SISTEM PENGENDALI PLC

1. Aplikasi teknik Pengedalian dalam otomasi Industri
Teknologi Otomasi mulai ada sejak berabad-abad yang lalu, terutama sejak ditemukannya komponen cam dan governor. Pada tahun 1932, Nyquist mengembangkan suatu prosedur yang relatif sederhana untuk menentukan kestabilan sistem loop tertutup pada basis respon loop terbuka terhadap masukan tunak (Steady State) Sinusoida. Pada tahun 1934, Hazien memperkenalkan istilah servo mekanisme untuk sistem kontrol posisi, membahas desain servo mekanisme relay yang mampu mengikuti dengan baik masukan yang berubah. Pada dekade 1940-1950 pemakaian sistem kontrol otomatis telah berkembang, mulai tahun 1960 dengan berkembangnya perangkat peralatan (plant) dengan multi masukan dan multi keluaran maka sistem kontrol menjadi semakin kompleks.


Gambar 1, Penggunaan robot dalam sistem otomasi Industri

Selanjutnya secara berangsur angsur mulai memanfaatkan komponen elektronik-mekanik seperti relay, dan komponen elektronik seperti transistor. Perkembangan selanjutnya telah semakin cepat setelah ditemukannya komponen mikroelektronik dalam bentuk IC (Integrated Circuit) pada awal tahun 1960–an. Teknologi Otomasi semakin berkembang dengan pesat sejak munculnya mikroprosesor pada tahun 1973, sejak itu teknolologi otomasi telah memasuki berbagai sektor kegiatan manusia, baik yang secara khusus misalnya di dalam dunia manufaktur, maupun secara umum dalam berbagai bentuk barang yang ada di sekeliling kita seperti Telefak, Mesin suci dan sebagianya. Mesin cuci modern biasanya menggunakan sistem otomasi loop tertutup, sehingga proses pencuciannya dapat diprogram seperti yang diharapkan.



Gambar 2, Penggunaan robot dalam sistem otomasi Industri mobil

Teknologi Otomasi yang pada awalnya banyak diartikan sebagai pemakaian suatu sistem pengatur yang mampu menggerakan suatu kontruksi mekanik (manipulator) secara mandiri tanpa campur tangan manusia, dewasa ini makin berkembang dengan dimasukkannya pengertian tentang kemampuan untuk mengatur pengolahan data secara mandiri. Dalam aplikasinya kegiatan proses produksi kedua cakupan pengertian di atas pada dasarnya sangat banyak digunakan. Pengertian teknologi otomasi yang didefisinikan sebagai penggunaan sistem pengatur yang mampu menggerakkan suatu manipulator atau kontruksi mekanik secara mandiri tanpa campur tangan manusia melahirkan suatu disiplin ilmu baru yang disebut sebagai mekatronika.
Proses produksi industri manufaktur mobil maupun sepeda motor di Indonesia sudah semakin pesat. Meski dengan jumlah karyawan yang sedikit namun mampu menghasilkan produk yang banyak dan dengan kualitas yang sama baiknya. Pada dasarnya teknologi otomasi dibedakan menjadi dua, yaitu fixed automation (otomasi tetap) dan flexible Automation (otomasi fleksibel). Kontruksi fixed automation biasanya masih menggunakan peralatan mekanik. Sedangkan fleksibel automation sudah menggunakan sistem pengatur berbasis komputer. Sistem pengatur berbasis komputer dirancang agar mudah dirubah sesuai dengan kebutuhan. Sebagai contoh penggunaan

robot industri, gerakan robot dapat dirubah sesuai dengan kebutuhan, juga penggunaan mesin perkakas CNC. Teknologi modern ditandai dengan penggunaan fleksible automation yang semakin meluas. Fleksible Automation akan terus berkembang sejalan dengan perkembangan mikroeletronika yang mendasar
Pemanfaatan teknologi otomasi pada proses produksi meliputi bidang yang sangat luas, dari kegiatan seperti pada bagian Product Design, Production Planning dan Control, Inventory Control, Sales dan Marketing, Engineering, Industrial Engineering banyak yang lebih berupa pengolahan secara otomatis data elektronis, sedangkan teknolgi otomasi yang banyak di terapkan adalah dalam bidang produksi.
Pemanfaatan teknologi otomasi dalam proses produksi merupakan sebagian kecil saja dari penggunaan teknologi tersebut. Sebagian besar aplikasinya dimanfaatkan secara luas dalam kehidupan sehari-hari di masyarakat. Proses otomasi yang dapat kita lihat sehari-hari antara lain: mesin cuci otomatik, sistem pengisian tandon otomatik, pengering tangan otomatik, dan sebagainya. Dalam pembahasan selanjutnya, akan dibahas lebih jauh teknologi otomasi yang diterapkan dalam industri pengolahan serta pemesinan logam. Pembahasan akan lebih diarahkan pada teknologi otomasi dalam bentuk pengaturan gerak manipolator atau konstruksi mekanik yang terdapat dalam berbagai bentuk peralatan pabrik. Pengaturan yang akan dikembangkan berbasisi pada sistem kontrol pneumatik, hidrolik, elektrik, dan juga mekanik.
Rancangan konstruksi dari berbagai peralatan di atas ada yang dapat dibuat secara umum sehingga dapat diproduksi secara masal, seperti mesin perkakas CNC robot industri, berbagai jenis conveyor, AGV dsb nya, namun ada pula yang harus dirancang secara khusus untuk jenis pemakian tertentu seperti mesin-mesin khusus, Jiq dan Fixtures. Pemilihan peralatan yang sesuai dengan proses produksi yang hendak dilakukan merupakan tahap awal yang sangat menentukan tinggi rendahnya effisiensi proses produk tersebut. Pemilihan yang salah merupakan cacat bawaan yang akan sukar untuk diperbaiki nantinya, tanpa melakukan penggantian peralatan yang salah
tersebut secara keseluruhan.


2. Otomasi Teknik Produksi ….

Setiap perusahaan selalu berusaha untuk efisien dan efektif dalam melakukan proses produksinya. Hal ini sesuai dengan prinsip ekonomi, yang bertujuan mendapatkan keuntungan yang sebesar-besarnya dengan biaya yang serendah- rendahnya. Salah satu upaya yang dilakukan perusahaan antara lain dengan cara

mengurangi biaya produksi, termasuk biaya tenaga kerja. Meningkatnya kualitas hidup berdampak pada gaji tenaga kerja terampil yang semakin mahal. Tenaga kerja terampil umumnya menuntut gaji yang besar. Padahal tenaga kerja terampil sebagai manusia pada umumnya memiliki keterbatasan seperti kelelahan, sakit, jenuh, bahkan kadang menuntut kenaikan gaji melalui demonstrasi yang dapat menghentikan aktivitas perusahaan. Dewasa ini perusahaan selalu berupaya untuk mengganti pekerjaan yang selama ini dilakukan oleh manusia untuk digantikan dengan mesin-mesin dalam rangka efisiensi dan peningkatan kualitis produksinya. Dengan kata lain banyak perusahaan melakukan otomasi produksinya.
Istilah otomasi berasal dari otomatisasi, belakangan ini istilah otomatisasi tidak lagi banyak digunakan. Menurut Thomas Krist yang dikutip Dines Ginting (1993),
``Otomasi`` adalah mengubah penggerakan atau pelayanan dengan tangan menjadi pelayanan otomatik pada penggerakan dan gerakan tersebut berturut-turut dilaksanakan oleh tenaga asing (tanpa perantaraan tenaga manusia). Jadi otomasi menghemat tenaga manusia. Terutama suatu penempatan yang menguntungkan dari unsur-unsur pelayanan adalah mengurangi banyaknya gerakan-gerakan tangan sampai seminimum mungkin. Gerakan-gerakan yang biasa dilakukan manusia seperti menggeser, mengangkat, menempa, dan lain-lain telah dapat digantikan oleh gerakan aktuator mekanik, listrik, pneumatik, hydrolik, dan lain-lain. Masing-masing aktuator memiliki kelebihan dan kelemahan, misalnya lebih fleksibel dan bersih, namun mudah terbakar bila dibebani lebih. Pneumatik dapat dibebani lebih, bersih, dan aman, namun untuk menghasilkan udara bertekanan diperlukan peralatan mahal seperti kompresor dan katup-katup. Hidrolik mampu menghasilkan daya besar, namun memiliki keterbatasan temperatur dan cenderung kotor. Pemilihan aktuator tersebut akan selalu menyesuaikan dengan kebutuhan.



Gambar 3, Penggeser pneumatik dan robot industri yang siap menggantikan tenaga manusia

Penggantian tenaga manusia menjadi tenaga mesin akan meningkatkan produktivitas dan efensiensi kerja. Penggantian ini sangat tepat terutama pada industri bahan dasar, industri kimia dan tungku pengecoran logam bertemperatur tinggi, dimana akan mengurangi resiko kecelakaan kerja dan meningkatkan kenyamanan peroduksi. Faktor ini juga sangat menentukan kedayagunaan dan manfaat ekonomis dari produksi.
Pengalihan gerakan dari tenaga manusia ke mesin dapat dilakukan sebagian maupun keselurahan. Otomasi sebagian berarti sistem masih memerlukan tenaga kerja untuk mengoperasikan mesin, sedangkan otomasi lengkap berarti semuanya dapat dikerjakan oleh mesin, tenaga manusia hanya bertindak sebagai programmer dari mesin tersebut. Dalam beberapa tahun ini perkembangan full otomasi telah berkembang pesat terutama pada industri manufaktur mobil maupun industri yang lain.



Gambar 4, Robot Industri dalam proses manufacturig


3. PLC (Programmable Logic Controllers) ….
3.1 Sejarah PLC
Secara historis PLC (Programmable Logic Controllers) pertama kali dirancang oleh Perusahaan General Motor (GM) sekitar pada tahun tahun 1968. PLC awalnya merupakan sebuah kumpulan dari banyak relay yang pada proses sekuensial dirasakan tidak fleksibel dan berbiaya tinggi dalam proses otomatisai dalam suatu industri. Pada saat itu PLC penggunaannya masih terbatas pada fungsi-fungsi kontrol relay saja. Namun dalam perkembangannya PLC merupakan sistem yang dapat dikendalikan secara terprogram. Selanjutnya hasil rancangan PLC mulai berbasis pada bentuk komponen solid state yang memiliki fleksibelitas tinggi. Kerja tersebut dilakukan karena adanya prosesor pada PLC yang memproses program sistem yang dinginkan.



