Kendali motor dengan PLC: interlock perangkat keras dan masukan gagal-aman

Mesin cuci industri di sebuah laundry komersial berhenti mendadak di tengah siklus bilas. Teknisi memeriksa panel dan menemukan kabel masukan ke PLC terlepas dari terminal. Masukan itu adalah izin jalan berkontak NC, sehingga PLC membacanya sebagai logika 0 dan program menahan keluaran kontaktor. Motor berhenti karena syarat di program, bukan karena rangkaian daya terputus, dan sejauh ini tampak aman. Namun ketika kabel disambung kembali, motor langsung berputar karena memori jalan di program tidak pernah direset; masukan itu hanya memblok keluaran. Tidak ada yang menekan start, dan kebetulan tidak ada orang di dekat mesin.

Kejadian ilustrasi itu muncul karena fungsi keselamatan diserahkan kepada program PLC, padahal program bergantung pada masukan, suplai, dan perangkat keras yang semuanya bisa gagal. Bab pemrograman PLC mengajarkan cara menulis logika menurut IEC 61131-3. Di sini logika itu diterapkan pada motor: interlock perangkat keras dan prinsip gagal-aman pada kabel masukan dipasang bersama logika program, bukan diganti olehnya. Rangkaian kontaknya sudah ada di Bab 52 dan bab logika kendali dasar; yang baru adalah akibat siklus scan, memori program, dan kegagalan PLC terhadap rangkaian itu.

Batas pembahasan

Cakupannya motor induksi tiga fasa yang dikendalikan PLC dengan tiga konfigurasi: asut langsung (direct on-line, DOL), pembalik arah, dan bintang-segitiga. Pembahasan meliputi pengawatan masukan, interlock perangkat keras antarkontaktor, rangkaian stop darurat di luar PLC, umpan balik kontaktor, serta logika program. Soft starter dan motor DC sudah dibahas pada babnya, sedangkan VFD, termasuk fungsi safe torque off, dibahas pada bab VFD. Perhitungan tingkat kinerja (performance level, PL) dan $\text{MTTF}_\text{D}$ dibahas pada bab keselamatan fungsional mesin.

Acuannya tiga standar. IEC 60204-1:2016+AMD1:2021 mengatur perlengkapan listrik mesin, termasuk klausul 9.4 tentang fungsi kendali saat terjadi kegagalan, 9.2.2 tentang kategori fungsi stop, 9.3.4 tentang interlock untuk gerak berlawanan, dan 7.5 tentang terputusnya suplai dan pemulihannya. ISO 13849-1:2023 mengatur prinsip desain bagian sistem kendali yang berkaitan dengan keselamatan. IEC 61131-3:2025 mendefinisikan bahasa pemrograman PLC, termasuk Structured Text (ST) yang dipakai pada contoh kode. Menurut PUIL 2020 Bagian 1, 11.3 k), PUIL tidak berlaku untuk peralatan listrik pada mesin; untuk motor yang menjadi bagian instalasi, misalnya pompa, prinsip yang sama ada di 5100.5.7.6.

Kode referensi mengikuti bab diagram kendali: -Q1 kontaktor utama (pembalik: maju), -Q2 bintang (pembalik: mundur), -Q3 segitiga, -F1 relai beban lebih, -S1 start, -S2 stop, -S3 stop darurat, -S4 reset, -S5 dan -S6 maju dan mundur, -K1 relai keselamatan, -K2 PLC, dan -M1 motor. Uji fungsi pada panel bertegangan dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD; isolasi dan verifikasi bebas tegangan mengikuti Bab 2 · Keselamatan.

Prinsip gagal-aman: stop dan beban lebih diawatkan NC

Gagal-aman (fail-safe) pada pengawatan masukan PLC berarti keadaan aman tercapai dengan sendirinya ketika terjadi kegagalan, bukan hanya ketika perangkat dioperasikan dengan benar. Prinsip ini diterapkan dengan menghubungkan tombol stop ke masukan PLC melalui kontak NC (Bab 2). PLC membaca logika 1 selama tombol tidak ditekan. Ketika kabel putus, terminal kehilangan sinyal dan PLC membaca logika 0, sama dengan tombol stop ditekan, sehingga motor berhenti.

