Elekro Pneumatik

Elektro Pneumatik

Dunia teknologi yang berkembang semakin cepat merupakan tantangan bagi lembaga pendidikan SMK 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 SMK untuk memiliki kompetensi yang sesuai dengan kebutuhan di industri nantinya. Sistem pneumatik adalah salah satu sistem kontrol yang kini mulai ramai digunakan di industri – industri modern, karena efektif dan efisien serta murah dalam hal penggunaan sumber tenaga dan biaya.
Apa Itu Elektropneumatik ?
Elektropneumatik pada hakekatnya terdiri dari dua sistem pengontrolan, yaitu sistem pneumatik dan elektropneumatik. Pengontrolan sistem pneumatic 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
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
Keunggulan dan karakteristik khas dari udara bertekanan adalah :
- 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
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

Analogi Sistem Kontrol

Analogi Sistem Kontrol

Mata operator mendeteksi adanya pergerakan level air melalui skala yang telah ditandai terlebih dahulu. Mata operator dikatakan sebagai Sensor.
Sinyal dari mata (sensor) menuju ke otak, yang mana akan mengetahui adanya deviasi. Otak dapat dikatakan sebagai Kontroler (Controller).
Arm Muscle (Lengan dari klep masukan) dan tangan (aktuator, actuator) memutar klep, disebut sebagai Perangkat Pengontrol (Controlled Device).

Operator mengarahkan untuk menjaga kondisi air didalam tangki melalui klep masukan agar berada pada level antara 1 dan 2. Level permukaan air pada kondisi tersebut disebut sebagai Kondisi Terkontrol (Controlled Condition).

Kondisi Terkontrol atau Daerah Kontrol yang dapat dicapai dengan pengendalian aliran air melalui klep pipa masukan. Aliran arus air (flowrate) tersebut dikenal sebagai Variabel Manipulasi (Manipulated Variable), dan klep masukan disebut sebagai Perangkat Kontrol (Controlled Device).

Air  disebut sebagai Agen Kontrol (Control Agent).

Pengendalian aliran air kedalam tangki, maka level air akan berubah. Perubahan level air dalam tangki dikenal sebagai Variabel Kontrol (Controlled Variable).

Sedangkan air dalam tangki dikenal sebagai Media Terkontrol (Controlled Medium).

Level air diusahakan dipelihara yang dapat dilihat pada indikator secara visual disebut sebagaiSetpoint (Set Point atau Set Value).

Level air yang dipelihara pada titik diantara 1 dan 2 yang terlihat pada indikator secara visual dan parameter kontrol masih diperkenankan yaitu berada sedikit diatas dasar tangki dan tidak melimpah. Nilai pada daerah ini disebut sebagai Nilai yang diinginkan (Desired Value).

Diasumsikan bahwa level dirawat secara ketat agar berada pada titik antara 1 dan 2. Level air ini berada pada keadaan Mantap (Steady State), dikenal sebagai Nilai Kontrol (Control Value) atau Nilai Nyata (Actual Value).

Tetapi pada kenyataannya level akan berada diantara 1 dan 2, namun masih bekerja dengan baik. Perbedaan antara Setpoint dan Nilai Nyata disebut sebagai Deviasi (Deviation) atau error.

Pengelompokkan sistem kontrol berdasarkan aplikasinya

1. Kontrol Proses

Kontrol proses mengacu pada sistem kontrol yang mengawasi beberapa proses industri sehingga output yang seragam dan benar dapat dipertahankan. Kontrol proses dapat melakukan hal ini dengan memantau dan menyesuaikan parameter-parameter kontrol (seperti suhu dan laju aliran) untuk menjamin produk output tetap sebagaimana seharusnya.
Contoh  dari kontrol proses adalah sistem close loop yang mempertahankan suhu yang telah ditetapkan dari oven elektrik

 Dalam hal ini, aktuator adalah elemen pemanas, variabel terkontrol adalah suhu, dan sensor adalah termokopel (suatu piranti yang mengubah suhu menjadi tegangan). Pengontrol mengatur daya ke elemen pemanas sedemikian hingga mempertahankan suhu (sebagaimana yang dilaporkan oleh termokopel) pada nilai yang ditetapkan oleh rujukan.

Kontrol proses dikelompokkan sebagai :

• proses kontinu
• proses batch

proses kontinu terjadi aliran material atau produk yang terus-menerus, sedangkan proses batch memiliki bagian permulaan dan bagian akhir (yang biasanya dilakukan berulang-kali).

2. Sistem kontrol berurutan

Sistem terkontrol secara berurutan [sequentially controlled system] mengendalikan proses yang didefinisikan sebagai sederetan tugas yang harus dilaksanakan—dengan kata lain, sederetan operasi, satu demi satu. Setiap operasi di dalam deretan dilaksanakan, baik untuk selama waktu tertentu, dalam hal ini disebut digerakkan-waktu [time-driven], maupun sampai tugas tersebut tuntas (sebagaimana ditandai oleh, misalnya, suatu saklar pembatas [limit switch]), dalam hal ini disebut digerakkan-event [event-driven]. Deretan
yang digerakkan-waktu bersifat open loop karena tidak ada umpan-balik, sedangkan tugas yang digerakkan-event bersifat close loop karena sinyal umpan-balik diperlukan untuk menetapkan bilamana tugas selesai dilaksanakan.

Contoh sistem yang dikontrol berurutan adalah mesin cuci otomatis. 
Langkah pertama dalam daur pencucian adalah mengisi tabung cuci. Ini adalah tugas yang digerakkan-event karena air dibiarkan masuk sampai mencapai tinggi-permukaan yang benar. Dua tugas berikutnya, bilas [wash] dan putar-keringkan [spin-drain], masingmasing dilaksanakan selama periode waktu tertentu dan merupakan langkah-langkah yang digerakkan-waktu.