(a) (b)

Gambar 5. Relay tunggal (a) dan Sistem relay pada mesin CNC (b)

Saat ini PLC telah mengalami perkembangan yang luar biasa, baik dari segi ukuran, kepadatan komponen serta dari segi fungsinnya seiring perkembangan teknologi solid state. Beberapa perkembangan perangkat keras maupun perangkat lunak PLC antara lain: (a) Ukuran semakin kecil dan kompak, (b) Jenis instruksi/fungsi semakin banyak dan lengkap, (c) Memiliki kemampuan komunikasi dan sistem dokumentasi yang semakin baik, (d) Jumlah input/output yang semakin banyak dan padat, (f) Waktu eksekusi program yang semakin cepat, (g) Pemrograman relatif semakin mudah. Hal ini terkait dengan perangkat lunak pemrograman yang semakin user friendly, (h) Beberapa jenis dan tipe PLC dilengkapi dengan modul-modul untuk tujuan kontrol kontinu, misalnya modul ADC/DAC, PID, modul Fuzzy dan lain-lain.
Perusahaan PLC saat ini sudah memulai memproduksi PLC dengan beberapa ukuran, seperti jumlah input/output, instruksi dan kemampuan lainya yang beragam. Perkembangan dewasa ini pada dasarnya dilakukan agar memenuhi dan memberikan solusi bagi kebutuhan pasar yang sangat luas. Sehingga mampu untuk menjawab permasalahan kebutuhan kontrol yang komplek dengan jumlah input/output mencapai
ribuan.


3.2 Pengenalan Dasar PLC

Pada dasarnya PLC (Programmable Logic Controllers) merupakan sistem relay yang dikendalikan secara terprogram. Kerja tersebut dilakukan karena adanya prosesor pada PLC yang memproses program yang dinginkan. PLC dilengkapi dengan port masukan (inputport) dan keluaran (outputport). Adanya masukan dan keluaran PLC

secara modul akan lebih mempermudah proses pengawatan (wiring) sistem. Pada dasarnya PLC terdiri dari perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Adapun jenis hardware dapat berupa unit PLC berbagai merek, seperti OMRON, Siemens, LG, dan lain lain, seperti contoh berikut berikut:


(a)


(b)

Gambar 6. PLC Omron type ZEN (a) dan Siemens (b)

Agar lebih mengenal fungsi dan cara kerja PLC pada umumnya, biasanya dibuat PLC Training Unit untuk keperluan pelatihan bagi siswa maupuin praktisi industri agar lebih mendalami dan memahaminya


Gambar 7. PLC Training Unit

3.4. Device Masukan

Device masukan merupakan perangkat keras yang digunakan untuk memberikan sinyal kepada modul masukan. Sistem PLC memiliki jumlah device masukan sesuai dengan sistem yang diinginkan. Fungsi dari device masukan untuk memberikan perintah khusus sesuai dengan kinerja device masukan yang digunakan, misalnya untuk menjalankan atau menghentikan motor. Dalam hal tersebut seperti misalnya device masukan yang digunakan adalah push button yang bekerja secara Normally Open (NO) ataupun Normally Close (NC). Ada bermacam-macam device masukan yang dapat digunakan dalam pembentukan suatu sistem kendali seperti misalnya: selector switch, foot switch, flow switch, level switch, proximity sensors dan lain-lain. Gambar15.
memperlihatkan macam-macam simbol masukan.



Keterangan :


a. NO Pushbutton c. NO Limit Switch
b. NC Pushbutton d. NO Flow Switch

Gambar 15. Contoh simbol device masukan

3.5. Modul Masukan

Modul masukan adalah bagian dari sistem PLC yang berfungsi memproses sinyal dari device masukan kemudian memberikan sinyal tersebut ke prosesor. Sistem PLC dapat memiliki beberapa modul masukan. Masing-masing modul mempunyai jumlah terminal tertentu, yang berarti modul tersebut dapat melayani beberapa device masukan. Pada umumnya modul masukan ditempatkan pada sebuah rak. Pada jenis PLC tertentu terdapat modul masukan yang ditempatkan langsung satu unit dengan prosesor ataupun catu daya dan tidak ditempatkan dengan sistem rak. Gambar 16
memperlihatkan modul masukan atau keluaran yang penempatannya menggunakan rak.


Gambar 16. Slot Modul masukan atau keluaran PLC

3.6. Device Masukan Program

Device masukan program berfungsi sebagai sarana untuk memasukkan atau mengisikan program ke dalam prosesor PLC yang disebut dengan pengisi program (program loader). Program Loader sering disebut sebagai device programmer yaitu alat yang digunakan untuk melakukan pengisian program ke CPU. Device programmer membuat program PLC menjadi lebih fleksibel. Device programmer memperbolehkan pemakai untuk melakukan pengubahan program kendali baru (modifikasi) atau memeriksa benar atau tidaknya program yang telah diisikan ke dalam memori. Hal ini sangat membantu untuk keperluan perawatan ketika timbul masalah terhadap sistem. Jenis-jenis device programmeran yang sering digunakan adalah desktop, handled programmer dan device programmer yang memang khusus dibuat oleh pembuat PLC. Gambar 17 dan Gambar 18. memperlihatkan contoh gambar device programmer.

Gambar 17. Desktop.

Gambar 18. Handled Programmer. (OMRON)

3.7. Device Keluaran
Device keluaran adalah komponen-komponen yang memerlukan sinyal untuk mengaktifkan komponen tersebut. Sistem PLC mempunyai beberapa device keluaran seperti motor listrik, lampu indikator, sirine. Gambar 19. memperlihatkan contoh simbol dari device keluaran yang sering digunakan.

(a) Simbol lampu indicator


(b) Motor listrik dan simbolnya


(c) Katup penggerak Solenoid

Gambar 19. Contoh device keluaran dan simbolnya


3.8. Modul Keluaran

PLC dapat mempunyai beberapa modul keluaran tergantung dari ukuran dan aplikasi sistem kendali. Device keluaran disambungkan ke modul keluaran dan akan aktif pada saat sinyal diterima oleh modul keluaran dari prosesor sesuai dengan program sistem kendali yang telah diisikan ke memorinya. Catu daya yang digunakan untuk mengaktifkan device keluaran tidak langsung dari modul keluaran tetapi berasal dari catu daya dari luar, sehingga modul keluaran sebagai sakelar yang menyalurkan
catu daya dari catu daya luar ke device keluaran.



3.9. Perangkat Lunak PLC

Pemrogramman PLC terdiri dari instruksi-instruksi dasar PLC yang berbentuk logika pengendalian sistem kendali yang diinginkan. Bahasa programmeran biasanya telah disesuaikan dengan ketentuan dari pembuat PLC itu sendiri. Dalam hal ini setiap pembuat PLC memberikan aturan-aturan tertentu yang sudah disesuaikan dengan programmeran CPU yang digunakan PLC.

3.10. Perangkat Keras PLC

Sistem PLC menggunakan prinsip pemodulan yang memiliki beberapa keuntungan, seperti komponen-komponennya dapat ditambah, dikurangi ataupun dirancang ulang untuk mendapatkan sistem yang lebih fleksibel.
Sistem PLC memiliki tiga komponen utama yaitu unit prosesor, bagian masukan/keluaran, dan device pemrograman. Diagram kerja tiga komponen utama di atas, akan dijelaskan lebih rinci dengan gambar diagram blok sistem PLC seperti terdapat pada Gambar 20.
Urutan kerja dari gambar diagram blok di atas dimulai dari device masukan yang akan memberikan sinyal pada modul masukan. Sinyal tersebut diteruskan ke prosesor dan akan diolah sesuai dengan program yang dibuat. Sinyal dari prosesor kemudian diberikan ke modul keluaran untuk mengaktifkan device keluaran.


Gambar 20. Diagram Blok PLC


3.11. Ladder Logic

Ladder logic adalah bahasa programmeran dengan bahasa grafik atau bahasa yang digambar secara grafik. Diagram ini menyerupai diagram dasar yang digunakan logika kendali sistem kontrol panel dimana ketentuan instruksi terdiri dari koil-koil, NO, NC dan dalam bentuk penyimbolan. Programmeran tersebut akan memudahkan programmer dalam mentransisikan logika pengendalian khususnya bagi programmer yang memahami logika pengendalian sistem kontrol panel. Simbol-simbol tersebut tidak

dapat dipresentasikan sebagai komponen, tetapi dalam programmerannya simbol-

simbol tersebut dipresentasikan sebagai fungsi komponen sebenarnya.



3.12. Hubungan Input/Output (I/O) dengan Perangkat Lunak

Pada saat pemrogram (programmer) bekerja dengan bahasa ladder logic, programmer harus mengerti hubungan I/O dengan perangkat lunak. Untuk memudahkan pemahamannya, titik masukan modul masukan dapat dianggap sebagai koil relay yang masing-masing memiliki alamat tertentu. koil relay masukan berada di luar perangkat sehingga tidak dapat tergambar di perangkat lunak dan hanya memiliki kontak-kontak pada perangkat lunak. Banyaknya titik-titik keluaran terletak di modul keluaran. Untuk lebih mempermudah pemahaman mengenai hubungan I/O dengan perangkat lunak Gambar 21 memperlihatkan gambar hubungan antara I/O dengan perangkat lunak.
Gambar 21 memperlihatkan bahwa apabila push button 1 ditekan maka unit input X1 menjadi ON. Sesuai dengan prinsip pemahaman bahwa titik masukan sebagai koil relay yang mempunyai kontak di perangkat lunak, sehingga jika keadaan ON maka sinyal mengalir menuju modul masukan (dengan anggapan pemahaman bahwa terdapat koil) hal tersebut mengakibatkan kontak dari unit input di dalam perangkat lunak akan bekerja. Peristiwa itu tersebut mengakibatkan koil keluaran perangkat lunak menerima sinyal tersebut sehingga unit output sebagai kontak koil akan bekerja.
Apabila lampu indikator sebagai device keluaran, kejadian tersebut mengakibatkan lampu menyala. Karena sebagai device masukan berupa push button 1 ON saat ditekan saja (NO) maka untuk membuat lampu itu menyala terus, koil keluaran perangkat lunak memiliki internal relay yang dapat digunakan sebagai pengunci (holding). Sinyal selanjutnya mengalir melalui holding relay tersebut dan lampu akan menyala terus dan akan mati apabila pushbutton 2 ditekan karena terputusnya tegangan dalam hal ini karena pushbutton 2 sebagai NC.