Di program, masukan NC itu ditulis sebagai kontak NO atau variabel yang bernilai TRUE dalam keadaan normal. Buku ajar instalasi motor di korpus memakai cara yang benar ini pada program bintang-segitiga: tombol stop dan relai beban lebih diawatkan NC, lalu dipakai sebagai kontak NO di diagram tangga. IEC 60204-1 meminta fungsi stop mengesampingkan fungsi start yang terkait (menurut ringkasan sekunder), dan 9.4 meminta kegagalan di perlengkapan listrik tidak menimbulkan keadaan berbahaya.

Relai beban lebih memerlukan dua jalur. Pemutusannya tetap lewat kontak 95-96 yang seri dengan koil kontaktor, seperti di bab proteksi motor dan bab relai pintar dan PLC. Program juga harus tahu bahwa relai trip supaya memori jalannya ikut direset; kalau tidak, motor menyala sendiri ketika relai di-reset manual, keadaan yang dilarang 5100.5.4.8 untuk motor instalasi. Bila relai mempunyai kontak NC kedua atau blok kontak tambahan, kontak NC itulah yang masuk ke PLC, sehingga kabel putus terbaca sebagai trip. Bila hanya tersedia 97-98 (NO, menutup saat trip), seperti pada contoh bab relai pintar dan PLC, putusnya kabel masukan itu tidak terlihat, dan pemantauan umpan balik kontaktor di bawah yang menjamin memori jalan direset.

Stop darurat yang diawatkan NO ke PLC melanggar prinsip ini, dan NC ke PLC pun tidak cukup; alasannya ada pada bagian stop darurat di bawah.

Interlock perangkat keras antarkontaktor

Interlock perangkat keras adalah kontak bantu NC dari satu kontaktor yang dipasang seri di jalur koil kontaktor lain, sehingga kedua kontaktor tidak dapat bekerja bersamaan meskipun program PLC memerintahkan keduanya sekaligus. Pada pembalik arah, kontaktor maju (-Q1) dan mundur (-Q2) yang menutup bersamaan membentuk hubung pendek antarfasa di dalam panel. Interlock program memang dapat mencegah keadaan ini, tetapi program dapat mengandung kesalahan, CPU dapat berhenti, dan keluaran PLC dapat gagal tertutup: kontak relai keluaran terlas atau transistor keluaran terhubung singkat.

Bab logika kendali dasar membedakan tiga lapis interlock: kontak bantu NC di jalur koil lawan, interlock tombol, dan interlock mekanis. Dengan PLC, interlock program menjadi lapis keempat. Ketika koil -Q1 berenergi, kontak NC-nya membuka jalur koil -Q2 secara mekanis, tanpa perangkat lunak; bahkan bila program gagal dan memerintahkan -Q2, tegangan tidak mencapai koilnya. Karena itu interlock perangkat keras adalah lapis pertama yang wajib, sejalan dengan 9.3.4 IEC 60204-1. Interlock program mencegah dua perintah berlawanan, mengatur jeda, dan memberi pesan diagnosis.

Pada bintang-segitiga, interlock serupa dipasang dua arah antara -Q2 (bintang) dan -Q3 (segitiga): NC -Q2 di jalur koil -Q3 dan NC -Q3 di jalur koil -Q2. Bila keduanya menutup bersamaan, kontaktor bintang yang menyatukan ujung belitan dan kontaktor segitiga yang menyambung ujung itu ke fasa lain membentuk hubung pendek antarfasa langsung, seperti diuraikan bab relai waktu. Interlock dua arah mencegah dua kontaktor menutup bersamaan, tetapi tidak menjamin busur di kontaktor yang baru membuka sudah padam; jaminan itu datang dari jeda peralihan yang dihitung pada contoh kerja.

