STECHOQ TRAINING CENTER
Day 2 - Sistem Kendali Pneumatik
Sistem Kendali Pneumatik
Sistem Pnumatik dalam industri manufaktur merupakan muara dari semua proses mekanik atau manipulasi gerakan yang menggunakan tenaga udara kempa. Dalam sistem pnumatik udara kempa akan memindahkan suatu gaya atau gerakan. Sistem pnumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, yang beroperasi secara pneumatik atau menggunakan proses-proses pneumatik. Udara bertekanan dalam peranannya sebagai unsur penggerak merupakan bagian utama yang harus mendapatkan perhatian lebih banyak.
Sistem pnumatik menggunakan udara bertekanan untuk menghasilkan gerakan mekanik. Sistem dasar kendali pnumatik meliputi piranti penyedia sumber energi udara kempa yang terdiri dari kompresor udara, sistem filter udara, sistem pengering udara, dan sistem pengatur tekanan udara. Kemudian elemen input untuk mengendalikan sistem, berupa katub tombol tekan (pushbutton valve) dan katub sensor. Selanjutnya berbagai jenis katub pengarah dan pengatur tekanan udara, dan yang terakhir berupa aktuator (cylinder).
Gambar 2.1 Tipikal Sistem Kendali Pnumatik
Gambar 2.1 memperlihatkan konfigurasi dasar sistem kontrol pnumatik. Sistem tersebut mencakup aircompressor, menghasilkan udara kempa secara kontinyu, intakefilter berfungsi menahan kotoran udara sebelum masuk ke sistem, dryer berfungsi menyerap uap air di udara (moisture), receiver tank sebagai reservoar udara kempa, pressure regulator mengatur dan menjaga tekanan udara tetap konstan, valve mengontrol aliran udara kempa, dan pneumatic cylinder sebagai aktuator yang mengubah energi udara menjadi energi mekanik.
Sistem pnumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, yang beroperasi secara pneumatik atau menggunakan proses-proses pneumatik. Udara bertekanan dalam peranannya sebagai unsur penggerak merupakan bagian utama yang harus mendapatkan perhatian lebih banyak.
Pnumatik sistem menggunakan udara bertekanan untuk menghasilkan gerakan mekanik. Sistem dasar kendali pnumatik meliputi piranti penyedia sumber energi udara kempa yang terdiri dari kompresor udara, sistem filter udara, sistem pengering udara, dan sistem pengatur telkanan udara. Kemudian eleven masukan untuk mengendalikan sistem, berupa pushbutton valve dan sensor valve.
Selanjutnya berbagai jenis katub pengarah dan pengatur tekanan udara, dan yang terakhir berupa aktuator.
Diagram rangkaian harus digambar dengan tata cara penggambaran yang benar. Karena hal ini akan memudahkan seseorang untuk membaca rangkaian, sehingga mempermudah pada saat merangkai atau mencari kesalahan sistem pneumatik.
Tata letak komponen diagram rangkaian harus disesuaikan dengan diagram alir dari mata rantai kontrol yaitu sebuah sinyal harus mulai mengalir dari bawah menuju ke atas dari gambar rangkaian.
1. Diagram Alir dan Tata Letak Komponen Sistem kendali Pneumatik
Diagram rangkaian harus digambar dengan tata cara penggambaran yang benar. Karena hal ini akan memudahkan seseorang untuk membaca rangkaian, sehingga mempermudah pada saat merangkai atau mencari kesalahan pada sistem kendali pnumatik. Tata letak komponen diagram rangkaian harus disesuaikan dengan diagram alir dari mata rantai kendali yaitu sebuah sinyal harus mulai mengalir dari bawah menuju ke atas dari gambar rangkaian.