Gambar 21. Hubungan antara I/O dengan perangkat lunak.



3.13. Processor

Prosesor adalah bagian pemroses sistem PLC yang membuat keputusan logika. Keputusan yang telah dibuat berdasarkan program tersimpan dalam memori. Prosesor adalah bagian dari Central Processing Unit (CPU) dari PLC yang menerima, menganalisa, memproses dan memberikan informasi ke modul keluaran. Di dalam CPU PLC dapat dibayangkan seperti sekumpulan ribuan relay. Hal tersebut bukan berarti di dalamnya terdapat banyak relay dalam ukuran yang sangat kecil tetapi berisi rangkaian elektronika digital yang dapat sebagai kontak NO dan NC relay.
Memori berfungsi sebagai tempat dimana informasi tersebut disimpan. Ada bermacam-macam jenis serpih memori dalam bentuk Integrated Circuit (IC). Masing- masing jenis memori memiliki keuntungan dan kerugian dan dipilih untuk spesifikasi yang terbaik untuk aplikasinya.
Salah satu jenis memori yang digunakan dalam CPU PLC adalah Random Access Memory (RAM). Kerugian jenis memori tersebut adalah diperlukannya catu daya untuk menjaga agar memory tetap bekerja. Pada aplikasi PLC diperlukan catu daya cadangan yang digunakan untuk menjaga agar isi dari memori tidak hilang apabila tiba- tiba catu daya hilang. RAM digunakan untuk keperluan memori karena RAM mudah diubah dengan cepat ketika dibandingkan dengan jenis memori yang lain. RAM disebut juga sebagai memori baca/tulis, karena RAM dapat dibaca dan ditulis data untuk disimpan di RAM.
Read Only Memory (ROM) adalah jenis memori yang semi permanen dan tidak dapat diubah dengan pengubah program. Memori tersebut hanya digunakan untuk

membaca saja dan jenis memori tersebut tidak memerlukan catu daya cadangan karena isi memori tidak akan hilang meskipun catu daya terputus
Programmable Read Only Memory (PROM) adalah jenis lain dari memori yang bekerja hampir menyerupai ROM, dengan satu pengecualian yaitu bisa di program. PROM di rancang untuk diisi dengan program yang terprogram. Apabila data dapat diubah, maka dapat diadakan programmeran. Programmeran ulang dari PROM membutuhkan perlengkapan khusus yaitu PROM Programmer dimana PLC sendiri tidak dapat melakukannya. Gambar 22. memperlihatkan contoh CPU PLC yang
menggunakan sistem RAM.


Gambar 22. CPU PLC (OMRON)



3.14 Data dan Memory PLC

3.14.1 Aturan dasar penulisan memori PLC adalah :

- Word atau channel yang terdiri dari 16 bit, ditulis XXX

- Bit atau contact yang terdiri dari 1 bit, ditulis XXXXXX, dua angka yang paling belakang menunjukkan nomor contact dan sisa angka yang depan menunjukkan nomer channel.


3.14.2 Memori PLC

3.14.2.1 Internal Relay

Internal relay (IR) mempunyai pembagian fungsi seperti IR input, IR output dan juga IR work area (untuk pengolahan data pada program). IR input dan IR output adalah IR yang berhubungan dengan terminal input dan output pada PLC. Sedangkan IR work

area tidak dihubungkan ke terminal PLC, akan tetapi berada dalam internal memory

PLC dan fungsinya untuk pengolahan logika program.

Terdapat juga IR yang fungsinya untuk SYSMAC BUS area, Special I/O Unit area,

Optical I/O unit area, dan Group 2 High density I/O unit area.



3.14.2.2 Special Relay

Special relay (SR) merupakan relay yang menghubungkan fungsi-fungsi khusus seperti flag (misalnya: instruksi penjumlahan terdapat kelebihan digit pada hasilnya
[carry flag], kontrol bit PLC, informasi kondisi PLC, dan system clock (pulsa).



3.14.2.3 Auxiliary Relay (AR)

Auxiliary relay terdiri dari flags dan bit untuk tujuan khusus. Dapat menunjukkan kondisi PLC yang disebabkan oleh kegagalan sumber tegangan, kondisi special I/O, kondisi input/output unit, kondisi CPU PLC, memori PLC dan lain-lain.


3.14.2.4 Holding Relay

Holding relay (HR) dapat difungsikan untuk menyimpan data (bit-bit penting)

karena tidak hilang walaupun sumber tegangan PLC mati.



3.14.2.5 Link Relay

Link relay (LR) digunakan untuk data link pada PLC link system. Link system digunakan untuk tukar-menukar informasi antar dua PLC atau lebih dalam satu sistem kendali yang saling berhubungan satu dengan yang lainnya dengan menggunakan PLC minimum dua unit.
3.14.2.6 Temporary Relay

Temporary relay (TR) berfungsi untuk menyimpan sementara kondisi logika program pada ladder diagram yang mempunyai titik percabangan khusus.


3.14.2.7 Timer/Counter

Timer/counter (T/C) untuk mendefinisikan suatu waktu tunda /time delay (timer) ataupun untuk menghitung (counter). Untuk timer mempunyai orde 100 ms, ada yang mempunyai orde 10 ms yaitu TIMH(15). Untuk TIM 000 sampai dengan TIM 015 dapat dioperasikan secara interrupt untuk mendapatkan waktu yang lebih presisi.

3.14.2.8 Data Memory

Data memory (DM) berfungsi untuk menyimpan data-data program karena isi DM tidak akan hilang (reset) walaupun sumber tegangan PLC mati. Macam-macam DM adalah sebagai berikut:
> DM read/write
• Pada DM read/write data-data program dapat dihapus dan ditulis oleh program yang dibuat, sehingga sangat berguna untuk manipulasi data
program.

> DM special I/O unit
• DM special I/O berfungsi untuk menyimpan dan mengolah hasil dari special
I/O unit, mengatur dan mendefinisikan sistem kerja special I/O unit.

> DM history Log
• Pada DM history log disimpan informasi-informasi penting pada saat PLC
terjadi kegagalan sistem operasionalnya. Pesan-pesan kesalahan system

PLC yang di simpan berupa kode-kode angka tertentu.

> DM link test area
• DM link test area berfungsi untuk menyimpan informasi-informasi yang menunjukan status dari system link PLC.
> DM setup
DM setup berfungsi untuk kondisi default (kondisi kerja saat PLC aktif). Pada DM inilah kemampuan kerja suatu PLC didefinisikan untuk pertama kalinya sebelum PLC tersebut diprogram dan dioperasikan pada suatu sistem kontrol. Tentu saja setup PLC tersebut disesuaikan dengan sistem kontrol yang bersangkutan.


3.14.2.9 Upper Memory

Upper memory (UM) berfungsi untuk menyimpan dan menjalankan program. Kapasitas tergantung dari pada masing-masing tipe PLC yang dipakai.
⇒ Semua memori (selain DM dan UM) dapat dibayangkan sebagai relay yang
mempunyai koil, kontak NO dan NC. Timer dan Counter juga dapat dibayangkan seperti pada umumnya dan mempunyai kontak NO dan NC.
⇒ DM tidak mempunyai kontak, hanya ada channel/word saja. DM dapat difungsikan
untuk menyimpan data-data penting yang tidak boleh hilang waktu sumber tegangan mati atau memanipulasi program.

⇒ Memori yang sifatnya dapat menyimpan data program jika listrik mati adalah DM
dan HR, sedangkan memori yang lainnya akan hilang.

⇒ Programmeran PLC ada dua macam yaitu dengan diagram ladder dan bahasa
mnemonic. Programmeran biasanya membuat diagram ladder terlebih dahulu dan kemudian baru menterjemahkannya dalam bahasa mnemonic, atau bisa juga langsung digambar ladder diagram pada layar monitor.


3.14.2.10 Catu Daya (Power Supply)

Sistem PLC memiliki dua macam catu daya dibedakan berdasarkan fungsi dan operasinya yaitu catu daya dalam dan catu daya luar. Catu daya dalam merupakan bagian dari unit PLC itu sendiri sedangkan catu daya luar yang memberikan catu daya kepada seluruh bagian dari sistem termasuk didalamnya untuk memberikan catu daya pada catu daya dalam dari PLC. Catu daya dalam mengaktifkan proses kerja PLC. Besarnya tegangan catu daya yang dipakai disesuaikan dengan karakteristik PLC. Bagian catu daya dalam PLC sama dengan bagian-bagian yang lain di mana terdapat langsung pada satu unit PLC atau terpisah dengan bagian yang lain dari atau sistem rak. Gambar catu daya yang sering digunakan dengan sistem rak diperlihatkan pada
gambar 23.


Gambar 23. Catu Daya.



3.15. Programman PLC dasar Omron Dengan Komputer

Programman PLC dasar merk OMRON menggunakan bahasa program dari OMRON juga yaitu SYSWIN. Tampilan menu utama dari program SYSWIN dapat dilihat pada gambar berikut.