Stop darurat di luar PLC

Stop darurat adalah fungsi keselamatan yang dimulai satu tindakan manusia dan mendahului semua fungsi lain; sifat gawainya (kontak pembuka paksa, penguncian mekanis, reset manual) sudah dibahas pada bab tombol dan stop darurat, dan IEC 60204-1 membolehkannya berupa kategori stop 0 atau 1. PLC standar tidak dirancang sebagai perangkat keselamatan: kegagalan I/O, CPU yang berhenti, dan perubahan program dapat meniadakan perintah berhenti tanpa terlihat. Stop darurat karena itu memutus energi ke kontaktor tanpa menunggu siklus PLC.

ISO 13849-1:2023 berlaku untuk bagian kendali yang berkaitan dengan keselamatan apa pun teknologinya, termasuk perancangan perangkat lunaknya, dan tidak menetapkan PL yang diperlukan untuk aplikasi tertentu. Jadi persoalannya bukan "elektronik terprogram dilarang", melainkan PLC standar dengan program biasa tidak dibuktikan untuk PL yang diminta penilaian risiko, sedangkan relai keselamatan dan PLC keselamatan dibuktikan untuk tugas itu.

Dua susunan lazim dipakai. Pertama, kontak NC pembuka paksa stop darurat -S3 dipasang seri di jalur suplai koil semua kontaktor, di luar jalur keluaran PLC (kategori 0). PLC mungkin masih memerintahkan keluaran, tetapi kontaktor tidak dapat berenergi karena jalur koilnya terbuka secara fisik. Kedua, -S3 menjadi masukan relai keselamatan -K1 yang kontak keluarannya seri di jalur koil kontaktor, dengan reset manual lewat -S4 dan kontak cermin kontaktor pada sirkit umpan baliknya.

Status stop darurat boleh masuk ke PLC untuk pesan dan catatan kejadian, tetapi masukan ini bukan jalan penghentian. Bahkan bila PLC mati atau programnya salah, -S3 tetap menghentikan motor. Setelah reset, program kembali ke keadaan awal dan menunggu start baru, karena reset hanya mengizinkan start.

Umpan balik kontaktor dan deteksi kontak lengket

Kontak utama kontaktor dapat terlas oleh arus hubung pendek atau tugas menyambung berat seperti plugging (AC-4), atau mekanismenya macet sehingga tidak membuka sempurna. Bila -Q1 tetap tertutup padahal program tidak memerintahkannya, motor berputar di luar kendali program. Bila -Q2 (bintang) terlas, program yang menunggu umpan balik -Q2 tidak memerintahkan -Q3, dan program tanpa syarat itu ditahan interlock perangkat keras; motor tetap dalam hubungan bintang dengan torsi sekitar sepertiga sampai pemantauan umpan balik melepas -Q1 atau relai beban lebih trip.

Umpan balik ke PLC diambil dari kontak bantu NC setiap kontaktor ke masukan tersendiri. Untuk tugas ini dipakai kontak cermin (mirror contact) menurut IEC 60947-4-1, yaitu kontak NC yang dijamin tidak menutup selama ada kontak utama yang masih tertutup. Ketika -Q1 bekerja, kontak NC-nya membuka dan masukan umpan balik berubah dari 1 ke 0. PLC membandingkan perintah keluaran dengan umpan balik: perintah ON dengan umpan balik tetap 1 berarti kontaktor tidak menutup, sedangkan perintah OFF dengan umpan balik tetap 0 berarti kontak lengket. Kabel umpan balik yang putus terbaca 0, seolah kontaktor tertutup; saat perintah OFF, keadaan itu terbaca kontak lengket dan start ditolak, jadi arah gagalnya aman.

Baris terakhir menangkap trip 95-96, stop darurat, dan jatuhnya tegangan koil, sehingga memori jalan tidak pernah tertinggal menyala. Waktu yang diizinkan antara perubahan perintah dan perubahan umpan balik disebut waktu pantau. Nilainya harus melebihi jumlah semua tunda di jalurnya, tetapi cukup pendek untuk mendeteksi kegagalan sebelum start berikutnya:

$$t_\text{pantau} > 2\,t_\text{scan,maks} + t_\text{f} + t_\text{out} + t_\text{k}$$

dengan $t_\text{scan,maks}$ waktu scan maksimum terukur (ms), $t_\text{f}$ tunda penyaring masukan (ms), $t_\text{out}$ waktu kerja atau lepas relai keluaran PLC (ms), dan $t_\text{k}$ waktu menutup atau melepas kontaktor terlama menurut lembar data (ms). Dua suku scan berasal dari penulisan keluaran di akhir siklus dan pembacaan umpan balik pada siklus berikutnya, seperti waktu tanggap di bab relai pintar dan PLC. Arah menutup dan melepas diperiksa, dan nilai terbesar dipakai.