Yang dimaksud diagram skematik adalah diagram rangkaian yang digambar tanpa mempertimbangkan lokasi tiap elemen kendali yang digunakan. Dalam diagram ini yang lebih dipentingkan adalah fungsi atau logika kendalinya. Dalam sistem kendali pnumatik dianjurkan bahwa semua silinder dan katup kontrol arah digambarkan secara horisontal dengan silinder bergerak dari kiri ke kanan, sehingga rangkaian lebih mudah dimengerti
Diagram alir mata rantai kendali pnumatik dan elemen-elemennya digambarkan sebagai berikut :
Gambar 2.2. Diagram Alir sistem Kendali Pnumatik
Pada sistem pengontrolan elektropneumatik dalam dua diagram rangkaian terpisah, satu untuk bagian elektrik dan satu lagi untuk bagian pneumatik. Pada sistem elektropneumatik terdapat 4 kelompok dasar yaitu :
1. Power Supply (Pasokan energi) · Arus listrik · Udara bertekanan
2. Elemen-elemen masukan (Sensor) · Limit switch · Tombol tekan · Proximity sensor
3. Elemen pemroses (Prosessor) · Switching logic · Katup solenoid · Converter Pneumatik ke Elektrik
4. Aktuator dan elemen kontrol akhir · Silinder · Motor · Katup kontrol akhir
Gambar 2.3 Struktur pengontrolan elektropneumatik
SILINDER PNEUMATIK
1. Aktuator
Aktuator adalah bagian keluaran untuk mengubah energi suplai menjadi energi kerja yang dimanfaatkan. Sinyal keluaran dikontrol oleh sistem kontrol dan aktuator bertanggung jawab pada sinyal kontrol melalui elemen kontrol terakhir.Actuators merupakan elemen aktivasi(powering element) di dalam sistem control pnumatik. Actuator melakukan banyak pekerjaan dalam hal membangkitkan berbagai pergerakan misalnya silinder dan motor pnumatik. Actuator merupakan piranti terakhir dari untaian kontrol. Aktuator mengubah control signal ke dalam suatu kerja tertentu.
Berikut ini diberikan contoh actuatoryang banyak dijumpai di dalam industrial automation, yaitu Cylinders, motors, lighting devices, heating devices, visual and acoustic alarm devices, dan lain-lainnya.
Seringkali, Elemen-elemen Final Control seperti valves, contactors, power transistors, power thyristor dan lain-lainnya disebut juga sebagai actuator, walaupun ada pula yang mengelompokkan dalam kategori interface.
Koversi energi pnumatik, dan energi listrik ke dalam mechanical work selalu dilakukan oleh actuator. Ada tiga cara mengontrol actuator, yaitu:
- pneumatics
- hydraulics
- electrics
Aktuator pneumatik dapat digolongkan menjadi 2 kelompok : gerak lurus dan putar. :
1. Gerakan lurus (gerakan linear) :
* Silinder kerja tunggal.
* Silinder kerja ganda.
2. Gerakan putar :
* Motor udara
* Aktuator yang berputar (ayun)
Simbol-simbol aktuator linear sebagai berikut :
SIMBOL | NAMA KOMPONEN |
|
Silinder kerja tunggal |
| Silinder kerja tunggal , piston dengan magnet tetap |
|
Silinder kerja ganda |
Simbol aktuator gerakan putar :
SIMBOL | NAMA KOMPONEN |
|
Motor udara, putaran satu arah, kapasitas tetap. |
|
Motor udara, putaran satu arah, kapasitas bervariasi. |
|
Motor udara, putaran dua arah ,kapasitas bervariasi. |
|
Aktuator putar lintasan terbatas. Putaran dua arah. |
2. Silinder Kerja Tunggal
Silinder Kerja Tunggal
Dalam single acting cylinder, udara tekan hanya disalurkan dari satu sisi. Single acting cylinder hanya dapat menghasilkan kerja dengan satu arah, sehingga tekanan udara hanya diperlukan dari satu arah. Untuk menggerakkan piston ke arah sebaliknya digunakan pegas atau daya tekan dari luar.
Gambar 2.4. Single Acting Cylinder
Pada single acting cylinder, suatu built-in spring didesain khusus untuk mengembalikan piston ke posisi semula. Kekurangan single acting cylinder pergerakan piston dibatasi oleh panjang pegas yang digunakan. Biasanya panjang langkah piston berkisar antara 80 sampai 100 mm. Gambar 2.6 memperlihatkan konstruksi single acting cylinder.
(a) (b)
Gambar 2.5. Konstruksi & simbol Single Acting Cylinder
(a) (b)
Gambar 2.6. Control Single Acting Cylinder
Batang piston silinder kerja tunggal bergerak keluar pada saat silinder menerima udara bertekanan. Jika udara bertekanan dihilangkan, secara otomatis piston kembali lagi ke posisi awal.
Posisi AwalPosisi awal (gambar 5.a) didefinisikan sebagai posisi normal dari sistem. Semua bagian terhubung dan tombol tidak ditekan oleh operator. Udara bertekanan dari catu daya ditutup, piston masuk ke dalam oleh dorongan pegas kembali. Lubang masukan silinder dihubungkan ke lubang pembuangan melalui katup. Pengiriman bertekanan diputus oleh katup.