Gambar 24. Tampilan menu utama program SYSWIN (OMRON)

Beberapa perintah program yang penting dan perlu dipahami adalah sebagai berikut:

> Connect
Connect merupankan perintah program untuk penyambungan antara komputer dengan PLC.
> Upload Program
Merupakan perintah untuk melihat isi program dalam PLC

> Down Load Program
Merupakan perintah untuk mentransfer program yang telah dibuat ke dalam PLC

> Run
Perintah untuk menjalankan program yang telah di tranfer ke PLC

> Stop
Perintah untuk menghentikan program yang sedang dijalankan di PLC

> Monitoring
Perintah untuk melihat kondisi pada saat PLC bekerja

UNTUK INSTRUKSI DASAR DAPAT ANDA BACA MATERI DIBLOG INI DENGAN JUDUL INSTRUKSI DASAR
sumber Drs. Widodo Sumbodo, MT
A beginner Guide to PLC

AKUMULATOR

KONTRUKSI AKUMULATOR
Gambar 1 di bawah ini memperlihatkan konstruksi sebuah akumulator timah hitam.

Gambar 1. Konstruksi Akumulator Timah Hitam
Bagian-bagian akumulator timah hitam dan fungsinya adalah sebagai berikut :
1. Rangka, berfungsi sebagai rumah akumulator.
2. Kepala kutub positif, berfungsi sebagai terminal kutub positif.
3. Penghubung sel, berfungsi untuk menghubungkan sel-sel.
4. Tutup Ventilasi, berfungsi menutup lubang sel..
5. Penutup, berfungsi untuk menutup bagian atas akumulator.
6. Plat-plat, berfungsi sebagai bidang pereaktor.
7. Plat negatif, terbuat dari Pb, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.
8. Plat positif, terbuat dari PbO2, berfungsi sebagai bahan aktif akumulator.
9. Ruang sedimen, berfungsi untuk menampung kotoran.
10. Plastik pemisah, berfungsi untuk memisahkan plat positif dan negatif.
11. Sel-sel.

Plat positif (PbO 2) berwarna coklat, sedangkan plat negatif berwarna abu-abu. Plat positif berjumlah kurang satu dari jumlah plat-plat negatif.
Luas bidang reaksi plat positif
L = 2.p.l.n.
L = luas bidang plat positif (cm2)
p = panjang plat positif (cm)
l = lebar plat positif (cm)
n = jumlah plat positif tiap-tiap sel

Kapasitas tiap cm2 plat positif = 0,03 sampai dengan 0,05 AH (ampere jam). Tiap sel akumulator timah hitam menghasilkan tegangan 2 volt.

PRINSIP KERJA AKUMULATOR TIMAH HITAM
Pada akumulator timah hitam terjadi proses elektrokimia yang bersifat reversible (dapat berbalikan) yaitu proses pengisian dan proses pengosongan. Setiap molekul cairan elektrolit asam sulfat (H2SO2) akan terurai menjadi ion positif hidrogen (2H+) dan ion negatif sulfat (SO4--). Tiap ion negatif sulfat akan bereaksi dengan katoda (Pb) menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil melepaskan dua elektron. Dua ion hidrogen (2H+) akan bereaksi dengan anoda (PbO2) menjadi timah sulfat (PbSO4) sambil mengambil dua elektron dan bersenyawa dengan atom oksigen membentuk H2O (mokekul air). Pengambilan dan pelepasan elektron dalam proses kimia ini akan menyebabkan timbulnya beda potensial antara katoda (kutub negatif) dan anoda (kutub positif).
Proses kimia di atas dapat dirumuskan sebagai berikut :
PbO2 + Pb + 2H2SO4 > PbSO4 + PbSO4 + 2H2O
(sebelum pengosongan) (setelah pengosongan)
Proses kimia ini terjadi dalam proses pengosongan akumulator timah hitam atau pada saat akumulator melayani beban. Setelah proses pengosongan, kedua plat negatif dan plat positif menjadi timah sulfat (PbSO4) dan cairan elektrolitnya menjadi cair (H2O), sehingga berat jenisnya akan berkurang.
Setelah mengalami pengosongan, agar dapat dipakai melayani beban maka akumulator harus diisi lagi dengan dialiri arus listrik DC. Pada proses pengisian akumulator dapat dirumuskan sebagai berikut :
PbSO2 + PbSO4 + 2H2O > PbO2 + Pb + 2H2SO4
Setelah proses pengisian, berat jenis cairan elektrolit akumulator akan
bertambah besar. Berat jenis larutan asam sulfat (asam belerang) H2SO4
sebelum pengisian adalah 1,190 gr/cm3 pada temperatur 15 oC (59 oF).
Setelah diisi penuh berat jenis elektrolitnya (asam sulfat) antara 1,205 – 1,215 gr/cm3.
Alat untuk mengukur berat jenis suatu larutan disebut hidrometer. Cara menggunakan hidrometer adalah dengan mencelupkan ujung pipa kacanya ke dalam larutan yang akan diukur berat jenisnya, kemudian dengan menekan bola karet dan kemudian melepaskannya, maka sejumlah larutan akan masuk ke dalam pipa kaca. Dengan demikian pelampung akan melayang dalam cairan dan besarnya berat jenis larutan tersebut sama dengan angka yang tepat terlihat pada permukaan larutan

LARUTAN ELEKTROLIT AKUMULATOR TIMAH HITAM
Larutan elektrolit adalah larutan senyawa dalam air yang dapat menghantarkan arus listrik dan menghasilkan ion-ion positif dan negatif. Larutan asam belerang (H2SO4) adalah elektrolit yang digunakan pada akumulator timah hitam. Larutan H2SO4 di dalam air dapat menghasilkan ion positif hidrogen (2H+) dan ion negatif sulfat (SO4 --).
Berat jenis larutan H2SO4 yang dibutuhkan untuk pengisian ke dalam sel akumulator timah hitam adalah 1,190 gr/cm3 pada temperatur 15oC (59oF). Berat jenis (BD) larutan H2SO4 dalam sel akumulator timah hitam kondisi terisi penuh adalah antara 1,205 sampai dengan 1,215 gr/cm3 pada temperatur 15oC (59oF).
Untuk membuat larutan asam belerang dengan berat jenis tertentu adalah dengan cara memasukkan air destilator (air akumulator) ke dalam bejana yang terbuat dari kaca atau plastik dengan volume tertentu. Selanjutnya campuran tersebut diaduk sampai larut dengan sempurna dengan menggunakan pengaduk plastik atau kayu yang bersih. Sebagai perbandingan dapat dilihat perbandingan antara asam belerang dan air akumulator untuk memperoleh larutan asam belerang dengan berat jenis tertentu pada Tabel 3 di bawah ini.
Tabel 3. Perbandingan antara air murni dan larutan asam belerang dengan berat jenis 1,400 gr/cm3 untuk memperoleh 1 liter elektrolit.
Berat jenis
elektrolit Banyaknya
air murni Banyaknya asam belerang
pada temperatur 15oC
(59oF)
(gr/cm3) (liter) (liter) (liter)
1,100 0,785 0,225 0,315
1,110 0,761 0,249 0,349
1,120 0,739 0,272 0,381
1,200 0,546 0,467 0,654
1,230 0,470 0,543 0,760
1,240 0,445 0,568 0,795
1,250 0,418 0,596 0,832
1,260 0,392 0,620 0,868

PENGISIAN AKUMULATOR TIMAH HITAM
Setelah mengalamai proses pengosongan (dipakai melayani beban) atau akumulator yang masih baru, maka akumulator tersebut harus diisi lagi yaitu dialiri arus listrik DC yang besarnya tertentu.
Pengisian akumulator timah hitam yang masih baru dilakukan setelah akumulator diisi dengan larutan asam belerang (H2SO4) yang mempunyai berat jenis 1,19 gr/cm3 sampai batas maksimum. Cara pengisian dengan arus listrik DC terdiri dari dua tahap, yaitu :
• Tahap pertama dengan arus pengisian antara (0,07 s/d 0,14) x C selama 36 sampai dengan 74 jam. C adalah besarnya kapasitas akumulator. Dalam tahap pertama ini jika tegangan tiap sel mencapai 2,3 volt, maka arus pengisian diturunkan ke tahap kedua.
• Tahap kedua dengan arus pengisian sebesar 0,07 x C ampere. Jika tegangan tiap sel mencapai 2,65 volt sampai dengan 2,70 volt, maka proses pengisian dihentikan. Temperatur elektrolit tidak melebihi 38oC.
Pengisian akumulator timah hitam yang sudah pernah dipakai dilakukan dengan arus pengisian o,2 x C ampere selam a minimal 4 jam atau jika tegangan tiap sel telah mencapai 2,35 volt sampai dengan 2,40 volt.
Pengisian akumulator yang terus menerus disambung ke beban dengan arus pengisian 0,5 mA sampai dengan 1 mA x C. Besarnya tegangan larutan 2,15 volt/sel sampai dengan 2,20 volt/sel.
Akumulator dalam keadaan penuh (setelah diisi penuh), cairan elektrolitnya mempunyai berat jenis 1,205 sampai dengan 1,215 gr/cm3. Arus pengisian selama proses pengisian diusahakan tetap. Jika arus pengisian melebihi 0,5 x C ampere, maka dapat merusakkan pekat akumulator, sebaliknya bila arus pengisian kurang dari 0,1 x C ampere, maka proses pengisian membutuhkan waktu yang terlalu lama.

Pemograman PLC dengan CONSOLE

Sebelum memulai memprogram PLC, ada baiknya kita pelajari lebih dahulu operasi-operasi mendasar dari keyboard (papan ketik) dan setting awal yang diperlukan.


CPU PLC dapat diset ke 3 Mode/posisi PROGRAM, MONITOR, atau RUN yang dapat dilihat dari tampilan Programming Console.
1. Mode PROGRAM digunakan untuk membuat program atau membuat modifikasi atau perbaikan ke program yang sudah ada. Pada mode ini kita dapat menuliskan program yang kita buat dan akan langsung disimpan di RAM oleh PLC. Kita juga dapat mengubah isi DM, memeriksa hubungan input dengan input device, memeriksa hubungan output dengan output device, dan lain-lain. Untuk posisi ini, kita perlu ekstra hati-hati sebab kesalahan operasional Programming Console dapat menyebabkan berubahnya program yang ada di dalam memori PLC.
2. Mode MONITOR digunakan untuk mengubah nilai setting dari counter dan timer ketika PLC sedang beroperasi. Pada mode ini kita dapat memonitoring program, kondisi/status output kontak, serta akan sangat membantu dalam pelacakan kesalahan sistem.
3. Mode RUN Digunakan untuk mengoperasikan/menjalankan program yang telah kita buat tanpa dapat mengubah nilai setting timer dan counter.