Program DOL, pembalik dengan jeda, dan bintang-segitiga

Program DOL adalah yang paling sederhana: tepi naik start (-S1, NO) men-set -Q1, sedangkan stop (-S2, NC), beban lebih (NC), dan pemantauan umpan balik me-reset-nya. Pemantauan membandingkan perintah siklus lalu dengan kontak cermin: tonTakMasuk menangkap kontaktor yang gagal menutup atau lepas tanpa perintah (stop darurat, trip 95-96, kedip), dan tonLengket menangkap kontak lengket. Variabel ST yang tidak diberi nilai mempertahankan nilainya, sehingga dua pernyataan IF berfungsi sebagai penahan diri; reset ditulis sesudah set, jadi stop selalu menang. Nama variabel mengikuti bab pemrograman PLC.

Pada program pembalik, -Q1 (maju) tidak dapat bekerja bila -Q2 (mundur) sedang bekerja, dan sebaliknya. Jeda antara satu arah lepas dan arah lain masuk ditentukan oleh waktu henti beban, bukan waktu tanggap kontaktor. Untuk drum cuci ilustrasi, bab relai waktu memberi jeda terpendek $3{,}54 + 0{,}05 = 3{,}59$ s, dan bab rangkaian kendali lanjutan menyetelnya 5 s. Pewaktu PLC tidak membawa toleransi ±5 % seperti relai waktu, tetapi selang keluarannya dapat lebih pendek satu scan, jadi syaratnya $t_\text{PT} - t_\text{scan,maks} \ge 3{,}59$ s, dan 5 s memenuhinya. Jeda baru dihitung setelah kedua kontaktor terbukti lepas, dan pergantian arah memerlukan stop lebih dulu.

Pewaktu PLC hilang saat PLC mati, seperti relai tunda-lepas biasa, sehingga program selalu mulai dari jeda setelah suplai pulih, sama dengan rangkaian di bab rangkaian kendali lanjutan. Jeda berbasis bukti putaran memakai sakelar kecepatan nol dari bab pengereman motor.

Program bintang-segitiga mengikuti urutan Bab 52 dan bab metode pengasutan motor: (1) -Q1 (utama) dan -Q2 (bintang) bekerja; (2) waktu bintang habis; (3) -Q2 lepas; (4) jeda peralihan sampai kontak -Q2 terbuka dan busurnya padam; (5) -Q3 (segitiga) bekerja. Urutan ini tidak boleh dibalik atau dipersingkat. Setiap blok pewaktu dipanggil pada setiap siklus supaya waktunya diperbarui, dan syarat stop diperiksa di luar CASE sehingga berlaku di semua keadaan, termasuk selama bintang. Keluaran dihitung dari nomor keadaan sesudah CASE, seperti pada bab pemrograman PLC, sehingga kembali ke keadaan 0 langsung mematikan semua kontaktor.

Perilaku saat PLC STOP, saat suplai kembali, dan saat masukan putus

Saat PLC beralih ke mode STOP. Mode STOP dapat terjadi karena perintah operator, kesalahan program, atau gangguan CPU. Umumnya keluaran lalu dimatikan dan motor berhenti, tetapi perilaku ini bergantung pada konfigurasi modul dan diverifikasi saat komisioning. Bila PLC dikonfigurasi mempertahankan keluaran terakhir saat STOP (hold last output), motor dapat terus berputar tanpa ada program yang mengendalikannya. Peralihan kembali dari STOP ke RUN diperlakukan seperti suplai kembali.

