5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Stasiun kereta api
Stasiun kereta api adalah sebuah tempat atau lokasi untuk mengatur perjalan kereta api, halte untuk naik serta menurunkan penumpang dan sebagai jalur persilangan antar kereta api. Dari hal mekanis pada stasiun kereta api dibagi menjadi dua bagian, yaitu :
2.1.2 Wesel
Wesel adalah alat untuk mengalihkan kereta dari satu sepur ke sepur yang lainnya, dan biasanya konstruksi ini dibangun pada emplasemen stasiun stasiun karena terdapat banyak jalur [2]. Wesel biasanya terpasang pada empalsemen stasiun kereta api ketika terjadi persilangan atau susul antara dua kereta atau lebih pada suatu stasiun.
Wesel dipasang pada rel dengan perantara lidah wesel. Konstruksi lidah wesel dipasang sejajar dengan rel untuk membelokkan kereta api.
Percabangan pada rel juga mempengaruhi jumlah wesel yang digunakan.
Konstruksi rel yang cocok digunakan pada wesel untuk dua jalur yaitu:
1. Wesel biasa kanan yang berkonstruksi untuk satu kereta bejalan lurus dan satu kereta berbelok ke kanan.
2. Wesel biasa kiri berkonstruksi untuk satu kereta bejalan lurus dan satu kereta berbelok ke kiri.
Pada stasiun skala kecil di Indonesia yang memiliki dua buah jalur (sepur 1 dan sepur 2) rata – rata menggunakan wesel biasa kanan atau wesel biasa kiri. Hal tersebut tidak terlepas dari konstruksi dan awal pembangunan sebuah stasiun kereta api tersebut.
6 2.1.3 Semboyan Sinyal Kereta Api
Peralatan Persinyalan adalah fasilitas pendukung operasi yang memberi petunjuk atau isyarat yang berupa warna atau cahaya dengan arti tertentu yang dipasang pada tempat tertentu [3]. Semboyan mewakili petunjuk/ isyarat berupa warna seperti gambar 2.1, 2.2 dan 2.3. Plang pada prototype persinyalan digerakkan dengan solenoid push pull yang telah terhubung dengan senar nilon. Arti dari semboyan sinyal yaitu :
a. perintah dan larangan yang diperagakan melalui petugas/orang, atau alat berupa wujud, warna, atau bunyi meliputi isyarat, sinyal, dan tanda.
b. penyampaian tentang kondisi dan medan pada jalur kereta yang ditunjukkan berupa marka.
Semboyan sinyal mekanik yang terdapat pada stasiun kecil antara lain : a. Semboyan 5 berisyarat status jalur kereta yang akan dilalui aman dan
dapat meneruskan perjalanan.
Gambar 2.1 Isyarat Semboyan 5
b. Semboyan 6 berisyarat status jalur yang akan dilalui kereta kurang aman, namun dapat meneruskan perjalanan dengan syarat kecepatan yang terbatas.
7 Gambar 2.2 Isyarat Semboyan 6
c. Semboyan 7 berisyarat status jalur kereta yang akan dilalui tidak aman dan wajib berhenti untuk kereta yang akan melaluinya.
Gambar 2.3 Isyarat Semboyan 7 2.2 PLC
Programmable logic controller (PLC) merupakan suatu sistem pengontrol berbasis mikroprosesor yang menggunakan memori agar dapat diprogram untuk menyimpan instruksi dan untuk pengimplementasikan fungsi-fungsi seperti logika, pemwaktuan, pencacah (counting) serta aritmatika [4]. Konsep PLC berdasarkan namanya adalah :
a. Programmable, kemampuan pada memori dalam menyimpan program-program yang sudah dibuat dan mengubah fungsi atau instruksi dengan mudah.
b. Logic, kemampuan untuk pemrosesan input akurat dan logis dengan perkalian, pengurangan, penjumlahan, pembagian dan sebagainya.