B. Mengenal Letak dan Fungsi Tombol Keyboard pada Programming Console
Sebelum memasukkan program yang kita buat ke dalam memori PLC dengan menggunakan Programming Console, terlebih dahulu akan kita pelajari letak dan fungsi tombol-tombol Keyboard pada Programming Console. Adapun letak tombol-tombol keyboard pada Programming Console adalah seperti gambar di bawah ini :

LETAK TOMBOL KEYBOARD

FUNGSI TOMBOL-TOMBOL
Berikut ini adalah fungsi dari masing-masing tombol yang ada pada keyboard Programming Console :


C. Input Password pada Programming Console
PLC mempunyai sebuah password (kata kunci) kontrol untuk mencegah akses yang tidak diauthorisasi ke programnya. PLC selalu memprompt untuk memasukkan password ketika daya listrik pertama kali dihubungkan atau setelah programming console dipasang saat PLC beroperasi. Pada saat itu tampilan di Layar monitor (LCD Display) adalah sebagai berikut :



Langkah selanjutnya adalah memasukkan input password dengan menekan tombol CLR dan MONTR.


Display pada programming console selanjutnya adalah :


Ini menunjukkan alamat program PLC (step program). Inilah yang selalu harus kita perhatikan saat akan melakukan operasional apa saja pada programming console. Dan setiap kali kita selesai memindahkan posisi kunci pada programming console, selalu ditampilkan pada layar :
atau
atau

tergantung dari posisi kunci selector Mode terakhir. Misalnya posisi kunci pertama pada PROGRAM, dan kemudian kita opindahkan ke posisi MONITOR, maka tampilan pada layar adalah :

Untuk itu kita diharuskan menekan tombol CLR sekali sampai pada layar tampil :


Jadi dapat dikatakan, setiap kali memindahkan posisi kunci pada programming console, kita harus menekan tombol input password, hingga tampilan menjadi seperti di atas. Ingatlah selalu langkah ini.



D. MENGHAPUS PROGRAM
Menghapus program dapat dilakukan baik CLEAR ALL, yang akan menghapus seluruh isi program dengan HR, CNT, dan DM, ataupun sebagian dari program saja (mulai dari address tertentu ataupun HR/CNT/DM ada yang dipertahankan.

1. Menghapus Seluruh Isi Program
Untuk menghapus semua isi program, dapat dilakukan dengan cara :
a. Pindahkan Selector Mode ke posisi PROGRAM
b. Tekan tombol CLR samapai terlihat 0000 yang ditampilkan pada programming console.

c. Kemudian Memori PLC akan dihapus setelah menekan tombol berikut :

d. Tampilan pada programming console selanjutnya adalah sebagai berikut :

e. Untuk memulai memasukkan program baru, tekanlah tombol CLR sehingga tampilan menjadi :





2. Menghapus Sebagian Program
Untuk menghapus sebagian isi program, dapat dilakukan dengan cara :
a. Pindahkan Selector Mode ke posisi PROGRAM
b. Tekan tombol CLR samapai terlihat 0000 yang ditampilkan pada programming console.

c. Kemudian Memori PLC akan dihapus setelah menekan tombol berikut :

d. Tampilan pada programming console selanjutnya adalah sebagai berikut :


e. Misalnya ingin mempertahankan data pada HR (pada dareah data ini tidak akan dihapus), maka setelah tampilan di atas tekan tombol HR, sehingga tampilan menjadi:

f. Selanjutnya tekan tombol MONTR, dan tampilan menjadi

g. Langkah terakhir adalah menekan tombol CLR.

4. Menghapus Baris Program
Untuk menghapus satu baris program saja, dapat dilakukan dengan cara :
a. Tampilkan dahulu pada layar programming console baris instruksi yang akan dihapus, misalnya OR 00005 pada alamat step program 00002.
b. Setelah tampil dilayar, tekanlah tombol DEL pada keyboard programming console.
c. Kemudian tekanlah tombol tanda panah ke atas
d. Tampilan pada layar akan muncul pesan DELETE END, yang menunjukkan bahwa anda telah menghapus baris instruksi OR 00005 pada alamat step program 00002.

E. MENULIS PROGRAM
Saat menulis program, PLC harus dalam mode . Tekanlah tombol pada Programming Console sesuai dengan Kode Mnemonic Program yang telah dibuat lalu tekan tombol WRITE, agar tersimpan dalam RAM CPU-PLC. Jika telah selesai memasukkan baris-baris instruksi program dan sampai pada akhir program, maka program harus diakhiri dengan instruksi END. Jika tombol END tidak ada, maka pada Programming console pasti ada tombol FUN. Untuk mengakhiri program, tekan tombol FUN kemudian tekan angka 01, maka pada layar yang tampil adalah END(01). Jadi Instruksi END adalah merupakan instruksi sebuah fungsi yaitu FUN (01).

Contoh :
Misalnya kita mempunyai program dengan Kode Mnemonic sebagai berikut :
ALAMAT INSTRUKSI DATA OPERANDS
00000 LD 00001 WRITE
00001 OR 01000 WRITE
00002 AND NOT 00002 WRITE
00003 OUT 01000 WRITE
00004 END (01) WRITE

Cara menuliskan program tersebut adalah sebagai berikut :

Tampilan pertama kali harus :

Ini menunjukkan alamat step program = 00000, dan selanjutnya kita diharuskan menekan :
Dan alamat step program akan naik menjadi 00001, kemudian masukkan instruksi :

Pada alamat step program berikutnya yaitu 00002, masukkan instruksi :
Setelah alamat step program menjadi 00004, masukkan instruksi :
Dan untuk memasukkan END (01) pada alamat step program 00004


MOHON MAAF JIKA TULISAN INI Kurang BAIK DALAM PENULISANNYA

dasar konsep listrik

1. Atom dan elektron
Kita potong-potong suatu benda padat, misalnya tembaga, kedalam bagian-bagian yang selalu lebih kecil, dengan demikian maka pada akhirnya kita dapatkan suatu atom. Kata atom berasal dari bahasa Yunani dan berarti “tidak dapat dibagi”.
Dalam beberapa waktu kemudian barulah dapat ditemukan buktinya melalui percobaan, bahwa benda padat tersusun atas atom. Dari banyak hasil percobaan ahli fisika seperti Rutherford dan Bohr menarik kesimpulan, bahwa suatu atom harus tersusun mirip seperti sistim tata surya kita (gambar 1.1).

Gambar 1.1 Model sistim tata surya


Dari gambaran model ini atom terdiri atas matahari sebagai inti atom dan disekitar inti pada lintasan berbentuk lingkaran atau ellips beredar planet sebagai elektron-elektron. Lintasannya mengelilingi inti dan membentuk sesuatu yang disebut dengan kulit elektron (gambar 1.2).

Gambar 1.2 Model atom

Elektron-elektron pada kulit terluar disebut elektron valensi, mereka terletak paling jauh dari inti dan oleh karena itu paling baik untuk dipengaruhi dari luar.


2. Muatan listrik - Pembawa muatan
Elektron mengelilingi inti atom dengan kecepatan yang sangat tinggi (kira-kira 2200 km/det.). Pada gerakan melingkar, meski berat elektron tidak seberapa, maka disini harus bertindak suatu gaya sentrifugal yang relatip besar, yang bekerja dan berusaha untuk melepaskan elektron keluar dari lintasannya. Sekarang tenaga apakah yang menahan elektron tetap pada lintasannya mengitari inti ?
Tenaga yang menahan bumi tetap pada lintasannya adalah grafitasi. Grafitasi antara elektron-elektron dan inti atom belum mencukupi, sebagaimana terbukti secara perhitungan, dan tidak dapat menahan elektron-elektron yang terjauh untuk tetap pada lintasannya. Oleh karena itu disini harus bertindak suatu tenaga lain, yaitu tenaga listrik.

Diantara inti atom dan elektron terdapat tenaga listrik.
Tenaga listrik semacam ini sederhana membuktikannya. Kita gosokkan penggaris mika (bahan sintetis/plastik) dengan suatu kain wol, maka pada bahan ini bekerja suatu gaya tarik terhadap kertas, yang pada prinsipnya lebih besar daripada tenaga grafitasi.
Yang bertanggung jawab terhadap tenaga listrik kita sebut muatan listrik.

Terhadap inti atom, elektron bersifat menjalankan suatu tenaga listrik. Jadi elektron memiliki muatan listrik. Kita katakan elektron sebagai suatu pembawa muatan.
Oleh karena inti atom juga mempunyai sifat menjalankan tenaga listrik, maka inti atom juga mempunyai muatan listrik.
Hal ini terbukti bahwa elektron-elektron tidak saling tarik-menarik, melainkan tolak-menolak. Demikian pula tingkah laku inti atom (gambar 1.3).

Gambar 1.3 Efek dinamis antara: a) inti atom dan elektron
b) elektron-elektron
c) inti-inti atom

Oleh karena elektron-elektron saling tolak-menolak, inti atom dan elektron saling tarik-menarik, maka inti atom harus berbeda muatan dengan elektron, artinya membawa suatu jenis muatan yang berbeda dengan muatan elektron.
Muatan inti atom dinamakan muatan positip dan muatan elektron dinamakan muatan negatip. Dengan demikian untuk muatan listrik berlaku :

Muatan-muatan yang sama saling tolak-menolak, muatan-muatan yang berbeda saling tarik-menarik.

Gambar 1.4 Efek dinamis muatan-muatan listrik

2.1. Atom netral - Susunan atom
Atom hidrogen memperlihatkan susunan yang paling sederhana. Terdiri atas sebuah elektron dan sebuah proton (biasa disebut inti atom).
Elektron sebagai pembawa muatan listrik terkecil dinamakan muatan elementer.

Elektron adalah pembawa muatan elementer negatip, proton merupakan pembawa muatan elementer positip.

Gambar 1.5 Gambar skema atom:
a) atom hidrogen
b) atom karbon

Muatan elementer negatip elektron sama besarnya dengan muatan elementer positip proton. Oleh karenanya muatan-muatan atom memiliki pengaruh yang persis sama. Atom secara listrik bersifat netral.