Saat suplai kembali setelah padam. Motor tidak boleh start sendiri. Untuk peralatan mesin hal ini diatur IEC 60204-1 7.5, dan untuk motor instalasi PUIL 2020 5100.5.7.6 meminta start kembali otomatis yang berbahaya dicegah. Setelah PLC hidup, semua keluaran OFF dan start baru hanya terjadi setelah operator menekan tombol start. Caranya: memori jalan dan variabel keadaan dideklarasikan tidak bertahan (bukan RETAIN), dan variabel siklus pertama xAwal (nilai awal TRUE, dihapus di akhir siklus) memaksa semuanya ke keadaan awal. Bit PLC yang bertahan saat padam tidak lupa, sehingga tidak mencegah start ulang, seperti relai bistabil di bab logika kendali dasar.

Kasus yang lebih licin adalah kedip tegangan. Koil kontaktor 230 V dapat lepas, sedangkan PLC yang dicatu 24 V DC tetap bekerja karena catunya menyimpan energi beberapa puluh milidetik. Keluaran tetap ON, dan saat tegangan pulih kontaktor langsung menutup lagi tanpa start baru. Bit siklus pertama tidak menolong karena PLC tidak pernah mulai ulang. Yang menangkapnya adalah pemantauan umpan balik: perintah ON dengan kontaktor lepas tanpa perintah mereset memori jalan. Kedip yang lebih singkat dari waktu pantau tidak terdeteksi, dan kontaktor menutup lagi pada motor yang masih berputar.

Saat masukan putus. Kabel masukan NC (stop, beban lebih) yang putus terbaca logika 0, dan program menghentikan motor. Kabel start (NO) yang putus membuat motor tidak dapat dihidupkan, keadaan yang aman. Bila kabel start putus saat motor berjalan, motor tetap berjalan sampai ada perintah stop, karena keadaan jalan dipertahankan memori program. Pada skenario pembuka, kesalahannya adalah izin yang hanya memblok keluaran tanpa mereset memori jalan.

Deteksi putus kabel. Bagi program, kontak NC yang terbuka karena ditekan dan kabel putus terlihat identik. Sebagian modul masukan dapat membedakannya bila di gawai lapangan dipasang resistor paralel dengan kontak: kontak terbuka masih mengalirkan arus kecil, kabel putus tidak sama sekali. Nilai resistor dan ambangnya mengikuti lembar data modul; tanpa fitur ini, arah gagal dijaga pengawatan NC dan umpan balik kontaktor.

Contoh kerja: meninjau program bintang-segitiga yang salah dari korpus

Soal. Kipas buang 11 kW, empat kutub, 1.465 rpm, 400 V Δ, dari contoh bab relai waktu, akan diasut bintang-segitiga dengan PLC -K2. Dua program dari satu buku ajar instalasi motor di korpus ditinjau dan diperbaiki. Data dari bab relai waktu: inersia total 1,6 kg·m², torsi kipas 60,0 N·m pada 1.412 rpm, dan batas bawah waktu bintang 7,7 s. Data PLC sama dengan ilustrasi bab relai pintar dan PLC: $t_\text{scan,maks} = 20$ ms, penyaring 3 ms, relai keluaran bekerja 10 ms; waktu lepas relai keluaran 5 ms (ilustrasi). Waktu lepas kontaktor ditambah padamnya busur 50 ms sebagai batas atas, seperti bab relai waktu, dan waktu menutup kontaktor paling lama 30 ms (ilustrasi).

Langkah 1: membaca program pertama. Soal latihan di buku itu meminta program mnemonik bintang-segitiga untuk motor 3 pk. Tombol stop, relai beban lebih, dan tombol darurat ditulis sebagai AND NOT, jadi ketiganya diawatkan NO ke masukan PLC, termasuk stop darurat. Pewaktu pertama disetel #050 dan kedua #055 dengan satuan 0,1 s, yaitu 5,0 s dan 5,5 s. Keluaran kedua hanya bekerja antara 5,0 s dan 5,5 s, dan keluaran ketiga sesudah 5,5 s.

