan atau menyambung aliran arus.

Gambar 28. Limit Switch

d. Relay

Relay adalah komponen untuk penyambung saluran dan pengontrol sinyal,

yang kebutuhan energinya relatif kecil. Relay ini biasanya difungsikan dengan

elektromagnet yang dihasilkan dari kumparan. Pada awalnya relay ini

P a g e | 36


digunakan pada peralatan telekomunikasi yang berfungsi sebagai penguat

sinyal. Tapi sekarang sudah umum didapatkan pada perangkat kontrol, baik

pada permesinan ataupun yang lainnya.

Gambar 29. Relay

Pemilihan relay yang sesuai kebutuhan harus memenuhi beberapa kriteria,

antara lain:

- Perawatan yang minim

- Kemampuan menyambungkan beberapa saluran secara independent

- Mudah adaptasi dengan tegangan operasi dan tegangan tinggi

- Kecepatan operasi tinggi, misalnya waktu yang diperlukan untuk

menyambungkan saluran singkat.

Cara kerja relay:

Apabila pada lilitan dialiri arus listrik maka arus listrik tadi akan mengalir

melalui lilitan kawat dan akan timbul medan magnet yang mengakibatkan

pelat yang ada di dekat kumparan akan tertarik ataupun terdorong sehingga

saluran dapat tersambung ataupun terputus. Hal ini tergantung apakah

sambungannya NO atau NC. Bila tidak ada arus listrik maka pelat tadi akan

kembali ke posisi semula karena ditarik dengan pegas.

P a g e | 37


Penunjukkan angka pada relay mempunyai arti sebagai berikut:

Angka yang pertama menunjukkan contactor yang keberapa sedangkan

angka yang kedua selalu bernomor untuk relay NO dan untuk relay yang

NC.

Keuntungan dan kerugian penggunaan Relay:

Keuntungan:

- Mudah mengadaptasi bermacam-macam tegangan operasi

- Tidak mudah terganggu dengan adanya perubahan temperature

disekitarnya, karena relay masih bisa bekerja pada temperature 233 K (-

40o C) sampai 353 K (80o C)

- Mempunyai tahanan yang cukup tinggi pada kondisi tidak kontak

- Memungkinkan untuk menyambungkan beberapa saluran secara

independent

- Adanya isolasi logam antara rangkaian kontrol dan rangkaian utama

P a g e | 38


Oleh karena keuntungan-keuntungan di atas maka penggunaan relay sampai

saat ini masih dipertahankan.

Kerugian:

- Khususnya untuk NO, bila akan diaktifkan timbul percikan api

- Memerlukan tempat yang cukup besar

- Bila diaktifkan, berbunyi

- Kontaktor bisa terpengaruh dengan adanya debu

- Kecepatan menyambung atau memutus saluran terbatas.

e. Solenoid

Di lapangan kita bisa menemukan solenoid dengan arus searah (DC) ataupun

arus bolak balik (AC). Sedangkan yang sering digunakan pada Electro-

pneumatik adalah Solenoid DC. Solenoid DC secara konstruktif selalu

mempunyai inti yang pejal dan terbuat dari besi lunak. Dengan demikian

mempunyai bentuk yang simple dan kokoh. Selain itu maksudnya agar

diperoleh konduktansi optimum pada medan magnet. Bila ada kelonggaran

udara, tidak akan mengakibatkan kenaikan temperature operasi, karena

temperature operasi hanya akan tergantung pada besarnya tahanan

kumparan serta arus listrik yang mengalir. Bila solenoid DC diaktifkan

(switched on) maka arus listrik yang mengalir meningkat secara perlahan.

Ketika arus listrik dialirkan ke dalam kumparan akan terjadi elektromagnet.

Selama terjadinya induksi akan menghasilkan gaya yang berlawanan dengan

tegangan yang digunakan. Bila solenoid dipasifkan (switched off) maka

medan magnet yang pernah terjadi akan hilang dan dapat mengakibatkan

tegangan induksi yang besarnya bisa beberapa kali lipat dibandingkan dengan

tegangan yang ada pada kumparan. Tegangan induksi ini dapat

mengakibatkan rusaknya isolasi pada gulungan koil, selanjutnya bila hal ini

terjadi terus akan terjadi percikan api. Untuk mengatasi hal ini maka harus

dibuat rangkaian yang meredam percikan api, misalnya dengan memasang

tahanan yang dihubungkan secara paralel dengan induktansi. Sehingga bila

terjadi pemutusan arus listrik, energi akan tersimpan dalam bentuk medan

magnet dan dapat hilang lewat tahanan yang dipasang tadi.

P a g e | 39


Gambar 30. Solenoid

2. STRUKTUR DAN KOMPONEN ELEKTRO-PNEUMATIK

Desain sistem dalam elektropneumatik terdiri dari empat bagian yaitu:

a. Supply energi (Compressor air &Electrical)

b. Input elements (Limit switch/push button/proximity sensors)

c. Processing elements (switcing logic,selenoid valves,pneumatic to electric

converter)

d. Actuator and final control elemens (sylinder,motors,directional control valves)

P a g e | 40


Gambar 31. Elemen Elektropneumatik

3. SIMBOL DAN KATUB IDENTIFIKASI ELEKTRO-PNEUMATIK

a. Simbol pada elektropneumatik

Air service unit

2/2 way valve

3/2 way valve

2

1

2

1 3

P a g e | 41


4/2 way valve

5/2 way valve

3/2 way valve with

push button

3/2 way valve with

mechanical

button

Double acting

cylinder

Single acting

cylinder

b. Identifikasi katub elektropneumatik

No Kind Indicator

1 Pressure P (Pressure) or 1

2 Output from valve A, B, C, or 2, 4, 6,

3 Loses from valve R, S, T, or 3, 5, 7,

4 Control of signal X, Y, Z, or 1.2 ; 1.4 ; 1.6 ;

4. PENGKAWATAN SINYAL LISTRIK

Diagram pengkawatan sinyal listrik merupakan diagram kendali pada sistem

elektropneumatik.

4 2

1 3

4 2

51

3

2

1 3

2

1 3

P a g e | 42


5. INSTALASI UDARA BERTEKANAN

Instalasi udara pada elektropneumatik merupakan komponen penggerak dari

kerja akuator.

bab 2. elektropneumatik

Documents