Atom netral terdiri atas muatan positip yang sama banyaknya dengan muatan negatip.

Atom karbon misalnya memiliki 6 elektron dan juga 6 proton. Selain proton inti atom juga mengandung bagian yang secara listrik bersifat netral, yang biasa disebut dengan netron. Proton dan netron menentukan berat atom yang sebenarnya .
Atom yang lain semuanya berjumlah 103 buah dengan susunan yang hampir sama. Pembagian elektron pada lintasan elektron berdasarkan pada aturan tertentu. Namun jumlah elektron tetap selalu sama dengan jumlah proton.
2.2. Ion
Atom kehilangan sebuah elektron, dengan demikian maka atom tersebut memiliki lebih banyak muatan positipnya daripada muatan negatip. Atom yang secara utuh bermuatan positip, melaksanakan suatu reaksi listrik, yaitu menarik muatan negatip.
Atom yang ditambah/diberi sebuah elektron, maka secara utuh dia bermuatan negatip dan menarik muatan positip.
Atom yang bermuatan seperti ini sebaliknya dapat juga menarik muatan yang berbeda, berarti atom tersebut bergerak. Atas dasar inilah maka atom seperti ini dinamakan ion (ion = berjalan, bhs. Yunani).

Atom bermuatan positip maupun negatip atau kumpulan atom disebut ion.

Gambar 1.6
Skema pembentukan ion

Dapat disimpulkan bahwa :

Kelebihan elektron menghasilkan muatan negatip, kekurangan elektron menghasilkan muatan positip.



3. Arus listrik

Arus listrik pada dasarnya merupakan gerakan muatan secara langsung.


Pembawa muatan dapat berupa elektron-elektron maupun ion-ion.
Arus listrik hanya dapat mengalir pada bahan yang didalamnya tersedia pembawa muatan dengan jumlah yang cukup dan bebas bergerak.


3.1. Penghantar, bukan penghantar, semi penghantar

3.1.1. Penghantar - Mekanisme penghantar

Bahan yang memiliki banyak pembawa muatan yang bebas bergerak dinamakan penghantar.

Kita bedakan antara :
Penghantar elektron
Yang termasuk didalamnya yaitu logam seperti misalnya tembaga, alumunium, perak, emas, besi dan juga arang.
Atom logam membentuk sesuatu yang disebut struktur logam. Dimana setiap atom logam memberikan semua elektron valensinya (elektron-elektron pada lintasan terluar) dan juga ion-ion atom positip.

Gambar 1.7
Kisi-kisi ruang suatu logam dengan awan elektron


Ion-ion menempati ruang dengan jarak tertentu serta sama antara satu dengan yang lain dan membentuk sesuatu yang disebut dengan kisi-kisi ruang atau pola geometris atom-atom (gambar 1.7).
Elektron-elektron bergerak seperti suatu awan atau gas diantara ion-ion yang diam dan oleh karenanya bergerak relatip ringan didalam kisi-kisi ruang.
Elektron tersebut dikenal sebagai elektron bebas. Awan elektron bermuatan negatip praktis termasuk juga didalamnya ion-ion atom yang bermuatan positip.
Sepotong tembaga dengan panjang sisinya 1 cm memiliki kira-kira 1023 (yaitu satu dengan 23 nol) elektron bebas. Melalui tekanan listrik dengan arah tertentu, yang dalam teknik listrik dikenal sebagai tegangan, elektron-elektron bebas dalam penghantar digiring melalui kisi-kisi (gb. 1.8). Dengan demikian elektron-elektron penghantar mentransfer muatan negatipnya dengan arah tertentu. Biasa disebut sebagai arus listrik.

Dapat disimpulkan bahwa :

Arus listrik (arus elektron) dalam suatu penghantar logam adalah merupakan gerakan elektron bebas pada bahan penghantar dengan arah tertentu. Gerakan muatan tidak mengakibatkan terjadinya perubahan karakteristik bahan.

Gambar 1.8
Mekanisme penghantar logam

Kecepatan arus tergantung pada rapat arus (lihat bagian 3.6). Penghantar logam dengan beban biasa maka kecepatan elektronnya hanya sebesar  3 mm/detik, tetapi gerakan elektron tersebut menyebarkan impuls tumbukan mendekati dengan kecepatan cahaya c=300.000 km/detik. Oleh karenanya dibedakan disini antara kecepatan impuls dan kecepatan elektron.


Contoh :
a) Berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh elektron pada suatu penghantar kawat untuk kembali ke tempatnya semula ? Panjang kawat =1200 m dengan kecepatan sedang =3 mm/s
b) Berapa lama waktu yang dibutuhkan impuls untuk jarak yang sama ?

Jawaban : a) Kecepatan: ; Waktu:

b)


Penghantar ion
Termasuk disini yaitu elektrolit (zat cair yang menghantarkan arus), peleburan (misal peleburan alumunium) dan ionisasi gas. Sebagai pembawa muatan dalam hal ini adalah ion positip dan ion negatip. Biasa disebut sebagai arus ion.

Arus listrik (arus ion) didalam suatu elektrolit, peleburan atau ionisasi gas adalah merupakan gerakan terarah ion-ion bahan/zat cair. Dalam hal ini termasuk juga sebagai transfer bahan/zat.

3.1.2. Bukan penghantar

Bahan yang hanya memiliki sedikit pembawa muatan dan terikat dalam molekul tersendiri, dinamakan bahan bukan penghantar.

Termasuk dalam hal ini yaitu bahan padat, seperti bahan sintetis, karet, kaca, porselen, lak, kertas, sutera, asbes, dan zat cair, seperti air murni, oli, fet, dan juga ruang hampa termasuk disini gas (juga udara) dengan aturan tertentu. Bahan-bahan tersebut sebagian juga dikenal sebagai bahan isolasi, dengan demikian maka dapat mengisolasi bahan yang berarus listrik.

3.1.3. Semi penghantar

Semi penghantar adalah bahan yang setelah mendapat pengaruh dari luar maka elektron valensinya lepas dan dengan demikian mampu menghantarkan listrik.

Termasuk disini yaitu silisium, selenium, germanium dan karbon oksida.

Pada temperatur rendah, elektron valensi bahan tersebut terikat sedemikian rupa sehingga tidak ada elektron bebas didalam kisi-kisi. Jadi dalam hal ini dia bukan sebagai bahan penghantar.
Melalui pemanasan, sebagian elektron terlepas dari lintasannya, dan menjadi elektron yang bergerak dengan bebas. Dengan demikian maka menjadi suatu penghantar. Juga melalui pengaruh yang lainnya, seperti misalnya cahaya dan medan magnit mengakibatkan perubahan sifat kelistrikan bahan semi penghantar.

Gambar 1.9
Model suatu rangkaian arus



3.2. Rangkaian listrik
Peralatan listrik secara umum disebut sebagai beban/pemakai, terhubung dengan sumber tegangan melalui suatu penghantar, yang terdiri atas dua buah penghantar, yaitu penghantar masuk dan penghantar keluar (gambar 1.9). Penanggung jawab adanya arus yaitu elektron-elektron bebas, bergerak dari pembangkit tegangan kembali ke tempatnya semula melalui jalan yang tertutup, yang biasa disebut sebagai rangkaian arus.

Rangkaian arus listrik sederhana terdiri atas pembangkit tegangan, beban termasuk disini kabel penghubung (penghantar masuk dan penghantar keluar).

Untuk diketahui bahwa :

Arus listrik hanya dapat mengalir dalam suatu rangkaian penghantar tertutup.

Dengan memasang sebuah saklar pada rangkaian, arus listrik dapat dihubung atau diputus sesuai keinginan.
Gambar secara nyata suatu rangkaian arus sebagaimana ditunjukkan diatas terlihat sangat rumit, dalam praktiknya digunakanlah skema dengan normalisasi simbol yang sederhana, yang biasa dikenal sebagai diagram rangkaian. Skema menjelaskan hubungan antara komponen-komponen yang ada pada suatu rangkaian.

Gambar 1.10
Skema rangkaian arus sederhana



3.3. Arah arus

3.3.1. Arah arus elektron
Kita buat suatu rangkaian arus listrik tertutup, dengan demikian didapatkan suatu proses sebagai berikut :
Pada kutub negatip pembangkit tegangan (kelebihan elektron), elektron bebas pada ujung penghantar didorong menuju beban. Pada kutub positip (kekurangan elektron) elektron bebas pada ujung penghantar yang lain tertarik. Dengan demikian secara umum terjadi arus elektron dengan arah tertentu.

Gambar 1.11 Arah arus elektron

Arus elektron mengalir dari kutub negatip pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub positip.

3.3.2. Arah arus secara teknik
Pengetahuan teori elektron zaman dulu menduga bahwa sebagai penanggung jawab terhadap mekanisme penghantaran didalam logam adalah pembawa muatan positip dan oleh karenanya arus mengalir dari kutub positip melalui beban menuju kutub negatip. Jadi berlawanan dengan arus elektron yang sebenarnya sebagaimana diutarakan dimuka. Meskipun pada saat ini telah dibuktikan adanya kekeliruan anggapan pada mulanya, namun didalam teknik listrik untuk praktisnya anggapan arah arus tersebut tetap dipertahankan. Sehingga ditemui adanya perbedaan antara arah arus elektron terhadap arah arus secara teknik atau secara umum juga disebut arah arus.

Arus listrik mengalir dari kutub positip pembangkit tegangan melalui beban menuju kutub negatip.

Gambar 1.12 Arah arus elektron dan
Arah arus secara teknik



3.4. Kuat arus
Semakin banyak elektron-elektron yang mengalir melalui suatu penghantar dalam tiap detiknya, maka semakin besar pula kekuatan arus listriknya, biasa disebut kuat arus.
Arus sebanyak 6,24 triliun elektron (6,24 • 1018) tiap detik pada luas penampang penghantar, maka hal ini dikenal sebagai kuat arus 1 Ampere.