8 c. Controller, kemampuan untuk mengontrol dan pemrosesan supaya
mendapat output yang sesuai dengan perencanaan.
Gambar 2.4 Sistem PLC
PLC pada suatu sistem kontrol diprogram untuk mengubah rangkaian relay yang dioperasikan dengan software. Selain itu, PLC dapat dioperasikan oleh personal yang belum mahir dalam menggunakan computer secara keseluruhan. Bahasa pemrograman pada PLC dapat dipahami dengan mudah dan dioperasikan dengan program yang telah dibuat, serta kesamaan jenis hardware dan software jenis PLC. PLC akan bekerja jika input diberi masukan berupa logika biner (I/O) yang akan diteruskan ke output sesuai dengan keinginan. Logika biner 0 mengartikan suatu kondisi nonaktif dan logika 1 yang berkondisi aktif. PLC dapat diterapkan untuk mengendalikan banyak input dan output sesuai kebutuhan. Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. PLC pada prakteknya dibagi secara umum dan khusus. Fungsi dari PLC secara umum adalah :
a. Sekuensial Control. Dengan input berupa biner, PLC mengolahnya dan diteruskan ke output yang berurutan.
b. Monitoring Plant. PLC memantau kondisi pada sistem yang dapat berupa ketinggian, tekanan, suhu, dan lain-lain. PLC memiliki prinsip kerja mengolah sinyal input yang telah diberikan dan diteruskan ke output sesuai dengan program yang telah disimpan pada CPU.
9 2.2.1 PLC OMRON TIPE CPM2A-40CDR-A
PLC adalah hardware yang digunakan untuk membuat program yang memiliki fungsi dan dapat dimanipulasi sesuai kebutuhan. PLC memiliki berbagai jenis sesuai kebutuhan yang digunakan. Pada kali ini perancangan menggunakan PLC tipe OMRON CPM2A-40CDR-A yang berspesifikasi antara lain :
- Input dan output 30 buah - Input 18 buah
- Output 12 buah
- Catu Daya 100-240 VAC
Gambar 2.5 PLC Omron Tipe CPM2A-40CDR-A
10 Gambar 2.6 Komponen PLC Omron CPM2A
2.2.2 CX-Programmer
CX-Programmer adalah perangkat lunak yang khusus dibuat untuk membuat program pada PLC yang dibuat OMRON. CX- Programmer dengan penulisan program menggunakan metode pemrograman tangga (ladder programming). Selain fungsi pemrograman, software ini juga dapat berfungsi sebagai pengaturan dan pengoperasian PLC, seperti program debugging, menampilkan alamat dan nilai, pengaturan dan pemantauan, dan pemrograman jarak jauh melalui jaringan [5]. Membuat program dengan CX-Programmer dapat disimulasikan meskipun tidak terhubung dengan PLC secara langsung untuk mengetahui cara kerja dan kesalahan pada program yang telah dibuat.
11 Gambar 2.7 Menu pada CX-Programmer
Gambar 2.8 Perancangan diagram ladder pada CX- Programmer
2.3 Human Machine Interface (HMI).
HMI merupakan perangkat lunak antar muka berupa Graphical User Interface berbasis komputer yang menjadi penghubung antara operator dengan mesin atau peralatan yang dikendalikan dan bertindak pada level supervisory [6]. Pada industri dan manufaktur, HMI mempermudah operator untuk mengontrol suatu sistem dan mendeteksi saat terjadi trouble atau
12 kerusakan pada sistem agar lebih mudah untuk memperbaiki sistem yang bermasalah.
Pada PLC Omron untuk membuat desain penampil sebuah kontrol menggunakan software CX-Designer yang dikombinasikan dengan program ladder diagram yang telah dibuat agar dapat menampilkan progress suatu komponen/ alat ketika kondisi aktif maupun nonaktif.