3. Kontrol gerakan

Kontrol gerakan adalah sistem elektromekanik open loop dan close loop control yang di dalamnya benda-benda mengalami perpindahan. Sistem semacam ini biasanya mengikutkan motor, bagian-bagian mekanik yang bergerak, dan (dalam banyak kasus) sensor-sensor umpan-balik. 

Macam-macam kontrol gerak :
a. Mekanisme-servo [servomechanism]
Mekanisme-servo [servomechanism] adalah istilah tradisonal yang dipakai untuk menjelaskan sistem kontrol elektromekanik kalang-tertutup yang mengarahkan perpindahan yang cermat dari suatu obyek fisik seperti antena radar atau lengan robot. Biasanya, yang dikendalikan bisa-jadi posisi output atau kecepatan output (atau pun kedua-duanya). Contoh dari mekanisme-servo adalah sistem penentuan posisi untuk antena radar, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 

b. Kontrol numerik [Numerical Control atau NC]

Mesin-mesin ini dapat secara otomatis memotong dan membentuk benda-kerja tanpa operator manusia. Setiap mesin memiliki seperangkat sumbu [axis] dan parameternya sendiri yang harus dikontrol; sebagai contoh, perhatikan mesin tempa yang diperlihatkan pada Gambar. Benda-kerja [workpiece] yang sedang dibentuk dilekatkan pada meja yang dapat bergerak. Meja tersebut dapat digerakkan (memakai motor-motor elektrik) pada tiga arah: X, Y, dan Z. Laju perkakas-pemotong juga dikontrol secara otomatis. Untuk membuat suatu bagian, meja tersebut menggerakkan benda-kerja melewati perkakas-pemotong [cutting
tool] pada kecepatan dan kedalaman pemotongan yang telah ditetapkan. Dalam contoh ini, empat parameter (X, Y, Z, dan rpm) secara kontinu dan mandiri dikendalikan oleh pengontrol. Sebagai inputnya pengontrol menerima sederetan bilangan yang secara lengkap menggambarkan bagaimana bagian tersebut harus dibuat. Bilangan-bilangan ini termasuk ukuran-ukuran fisik dan rincian seperti laju pemotongan dan laju suapan [feed].

c. Robotika

Robot industri adalah contoh klasik dari sistem kontrol posisi. Dalam kebanyakan kasus, robot memiliki satu lengan tunggal dengan sendi-sendi bahu, siku, dan pergelangan, serta juga semacam tangan yang disebut effector akhir.

robot industri yang  enam sumbu yang dikontrol secara mandiri terkenal sebagai memiliki enam derajat kebebasan [degree of freedom]

PLC ( Programmable Logic Control )

Sebuah PLC (kepanjangan Programmable Logic control) adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relay yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian melakukan proses dan melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan keluarannya (logika 0 atau 1, hidup atau mati)  Pengguna membuat program (yang umumnya dinamakan diagram tangga atau ladder diagram) yang kemudian harus dijalankan oleh PLC yang bersangkutan, Dengan kata lain, PLC menentukan aksi apa yang harus dilakukan pada instrumen keluaran berkaitan dengan status suatu ukuran atau besaran yang diamati. PLC banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi industri, misalnya pada proses pengepakan, penanganan bahan, perakitan, otomatis dan sebagainya. Dengan kata lain, hampir semua aplikasi yang memerlukan kontrol listrik atau elektronik membutuhkan PLC.

Guna memperjelas contoh penggunaan PLC ini, misalnya diinginkan saat suatu saklar ON, akan digunakan untuk menghidupkan sebuah selenoida selama 5 detik, tidak peduli berapa lama saklar tersebut ON. Kita bisa melakukan hal ini menggunakan pewaktu atau timer. Tetapi bagaimana jika yang dibutuhkan 10 saklar dan 10 selenoida, maka kita akan membutuhkan 10 pewaktu. Kemudian bagaimana jika kemudian dibutuhkan informasi berapa kali masing-masing saklar dalam kondisi ON, tentu saja akan membutuhkan pencacah eksternal. Demikian seterusnya, makin lama makin kompleks.

Dengan demikian, semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting penggunaan PLC untuk mempermudah proses-proses tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan). Selain itu sistem kontrol proses konvensional memiliki beberapa kelemahan, antara lain :
§ perlu kerja keras saat dilakukan pengkabelan
§ Kesulitan saat dilakukan penggantian dan/atau perubahan;
§ Kesulitan saat dilakukan pelacakan kesalahan;
§ Saat terjadi masalah, waktu tunggu tidak menentu dan biasanya lama.
Sedangkan penggunaan kontroler PLC memiliki beberapa kelebihan dibandingkan
dengan sistem kontrol konvesional, antara lain:
§ Dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional, jumlah kabel
yang dibutuhkan bisa berkurang hingga 80 %
§ PLC mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan dengan sistem kontrol
proses konvensional (berbasis relay);
§ Fungsi diagnostik pada sebuah kontroler PLC membolehkan pendeteksian
kesalahan yang mudah dan cepat;
§ Perubahan pada aurutan operasional atau proses atau aplikasi dapat
dilakukan dengan mudah, hanya dengan melakukan perubahan atau
penggantian program, baik melalui terminal konsol maupun komputer PC;
§ Tidak membutuhkan spare part yang banyak;
§ Lebih murah dibandingkan dengan sistem konvensional, khususnya dalam
kasus penggunaan instrumen I/O yang cukup banyak dan fungsi operasional
prosesnya cukup kompleks;
§ Ketahanan PLC jauh lebih baik dibandingkan dengan relay auto-mekanik