Dengan demikian dapat dikatakan :



Ampere adalah satuan dasar yang sah untuk kuat arus listrik

Sudah menjadi kebiasaan dalam keteknikan, supaya lebih sederhana maka besaran-besaran teknik seperti misalnya kuat arus diganti dengan simbol formula dan demikian pula untuk simbol nama satuan (simbol satuan).
Simbol formula untuk kuat arus adalah I
Simbol satuan untuk Ampere adalah A
Pembagian dan kelipatan satuan :

1 kA = 1 Kiloampere = 1000 A = 103 A
1 mA = 1 Milliampere = 1/1000 A = 10-3 A
1 A = 1 Mikroampere = 1/1000000 A = 10-6 A
Pada “undang-undang tentang besaran dalam hal pengukuran” sejak 2 Juli 1969 kuat arus listrik ditetapkan sebagai besaran dasar dan untuk satuan dasar 1 Ampere didefinisikan dengan bantuan reaksi tenaga arus tersebut
Kuat arus dalam teknik listrik berkisar pada jarak yang sangat luas :
Lampu pijar : 100 s.d. 1000 mA
Motor listrik : 1 sampai 1000 A
Peleburan : 10 s.d. 100 kA
Pesawat telepon : beberapa A

3.5. Muatan listrik
Jumlah muatan elementer (biasanya pada peristiwa kelistrikan turut serta bermilyar-milyar elektron dan dengan demikian berarti muatan elementer) menghasilkan suatu muatan listrik tertentu (simbol formula ).
Satuan muatan listrik ditetapkan 1 Coulomb (simbol C). Dalam hal ini berlaku :

1 C = 6,24 . 1018 muatan elementer

Sebelumnya telah dijelaskan bahwa




berarti : Kuat arus


Kita uraikan persamaan tersebut kedalam , sehingga menjadi = I . t
Dengan demikian faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya muatan listrik ditentukan oleh arus I dan waktu t.
Dalam pada itu kita pasang arus I dalam A dan waktu t dalam s, sehingga diperoleh satuan muatan listrik adalah 1 As, yang berarti sama dengan 1 C.

1 Coulomb = 1 Ampere sekon

1 C = 1 As
Contoh :
Sebuah aki mobil diisi dengan 2,5 A.
Berapa besarnya muatan listrik aki tersebut setelah waktu pengisian berlangsung selama 10 jam ?

Jawaban :
= I . t
= 2,5 A . 10 h = 25 Ah = 25 A . 3600 s = 90.000 As = 90.000 C

3.6 Rapat arus didalam penghantar

Percobaan :
Kawat konstantan diameter 0,2 mm dan kawat konstantan lain diameter 0,4 mm salah satu ujungnya dikopel, kedua ujung yang lain dihubungkan ke auto trafo. Arus dinaikkan sedikit demi sedikit hingga kawat mulai membara.

Gambar 1.13 Arus pada penghantar dengan luas penampang berbeda


Kawat dengan luas penampang kecil telah membara, sementara itu kawat yang luas penampangnya besar masih belum memperlihatkan reaksi panas.
Meskipun pada kedua kawat mengalir arus yang sama, penghantar dengan luas penampang kecil panasnya lebih kuat. Jadi untuk pemanasan kawat tidak hanya dipengaruhi oleh arus saja tetapi juga oleh luas penampang kawat. Semakin rapat dorongan arus didalam penghantar, semakin keras pula tumbukan yang terjadi antara elektron dengan ion-ion atom, maka pemanasannya menjadi lebih kuat. Pemanasan penghantar praktis tergantung pada kerapatan arus. Dari sinilah digunakan istilah rapat arus (simbol S).




Rapat arus
I Arus dalam A
A Luas penampang dalam mm2
S Rapat arus dalam A/mm2

Satuan rapat arus oleh karenanya adalah A/mm2

Pada penentuan penghantar logam, kumparan dan komponen-komponen lain yang berhubungan dengan pemanasan yang diijinkan pada komponen tersebut maka rapat arus merupakan suatu besaran konstruksi yang penting.

Contoh :
Sebuah penghantar tembaga dengan luas penampang 2,5 mm2 sesuai PUIL boleh dibebani dengan 16 A.
Berapa besarnya rapat arus pada penghantar tersebut ?

Jawaban : A/mm2


Gambar 1.14 Grafik arus searah


3.7. Macam-macam arus
Secara prinsip dibedakan antara arus searah, arus bolak-balik dan arus bergelombang (undulatory current).

Arus searah
Tegangan yang bekerja pada rangkaian arus tertutup selalu dengan arah yang sama, maka arus yang mengalir arahnya juga sama. Biasa disebut dengan arus searah (simbol normalisasi :  ).
Arus searah adalah arus listrik yang mengalir dengan arah dan besar yang tetap/konstan.

Berarti bahwa pembawa muatannya bergerak dengan arah tertentu.

Grafik arus fungsi waktu (grafik garis)
Besarnya arus pada saat yang berbeda diperlihatkan pada suatu grafik (grafik arus fungsi waktu). Untuk maksud ini sumbu horisontal sebagai waktu (misal 1s, 2s, 3s dst.) dan sumbu vertikal sebagai arusnya (misal 1A, 2A, 3A dst.)
Besarnya arus yang sekarang ditetapkan pada 1, 2 atau 3 sekon, untuk masing-masing waktu yang berlaku ditarik garis lurus keatas atau kebawah (lihat gambar 1.14). Kita hubungkan titik yang sesuai dengan suatu garis, dengan demikian maka didapatkan suatu grafik arus fungsi waktu (grafik garis). Gambar grafik seperti ini dapat dibuat secara jelas dengan suatu oscilloscope.

Arus bolak-balik
Tegangan pada suatu rangkaian arus, arahnya berubah-ubah dengan suatu irama/ritme tertentu, dengan demikian maka arah dan besarnya arus selalu berubah-ubah pula. Biasa disebut arus bolak-balik (simbol normalisasi :  ).

Arus bolak-balik adalah arus yang secara periodik berubah-ubah baik arah maupun besarnya.

Berarti bahwa elektron bebasnya bergerak maju dan mundur.

Gambar 1.15
Grafik arus bolak-balik


Disini pada arus bolak-balik, sebagaimana digunakan didalam praktik, arahnya selalu berubah-ubah (misalnya 50 kali tiap sekon), elektron-elektron didalam penghantar kawat hanya sedikit berayun/bergerak maju dan mundur.

Arus bergelombang
Suatu arus yang besarnya selalu berubah, tetapi arah arus tersebut tetap konstan, maka dalam hal ini berhubungan dengan suatu arus yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian yang lain berupa arus bolak-balik. Biasa disebut sebagai arus bergelombang (undulatory current).

Arus bergelombang adalah suatu arus yang terdiri atas sebagian arus searah dan sebagian arus bolak-balik.

Salah satu bentuk lain dari arus bergelombang yang sering ditemukan dalam praktik yaitu berupa pulsa arus searah (lihat gambar 1.16a)




3.8. Reaksi arus listrik
Arus hanya dapat diketahui dan ditetapkan melalui reaksi atau efek yang ditimbulkannya.

Reaksi panas

Arus listrik selalu memanasi penghantarnya.

Didalam kawat logam misalnya, elektron-elektron saling bertumbukan dengan ion-ion atom, bersamaan dengan itu elektron tersebut memberikan sebagian energi geraknya kepada ion-ion atom dan memperkuat asutan panas ion-ion atom, yang berhubungan dengan kenaikan temperatur.
Penggunaan reaksi panas arus listrik ini misalnya pada open pemanas, solder, kompor, seterika dan sekering lebur.

Reaksi cahaya
Pada lampu pijar reaksi panas arus listrik mengakibatkan kawat membara dan dengan demikian menjadi bersinar, artinya sebagai efek samping dari cahaya.

Gas seperti neon, argon atau uap mercury dipicu/diprakarsai oleh arus listrik sehingga menjadi bersinar.

Reaksi cahaya secara langsung ini ditemukan pada penggunaan tabung cahaya, lampu mercury, lampu neon dan lampu indikator (negative glow lamp).

Reaksi kemagnitan

Percobaan :
Suatu magnit jarum diletakkan dekat dengan penghantar yang berarus.

Gambar 1.17
Reaksi kemagnitan arus listrik

Perhatikan : Jarum magnit disimpangkan !

Arus listrik selalu membangkitkan medan magnit.
Medan magnit melaksanakan suatu tenaga tarik terhadap besi. Medan magnit saling berpengaruh satu sama lain dan saling tolak-menolak atau tarik-menarik.
Penggunaan reaksi kemagnitan seperti ini misalnya pada motor listrik, speaker, alat ukur, pengangkat/kerekan magnit, bel, relay dan kontaktor.

Reaksi kimia arus listrik

Percobaan :
Dua buah kawat dihubungkan ke sumber tegangan arus searah (misalnya akkumulator) dan ujung-ujung yang bersih dimasukkan kedalam bejana berisi air, yang sedikit mengandung asam (misalnya ditambah asam belerang)

Gambar 1.18
Reaksi kimia arus listrik


Pada kedua kawat terbentuk gas-gas yang naik keatas. Hal tersebut berhubungan dengan hidrogen dan oksigen. Hidrogen dan oksigen merupakan unsur-unsur kimia dari air. Jadi air terurai dengan perantaraan arus listrik.

Arus listrik menguraikan zat cair yang bersifat penghantar.

Penggunaan reaksi kimia arus listrik yaitu dapat ditemukan pada elektrolisa, pada galvanisasi, pada pengisian akkumulator.

Reaksi pada makhluk hidup
Dengan persyaratan tertentu, misalkan seseorang menyentuh dua buah penghantar listrik tanpa isolasi, maka arus dapat mengalir melalui tubuh manusia. Arus listrik tersebut membangkitkan atau bahkan menimbulkan “sentakan/sengatan listrik”
Pada penyembuhan secara listrik, arus digunakan untuk memberikan kejutan listrik (electro shock).