Gambar 2.9 Menu Utama CX-Designer
2.4 Bagian-bagian dari Sebuah PLC
Semua instruksi / perintah yang ada di bawah ini merupakan instruksi paling dasar pada PLC. Menurut aturan pemprograman, setiap akhir program PLC harus ada instruksi dasar END yang oleh PLC dianggap sebagai batas akhir dari program. Tanpa instruksi END, PLC dapat berjalan.
Namun kontak PLC tidak akan bekerja meskipun lampu indikator masing- masing kontak menyala. Bahasa pemrograman yang digunakan pada PLC adalah LDR (Ladder Diagram), yaitu merupakan bahasa pemrograman yang berbentuk diagram kontak dan aktuator yang menyerupai suatu rangkaian listrik. LDR dapat dipakai untuk membuat program dari beberapa tugas pengontrolan, khususnya jika tersedia suatu diagram sirkuit [7]. Bagian dasar pada PLC untuk membuat program antara lain :
13
● Instruksi Load ( LD ) adalah bagian dalam perancangan program yang memiliki fungsi sebagai kontak normali open. Jika kontak ini bekerja akan menjadi close. Simbol LD :
● Instruksi Load Not ( LD NOT ) adalah bagian untuk membuat program yang berperan sebagai kontak normali close. Jika kontak ini bekerja, makan akan terputus menjadi open. Simbol LD NOT :
● Instruksi And ( AND adalah kontak NO yang dipasang seri dengan kontak lainnya dalam satu baris. Contohnya ketika satu, dua atau lebih instruksi dipasang sejajar pada satu baris dan hanya memiliki satu hasil output. Simbol AND :
● Instruksi And Not ( AND NOT ) adalah kontak NC yang dipasang seri dengan kontak lainnya dalam satu baris. Contohnya ketika satu, dua atau lebih instruksi dipasang sejajar pada satu baris dan hanya memiliki satu hasil output. Simbol AND :
● Instruksi Or ( OR ) adalah instruksi LD yang dipasang secara paralel atau bertingkat dan berurutan pada satu baris dan menghasilkan satu buah output. Simbol OR :
14
● Instruksi OR Not ( OR NOT ) adalah instruksi LD Not yang dipasang secara paralel atau bertingkat dan berurutan pada satu baris dan menghasilkan satu buah output. Simbol OR Not :
● Instruksi Out ( OUT ) berfungsi mengeluarkan kondisi output ketika kondisi ladder telah terpenuhi. Simbol OUT :
OUT
● Instruksi End ( END (01) ) adalah bagian penutup dari akhir program.
Jika program tidak dicantumkan instruksi ini, makan input dan output pada PLC tidak dapat berjalan dan hanya menyalakan lampu indikator masing kontak. Simbol END :
END(01)
2.5 Sensor Proximity
Sensor Proximity adalah sensor atau saklar otomatis yang mendeteksi logam berdasarkan jarak yang diperolehnya, artinya sejauhmana kedekatan objek yang dideteksinya dengan sensor, sebab karakter dari sensor ini, mendeteksi objek yang cukup dekat dengan satuan mili meter [8]. Sensor memiliki perbedaan pada jarak pendeteksian benda logam tergantung jenis yang digunakan. Proximity memiliki tiga buah kabel untuk dihubungkan.
Masing- masing kabel berwarna coklat, hitam dan biru. Untuk menghubungkan ke PLC, warna coklat dihubungkan dengan sumber tegangan (tergantung voltase yang dibutuhkan sensor), warna hitam sebagai keluaran data dihubungkan ke kontak input dan warna biru untuk netral dibungkan dengan command yang telah tersambung dengan netral (-).
Pada pernacangan ini, sensor proximity difungsikan sebagai pendeteksi kereta api yang masuk/ keluar stasiun dengan dikombinasikan wesel sebagai pengendali gerak rel untuk mengatur ke jalur yang akan dilewati kereta tersebut dan sinyal mekanik agar sinyal yang telah terbuka
15 kembali ke posisi semula saat kereta terdeteksi telah melewati sensor tersebut. Jadi sensor proximity bekerja sebagai pemberi informasi untuk sinyal mekanik dan wesel ketika kereta api telah melanjutkan perjalanan/
keluar dari stasiun.