Bila keluaran kedua adalah bintang, belitan tidak tersambung selama 5 s pertama dan hanya mendapat 0,5 s bintang sebelum segitiga, sehingga asutnya hampir langsung. Keluaran kedua lepas dan ketiga masuk pada siklus yang sama, tanpa jeda dan tanpa interlock. Premis soal bahwa motor 3 pk harus bintang-segitiga agar belitan tidak terbakar juga keliru: metode ini membatasi arus asut dan susut tegangan, dan pemilihannya ada di bab metode pengasutan motor.

Langkah 2: membaca program kedua. Program diagram tangga di buku yang sama sudah benar dalam pengawatan: stop dan beban lebih NC. Masalahnya tiga. Interlock bintang-segitiga hanya di program, dan catatannya menyebut interlock perangkat keras sebagai pilihan untuk "berkreasi sendiri". Pewaktu bintang disetel 30 s. Pada anak tangga bintang, kontak NC pewaktu melepas bintang, dan pada anak tangga berikutnya kontak NO pewaktu yang sama menyalakan segitiga, sehingga keduanya ditulis ke keluaran pada akhir siklus yang sama. Menurut uraiannya, trip beban lebih pun hanya bekerja lewat program.

Langkah 3: waktu bintang. Alasan: waktu bintang harus sekurangnya waktu motor mencapai kecepatan yang torsinya seimbang dengan beban, 7,7 s untuk kipas ini. Relai waktu memerlukan $7{,}7/0{,}95 = 8{,}1$ s karena toleransinya. Pewaktu PLC berdetak dari jam CPU, tetapi selang keluarannya dapat lebih pendek satu scan, sehingga

$$t_\text{PT} \ge t_\text{Y,min} + t_\text{scan,maks} = 7{,}7 + 0{,}02 = 7{,}72\ \text{s}$$

Setelan awal 12 s dipakai sama dengan bab relai waktu, lalu dipastikan dengan merekam arus asut oleh personel kompeten dengan tang ampere berkategori ukur sesuai dan APD. Setelan 5,0 s berada di bawah batas bawah, jadi motor masuk segitiga jauh sebelum arus bintang turun. Setelan 30 s kira-kira 3,9 kali batas bawah dan hanya menambah panas rotor; batas atasnya waktu asut yang diizinkan dan kelas trip relai beban lebih.

Langkah 4: jeda peralihan. Alasan: kontak utama -Q3 tidak boleh menutup sebelum busur -Q2 padam. Keluaran -Q2 ditulis OFF pada akhir satu siklus, dan keluaran -Q3 ditulis ON pada akhir siklus sesudah pewaktu habis; selang di antara keduanya dapat lebih pendek dari $t_\text{PT}$ sebesar satu waktu scan. Dengan waktu kerja relai keluaran dan waktu menutup -Q3 dianggap nol (kasus terburuk), syaratnya

$$t_\text{PT} \ge t_\text{lb,maks} + t_\text{off,maks} + t_\text{scan,maks} = 50 + 5 + 20 = 75\ \text{ms}$$

dengan $t_\text{lb,maks}$ waktu lepas kontaktor ditambah padam busur (ms) dan $t_\text{off,maks}$ waktu lepas relai keluaran (ms). Dipilih 80 ms, sehingga celah terkecil di kontak $80 - 20 - 5 - 50 = 5$ ms. Program korpus memberi selang keluaran nol, jadi -Q3 dapat menutup saat busur -Q2 masih menyala; interlock NC hanya menunda -Q3 sampai kontak bantu -Q2 berpindah. Relai bintang-segitiga khusus di bab relai waktu memakai sekitar 60 ms; PLC memerlukan lebih karena scan dan relai keluarannya.

Batas atas jeda juga diperiksa, karena selama jeda motor tidak bertorsi dan kipas melambat. Selang keluaran paling lama $80 + 2 \times 20 = 120$ ms, ditambah 10 ms relai keluaran dan 30 ms waktu menutup -Q3, memberi 160 ms. Dengan rumus bab relai waktu,

$$\Delta\omega = \frac{T_\text{L}\,t_\text{p}}{J} = \frac{60{,}0 \times 0{,}16}{1{,}6} = 6{,}0\ \text{rad/s}$$

atau 4,1 % dari 147,9 rad/s (1.412 rpm), di antara nilai 60 ms (1,5 %) dan 300 ms (7,6 %) di bab itu. Jeda 80 ms cukup panjang untuk busur dan cukup pendek untuk kipas.