4. Tegangan listrik
Elektron-elektron untuk bergeraknya memerlukan suatu mesin penggerak, yang mirip dengan sebuah pompa, dimana pada salah satu sisi rangkaian listrik elektron-elektronnya “didorong kedalam”, bersamaan dengan itu pada sisi yang lain “menarik” elektron-elektron. Mesin ini selanjutnya disebut sebagai pembangkit tegangan atau sumber tegangan.
Dengan demikian pada salah satu klem dari sumber tegangan kelebihan elektron (kutub ), klem yang lainnya kekurangan elektron (kutub ). Maka antara kedua klem terdapat suatu perbedaan penempatan elektron. Keadaan seperti ini dikenal sebagai tegangan (lihat gambar 1.19).

Tegangan listrik U adalah merupakan perbedaan penempatan elektron-elektron antara dua buah titik.

Gambar 1.19 Sumber tegangan


Satuan SI yang ditetapkan untuk tegangan adalah Volt
Simbol formula untuk tegangan adalah U
Simbol satuan untuk Volt adalah V

Pembagian dan kelipatan satuan :

1 MV = 1 Megavolt = 1000000 V = 106 V
1 kV = 1 Kilovolt = 1000 V = 103 V
1 mV = 1 Millivolt = 1/1000 V = 10-3 V
1 V = 1 Mikrovolt = 1/1000000 V = 10-6 V
Ketetapan satuan SI untuk 1V didefinisikan dengan bantuan daya listrik.
Pada rangkaian listrik dibedakan beberapa macam tegangan, yaitu tegangan sumber dan tegangan jatuh (lihat gambar 1.20).

Gambar 1.20 Tegangan sumber dan tegangan jatuh pada suatu rangkaian


Tegangan sumber (simbol Us) adalah tegangan yang dibangkitkan didalam sumber tegangan.

Dan dengan demikian maka tegangan sumber merupakan penyebab atas terjadinya aliran arus.
Tegangan sumber didistribusikan ke seluruh rangkaian listrik dan digunakan pada masing-masing beban. Serta disebut juga sebagai : "Tegangan jatuh pada beban."
Dari gambar 1.20, antara dua titik yang manapun pada rangkaian arus, misal antara titik 1 dan 2 atau antara titik 2 dan 3, maka hanya merupakan sebagian tegangan sumber yang efektip. Bagian tegangan ini disebut tegangan jatuh atau tegangan saja.

Tegangan jatuh atau secara umum tegangan (simbol U) adalah tegangan yang digunakan pada beban.


4.1. Potensial
Kita tempatkan elektron-elektron pada bola logam berlawanan dengan bumi, maka antara bola dan bumi terdapat perbedaan penempatan elektron-elektron, yang berarti suatu tegangan.

Tegangan antara benda padat yang bermuatan dengan bumi atau titik apa saja yang direkomendasi disebut potensial (simbol : ).
Satuan potensial adalah juga Volt. Tetapi sebagai simbol formula untuk potensial digunakan huruf Yunani  (baca : phi).
Bumi mempunyai potensial  = 0 V.

Gambar 1.21 Potensial

Potensial bola menjadi positip terhadap bumi, jika elektron-elektron bola diambil (misal 1 = +10 V, lihat gambar 1.21).
Potensial bola menjadi negatip terhadap bumi, jika ditambahkan elektron-elektron pada bola (misal 2 = 3 V).

Potensial selalu mempunyai tanda.

Jika suatu bola 1 = +10 V dan yang lain 2 = 3 V (gambar 1.21), maka antara dua buah bola tersebut terdapat suatu perbedaan penempatan elektron-elektron dan dengan demikian maka besarnya tegangan dapat ditentukan dengan aturan sebagai berikut :
U = 1  2 = +10 V (3 V) = +10 V + 3 V = 13 V
Dalam hal ini bola bermuatan positip dibuat dengan tanda kutub plus dan bola bermuatan negatip dengan kutub minus.

Gambar 1.22 Potensial dan tegangan


Suatu tegangan antara dua buah titik dinyatakan sebagai perbedaan potensial titik-titik tersebut.
Tegangan = perbedaan potensial (potensial difference)

Contoh :
Dua buah titik pada suatu rangkaian arus terdapat potensial 1 = +10 V dan 2 = +5 V.
Berapa besarnya tegangan antara kedua titik tersebut ?

Jawaban : U = 1  2 = 10 V  5 V = 5 V


4.2. Arah tegangan
Tegangan selalu mempunyai arah reaksi tertentu, yang dapat digambarkan melalui suatu anak panah tegangan. Normalisasi anak panah tegangan untuk arah tegangan positip ditunjukkan dari potensial tinggi (misalnya kutub plus) menuju ke potensial rendah (misal kutub minus), dalam hal ini memperlihatkan potensial tingginya adalah positip dan potensial rendahnya adalah negatip.

Contoh :
Pada gambar 1.23 diberikan bermacam-macam potensial. Bagaimana arah masing-masing tegangan ?

Gambar 1.23 Anak panah tegangan pada potensial yang diberikan


Untuk menentukan rangkaian arus sangatlah tepat menggunakan normalisasi ketetapan arah tersebut.
Pada pelaksanaan praktiknya hal ini berarti :
Anak panah tegangan untuk sumber tegangan adalah mengarah dari kutub plus menuju ke kutub minus.
Anak panah tegangan untuk tegangan jatuh adalah searah dengan arah arus secara teknik, disini arus selalu mengalir dari potensial tinggi menuju ke potensial rendah (gambar 1.24).


5. Tahanan listrik (Resistor)
Gerakan pembawa muatan dengan arah tertentu di bagian dalam suatu penghantar terhambat oleh terjadinya tumbukan dengan atom-atom (ion-ion atom) dari bahan penghantar tersebut. "Perlawanan" penghantar terhadap pelepasan arus inilah disebut sebagai tahanan (gambar 1.25).

Gambar 1.25 Gerakan elektron didalam penghantar logam


Satuan SI yang ditetapkan untuk tahanan listrik adalah Ohm.
Simbol formula untuk tahanan listrik adalah R
Simbol satuan untuk Ohm yaitu  (baca: Ohm).  adalah huruf Yunani Omega.
Satuan SI yang ditetapkan 1  didefinisikan dengan aturan sbb. :
1 Ohm adalah sama dengan tahanan yang dengan perantaraan tegangan 1 V mengalir kuat arus sebesar 1 A.

Pembagian dan kelipatan satuan :

1 M = 1 Megaohm = 1000000  = 106 
1 k = 1 Kiloohm = 1000  = 103 
1 m = 1 Milliohm = 1/1000  = 10-3 


5.1. Tahanan jenis (spesifikasi tahanan)

Percobaan :
Penghantar bermacam-macam bahan (tembaga, alumunium, besi baja) dengan panjang dan luas penampang sama berturut-turut dihubung ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.

Percobaan memperlihatkan bahwa besarnya arus listrik masing-masing bahan berlawanan dengan tahanannya. Tahanan ini tergantung pada susunan bagian dalam bahan yang bersangkutan (kerapatan atom dan jumlah elektron bebas) dan disebut sebagai tahanan jenis (spesifikasi tahanan).

Gambar 1.26
Perbandingan tahanan suatu penghantar:
a) Tembaga
b) Alumunium
c) Besi baja
Simbol formula untuk tahanan jenis adalah  (baca: rho).  adalah huruf abjad Yunani.
Untuk dapat membandingkan bermacam-macam bahan, perlu bertitik tolak pada kawat dengan panjang 1 m dan luas penampang 1 mm2, dalam hal ini tahanan diukur pada suhu 20 OC.

Tahanan jenis suatu bahan penghantar menunjukkan bahwa angka yang tertera adalah sesuai dengan nilai tahanannya untuk panjang 1 m, luas penampang 1 mm2 dan pada temperatur 20 OC

Satuan tahanan jenis adalah

Sebagai contoh, besarnya tahanan jenis untuk :
tembaga  = 0,0178 .mm2/m
alumunium  = 0,0278 .mm2/m
perak  = 0,016 .mm2/m

Untuk nilai yang lain dapat dilihat pada tabel (lihat lampiran 1)


5.2. Tahanan listrik suatu penghantar

Percobaan :
Bermacam-macam penghantar berturut-turut dihubungkan ke sumber tegangan melalui sebuah ampermeter dan masing-masing kuat arus (simpangan jarum) diperbandingkan.

a) Panjang penghantar berbeda

Gambar 1.27 Rangkaian arus dengan panjang penghantar berbeda

b) Luas penampang berbeda

Gambar 1.28 Rangkaian arus dengan luas penampang penghantar berbeda

c) Bahan penghantar berbeda

Gambar 1.29 Rangkaian arus dengan bahan penghantar berbeda

Dari percobaan diatas terlihat bahwa :
Tahanan listrik suatu penghantar R semakin besar,
a) jika penghantar l semakin panjang
b) jika luas penampang A semakin kecil
c) jika tahanan jenis  semakin besar.

Ketergantungan tahanan terhadap panjang penghantar dapat dijelaskan disini, bahwa gerakan elektron didalam penghantar yang lebih panjang mendapat rintangan lebih kuat dibanding pada penghantar yang lebih pendek.
Dalam hal jumlah elektron-elektron yang bergerak dengan jumlah sama, maka pada penghantar dengan luas penampang lebih kecil terjadi tumbukan yang lebih banyak, berarti tahanannya bertambah.
Bahan dengan tahanan jenis lebih besar, maka jarak atomnya lebih kecil dan jumlah elektron-elektron bebasnya lebih sedikit, sehingga menghasilkan tahanan listrik yang lebih besar.
Ketergantungan tahanan listrik tersebut dapat diringkas dalam bentuk rumus sebagai berikut :



Ditulis dengan simbol formula :


Tahanan penghantar
R tahanan penghantar dalam 
 tahanan jenis dalam .mm2/m
l panjang penghantar dalam m
A luas penampang dalam mm2

Persamaan diatas dapat ditransfer kedalam bermacam-macam besaran.
Dengan demikian secara perhitungan dimungkinkan juga untuk menentukan panjang penghantar, tahanan jenis dan luas penampang.


Panjang penghantar



Tahanan jenis



Luas penampang


Melalui penempatan satuan kedalam persamaan tahanan jenis, maka diperoleh satuan tahanan jenis.

MOHON MAAF JIKA TULISAN INI KURANG SEMPURNA!!!!