Gambar 2.10 Sensor Proximity
2.6 Motor DC
Motor DC adalah suatu perangkat yang digunakan untuk menghasilkan daya mekanis berupa putaran dengan masukan berupa tegangan yang dihasilkan dari sumber tegangan DC [9]. Motor akan berputar ketika gulungan lilitan kawat tembaga pada stator dan rotor dialiri arus listrik. Banyaknya gulungan kawat tembaga dan jumlah kutub juga mempengaruhi kecepatan putar dan torsi motor.
Motor DC berperan sebagai penggerak pada wesel dan sinyal mekanik yang dikombinasikan dengan sensor proximity sebagai saklar pendeteksi apabila kereta keluar dari stasiun.
Gambar 2.11 Motor DC
16 2.7 Perhitungan Beban Motor
Motor adalah sebuah penggerak yang menggunakan listrik sebagai energi dan mengubah ke energi gerak. Salah satu hal yang mempengaruhi performa dari sebuah motor yaitu beban. Torsi adalah hal yang dapat mempengaruhi performa motor. Torsi adalah gaya pada gerak translasi menunjukkan kemampuan sebuah gaya untuk membuat benda melakukan gerak rotasi/berputar [10]. Beban yang dimaksud yaitu meliputi sebuah objek yang digerakkan oleh motor. Beban pada motor dapat diketahui dengan rumus sebagai berikut :
F = m x g ………..(2.1) Keterangan :
F = adalah gaya pada benda yang berputar (N) m = massa (Kg)
g = gaya gravitasi (Nm)
T = F x b (N.m) ………( 2.1) Keterangan:
T = Torsi saat motor berputar (N.m) b = Jarak benda dengan poros motor (m)
T = w x b (Nm) ………(2.2) dengan
T = Torsi pada motor (Nm) w = Beban (N)
b = Jarak beban dengan poros motor (m)
Pada motor DC pembebanan terdiri dari penggerak wesel dan rel. Motor dan wesel berjarak 7 cm akan menarik lidah wesel untuk menggeser rel.
17 2.8 Relay
Relay adalah saklar yang terdiri dari kumparan/ koil untuk menarik kontak pada tegangan yang lebih besar. Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi[10].
Ada 2 macam jenis kontak relay, yaitu kontak NO (Normally Open) dan NC (Normally close). Relay jenis NO akan menjadi NC saat dalam kondisi bekerja/ dialiri arusa listrik, sebaliknya apabila relay jenis NC akan menjadi NO bila relay bekerja. Relay juga dibedakan berdasarkan banyaknya input dan output (jumlah pole dan throw). Pada perancangan ini akan menggunakan relay jenis NO (Normally Open) dengan single pole single throw (SPDT) sebagai penghubung motor dengan sumber tegangan.
Gambar 2.12 Relay dan simbolnya.
2.9 Solenoid Linier/ Push Pull
Solenoida Linier adalah alat elektromagnetik atau elektromekanis yang mengubah energi listrik menjadi sinyal magnetik atau energi gerakan mekanis [11]. Solenoid ini juga disebut push pull. Prinsip kerjanya yaitu ketika koil solenoid dialiri arus listrik, silinder akan bergerak mundur dan ketika tidak dialiri arus maka bergerak maju atau dalam keadaan semula karena terdapat pegas pada silinder. Solenoid ini memiliki dua kutub kumparan yang berperan sebagai kutub utara dan selatan dan menjadi
18 seperti magnet saat diberi arus listrik.Contoh alat yang memiliki cara kerja mirip dengan solenoid ini yaitu kontaktor.
Gambar 2.13 Bentuk fisik solenoid linier/ push pull