Tombol Ditekan
Menekan tombol tekan berarti memindahkan posisi katup 3/2, melawan pegas katup. Diagram (gambar 5.b) menunjukkan katup teraktifkan pada posisi kerja. Udara bertekanan dari catu daya melalui katup masuk ke lubang masukan silinder kerja tunggal. Udara bertekanan yang terkumpul menyebabkan batang piston bergerak keluar melawan gaya pegas kembali. Setelah piston sampai pada posisi akhir langkah maju, maka tekanan udara di dalam tabung silinder meningkat mencapai harga maksimum.
Tombol Dilepas
Segera setelah tombol dilepas, maka pegas di katup mengembalikan katup ke posisi awal dan batang piston silinder kembali masuk. Jika tombol tekan diaktifkan lau dilepas sebelum silinder keluar penuh, piston masuk kembali secara langsung, maka ada hubungan langsung antara pengoperasian tombol tekan dan posisi silinder. Hal ini memungkinkan silinder bisa keluar tanpa mencapai akhir langkah
2.1. Konstruksi
Gambar konstruksi silinder kerja tunggal sebagai berikut :
Gambar 2.7 : Konstruksi Silinder Kerja Tunggal
Keterangan :
1. Rumah silinder
2. Lubang masuk udara bertekanan
3. Piston
4. Batang piston
5. Pegas pengembali
Silinder kerja tunggal mempunyai seal piston tunggal yang dipasang pada sisi suplai udara bertekanan. Pembuangan udara pada sisi batang piston silinder dikeluarkan ke atmosfir melalui saluran pembuangan. Jika lubang pembuangan tidak diproteksi dengan sebuah penyaring akan memungkinkan masuknya partikel halus dari debu ke dalam silinder yang bisa merusak seal.
Apabila lubang pembuangan ini tertutup akan membatasi atau menghentikan udara yang akan dibuang pada saat silinder gerakan keluar dan gerakan akan menjadi tersentak-sentak atau terhenti. Seal terbuat dari bahan yang fleksibel yang ditanamkan di dalam piston dari logam atau plastik. Selama bergerak permukaan seal bergeser dengan permukaan silinder.
2.2 Prinsip Kerja
Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston, sisi yang lain terbuka ke atmosfir. Silinder hanya bisa memberikan gaya kerja ke satu arah . Gerakan piston kembali masuk diberikan oleh gaya pegas yang ada didalam silinder direncanakan hanya untuk mengembalikan silinder pada posisi awal dengan alasan agar kecepatan kembali tinggi pada kondisi tanpa beban.
Pada silinder kerja tunggal dengan pegas, langkah silinder dibatasi oleh panjangnya pegas. Oleh karena itu silinder kerja tunggal dibuat maksimum langkahnya sampai sekitar 80 mm.
2.3 Kegunaan
Menurut konstruksinya silinder kerja tunggal dapat melaksanakan berbagai fungsi gerakan , seperti :
• menjepit benda kerja
• pemotongan
• pengeluaran
• pengepresan
• pemberian dan pengangkatan.
3. Silinder Ganda
Dalam double acting cylinder, gaya yang diperoleh dari udara tekan, menggerakkan piston dari dua arah. Baik arah maju dan arah mundur menggunakan gaya dari udara tekan. Double acting cylinder, digunakan pada aplikasi di mana return motion diperlukan untuk menghasilkan fungsi tertentu. Pada prinsipnya, langkah piston untuk double acting cylinder tidak terbatas, tetapi resiko terjadinya buckling dan bending pada extended piston rod perlu menjadi pertimbangan.
Gambar 2.8. Cylinder Double Acting
Gambar 2.9. Konstruksi Double Acting Cilinder dan symbol
(a) (b)
Gambar 2.10. Control Double acting Cylinder
Posisi Awal
Posisi awal (gambar 2.10a) semua hubungan dibuat tidak ada tekanan dan tombol tidak ditekan oleh operator. Pada posisi tidak diaktifkan, udara bertekanan diberikan pada sisi batang piston silinder, sedangkan udara pada sisi piston silinder dibuang melalui saluran buang katup.
Tombol Ditekan
Menekan tombol berarti memindahkan posisi katup 4/2 melawan gaya pegas pengembali. Diagram rangkaian (gambar 2.10b) menunjukkan katup aktif pada posisi kerja. Pada posisi ini suplai udara bertekanan dialirkan ke sisi piston silinder dan udara pada sisi batang piston dibuang keluar lewat katup. Tekanan pada sisi piston mendorong keluar batang piston. Pada saat langlah keluar penuh dicapai, tekanan pada sisi piston mencapai maksimum.
Tombol Dilepas
Tombol tekan dilepas, pegas pengembali katup menekan katup kembali ke posisi semula. Sekarang suplai udara bertekanan dialirkan ke sisi batang piston dan udara pada sisi piston dibuang keluar melalui katup, sehingga batang piston silinder kerja ganda masuk kembali.