Langkah 5: waktu pantau umpan balik. Alasan: waktu pantau harus lebih panjang dari tunda normal di kedua arah. Arah menutup: $2 \times 20 + 3 + 10 + 30 = 83$ ms. Arah melepas: $2 \times 20 + 3 + 5 + 50 = 98$ ms. Dipilih 200 ms (ilustrasi), cukup di atas 98 ms untuk sebaran lembar data dan tegangan koil yang rendah, tetapi jauh di bawah waktu antara dua start.

Langkah 6: perilaku setelah padam dan uji. Alasan: perbaikan belum selesai sebelum diuji dari sisi kegagalannya. Setelah PLC hidup, start baru hanya terjadi dengan tepi naik -S1. Uji logika dilakukan dulu di simulator, lalu pada panel dengan kabel motor dilepas: kabel stop dicabut, kontak cermin disimulasikan lengket, suplai kendali diputus singkat di setiap keadaan, dan -S3 ditekan selama bintang. Motor baru disambung setelah semua butir tabel di atas lulus, sesuai urutan uji fungsi di bab uji pra-energi dan komisioning.

Contoh kerja lapangan

Contoh di bawah memakai rumus dan aturan bab ini; angka yang bukan dari sumber ditandai angka latihan, dan hitungannya dicatat di peta sumber pengembangan. Setiap setelan baru diuji dulu dengan kabel motor dilepas, dan uji pada panel bertegangan dilakukan personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.

Contoh 1: memendekkan jeda pembalik drum, laundry hotel. Pemilik meminta jeda 5 s dipendekkan supaya siklus lebih cepat. Jeda terpendek drum ilustrasi 3,59 s, dan PLC mesin itu bertolok $t_\text{scan,maks} = 30$ ms (angka latihan):

$$t_\text{PT} - t_\text{scan,maks} = 4{,}0 - 0{,}03 = 3{,}97\ \text{s} \ge 3{,}59\ \text{s}$$

Setelan 4 s diterima, sedangkan 3,6 s ditolak karena hanya menyisakan 3,57 s. Relai waktu bertoleransi ±5 % akan memerlukan $3{,}59/0{,}95 = 3{,}78$ s. Angka 3,59 s hanya berlaku bila drum mesin itu memang sesuai ilustrasi bab relai waktu.

Contoh 2: HMI baru menambah waktu scan, kipas buang dapur hotel. Setelah HMI dipasang, $t_\text{scan,maks}$ program bintang-segitiga kipas 11 kW naik dari 20 ms menjadi 40 ms (angka latihan):

$$t_\text{PT} \ge 50 + 5 + 40 = 95\ \text{ms}$$

Jeda 80 ms kini memberi celah −15 ms, jadi dinaikkan ke 100 ms (celah 5 ms). Selang terlama menjadi $100 + 2 \times 40 + 10 + 30 = 220$ ms, dan $\Delta\omega = 60{,}0 \times 0{,}22/1{,}6 = 8{,}25$ rad/s, sekitar 5,6 % dari 147,9 rad/s, masih di bawah 7,6 % pada 300 ms.

Contoh 3: waktu pantau dan waktu bintang pada kipas yang sama. Dengan scan 40 ms, arah menutup $2 \times 40 + 3 + 10 + 30 = 123$ ms dan arah melepas $2 \times 40 + 3 + 5 + 50 = 138$ ms. Waktu pantau 200 ms masih memenuhi dengan sisa 62 ms. Batas bawah waktu bintang menjadi $7{,}7 + 0{,}04 = 7{,}74$ s, jauh di bawah setelan 12 s. Perubahan perangkat keras atau komunikasi memicu hitung ulang ketiga waktu ini, lalu uji fungsi ulang.