3.1 Konstruksi
Konstruksi silinder kerja ganda adalah sama dengan silinder kerja tunggal, tetapi tidak mempunyai pegas pengembali. Silinder kerja ganda mempunyai dua saluran (saluran masukan dan saluran pembuangan). Silinder terdiri dari tabung silinder dan penutupnya, piston dengan seal, batang piston, bantalan, ring pengikis dan bagian penyambungan. Konstruksinya dapat dilihat pada gambar berikut ini :
Gambar 2.11 : Konstruksi Silinder Kerja Ganda
Keterangan :
1. Batang / rumah silinder
2. Saluran masuk
3. Saluran keluar
4. Batang piston
5. Seal
6. Bearing
Biasanya tabung silinder terbuat dari tabung baja tanpa sambungan. Untuk memperpanjang usia komponen seal permukaan dalam tabung silinder dikerjakan dengan mesin yang presisi. Untuk aplikasi khusus tabung silinder bisa dibuat dari aluminium , kuningan dan baja pada permukaan yang bergeser dilapisi chrom keras. Rancangan khusus dipasang pada suatu area dimana tidak boleh terkena korosi.
Penutup akhir tabung adalah bagian paling penting yang terbuat dari bahan cetak seperti aluminium besi tuang. Kedua penutup bisa diikatkan pada tabung silinder dengan batang pengikat yang mempunyai baut dan mur.
Batang piston terbuat dari baja yang bertemperatur tinggi. Untuk menghindari korosi dan menjaga kelangsungan kerjanya, batang piston harus dilapisi chrom.
Ring seal dipasang pada ujung tabung untuk mencegah kebocoran udara. Bantalan penyangga gerakan batang piston terbuat dari PVC, atau perunggu. Di depan bantalan ada sebuah ring pengikis yang berfungsi mencegah debu dan butiran kecil yang akan masuk ke permukaan dalam silinder.
3.2 Prinsip Kerja
Dengan memberikan udara bertekanan pada satu sisi permukaan piston (arah maju), sedangkan sisi yang lain (arah mundur) terbuka ke atmosfir, maka gaya diberikan pada sisi permukaan piston tersebut sehingga batang piston akan terdorong keluar sampai mencapai posisi maksimum dan berhenti. Gerakan silinder kembali masuk, diberikan oleh gaya pada sisi permukaan batang piston (arah mundur) dan sisi permukaan piston (arah maju) udaranya terbuka ke atmosfir.
Keuntungan silinder kerja ganda dapat dibebani pada kedua arah gerakan batang pistonnya. Ini memungkinkan pemasangannya lebih fleksibel. Gaya yang diberikan pada batang piston gerakan keluar lebih besar daripada gerakan masuk. Karena efektif permukaan piston dikurangi pada sisi batang piston oleh luas permukaan batang piston
Silinder aktif adalah dibawah kontrol suplai udara pada kedua arah gerakannya. Pada prinsipnya panjang langkah silinder dibatasi, walaupun faktor lengkungan dan bengkokan yang diterima batang piston harus diperbolehkan. Seperti silinder kerja tunggal, pada silinder kerja ganda piston dipasang dengan seal jenis cincin O atau membran.
3.3 Kegunaan
Silinder pneumatik telah dikembangkan pada arah berikut :
• Kebutuhan penyensoran tanpa sentuhan (menggunakan magnit pada piston untuk mengaktifkan katup batas /limit switch dengan magnit )
• Penghentian beban berat pada unit penjepitan dan penahan luar tiba-tiba.
• Silinder rodless digunakan dimana tempat terbatas.
• Alternatif pembuatan material seperti plastik
• Mantel pelindung terhadap pengaruh lingkungan yang merusak, misalnya sifat tahan asam
• Penambah kemampuan pembawa beban.
• Aplikasi robot dengan gambaran khusus seperti batang piston tanpa putaran, batang piston berlubang untuk mulut pengisap.
3.4 Macam-macam silinder kerja ganda
SIMBOL | NAMA KOMPONEN |
|
Silinder kerja ganda |
|
Silinder kerja ganda dengan batang piston sisi ganda. |
|
Silinder kerja ganda dengan bantalan udara tetap dalam satu arah. |
|
Silinder kerja ganda dengan bantalan udara tunggal , dapat diatur pada satu sisi. |
|
Silinder kerja ganda dengan bantalan udara ganda , dapat diatur pada kedua sisi. |
|
Silinder kerja ganda dengan bantalan udara ganda , dapat diatur pada kedua sisi dan piston bermagnet. |
Last modified: Thursday, 23 February 2023, 11:25 AM