Contoh 4: kedip tegangan pada pompa DOL, rumah sakit. Pompa air bersih memakai program DOL bab ini dengan waktu pantau 200 ms. Pada kedip 300 ms (angka latihan), kontak cermin terbaca lepas lebih lama dari 200 ms, memori jalan direset, dan pompa menunggu start baru. Pada kedip 150 ms (angka latihan), kontaktor menutup lagi sebelum pewaktu habis, pada motor yang masih berputar. Waktu pantau tidak boleh di bawah tunda normal (98 ms pada contoh kerja), sehingga kedip sesingkat itu selalu lolos dari pemantauan. Apakah penutupan ulang itu dapat diterima ditetapkan dalam penilaian risiko pada bab keselamatan fungsional mesin, bukan oleh teknisi di lapangan.

Kondisi berhenti

Motor tidak dijalankan, atau pekerjaan dihentikan, bila:

1. Program mengandalkan PLC untuk stop darurat, interlock pembalik, atau interlock bintang-segitiga tanpa perangkat keras. Program itu tidak diuji pada motor sebelum diperbaiki.
2. Motor atau kontaktor menyala tanpa start baru ketika suplai pulih, ketika PLC kembali ke RUN, ketika stop darurat atau relai beban lebih di-reset, atau ketika kabel masukan disambung kembali.
3. Perilaku keluaran saat PLC STOP tidak diketahui, atau keluaran ternyata dipertahankan saat STOP.
4. Umpan balik menunjukkan kontaktor lengket, atau peralihan bintang-segitiga disertai hentakan ganda, busur, atau pengaman trip. Pemeriksaan dilakukan dengan panel diisolasi.
5. Keluaran dipaksa atau program diubah secara daring pada mesin yang bagian bergeraknya dapat dijangkau orang, seperti diuraikan kondisi berhenti bab relai pintar dan PLC.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Interlock di program sudah cukup." Program dapat mengandung kesalahan, CPU dapat berhenti, dan keluaran dapat gagal tertutup. Interlock perangkat keras adalah lapis tersendiri yang wajib ada bersama interlock program, bukan diganti olehnya.

"Stop darurat cukup dibaca PLC." Bila PLC dalam mode STOP atau programnya macet, masukan tidak diproses. Stop darurat memutus jalur koil kontaktor langsung atau lewat relai keselamatan, tanpa melewati program.

"Pengawatan NO lebih mudah dipahami." Logikanya memang lebih intuitif saat komisioning, tetapi prinsip gagal-aman menilai rangkaian dari perilakunya saat kabel putus atau suplai hilang, bukan saat normal.

"PLC STOP berarti motor pasti berhenti." Tidak selalu; hasilnya bergantung pada konfigurasi keluaran saat STOP, yang diverifikasi dan didokumentasikan saat komisioning.

"Pemeriksaan stop harus ditulis paling atas di program." Pada ST, nilai terakhir dalam satu siklus yang ditulis ke keluaran. Stop menang bila pernyataan reset ditulis sesudah pernyataan set, atau bila syarat start sendiri memuat syarat stop seperti persamaan penahan diri stop dominan. Menaruh reset di atas lalu set tanpa syarat stop di bawahnya justru membuat start menang.

Hubungan dengan bab lain

Bab 2 memberi kontak NO/NC, dan Bab 52 memberi rangkaian motor sebagai mesin keadaan serta komisioning sebagai pembentukan bukti. Penahan diri dan lapis interlock berasal dari bab logika kendali dasar, jeda dan waktu bintang dari bab relai waktu dan rangkaian kendali lanjutan, kontak cermin dari bab komponen kendali, stop darurat dari babnya, dan siklus scan dari bab relai pintar dan PLC. Start ulang pada instalasi ada di bab isolasi, penyakelaran, dan pemutusan darurat. PL dan interlock pintu dibahas pada bab keselamatan fungsional mesin, sedangkan komunikasi dengan VFD dibahas pada bab PLC lanjutan.

Latihan dan pembahasan

1. (Tafsir) Sebuah program memiliki baris IF xS2_Stop THEN xQ1 := FALSE; END_IF; dengan tombol stop diawatkan NO. Apa yang terjadi ketika kabel masukan terlepas saat motor berjalan? Jelaskan mengapa keadaan ini berbahaya.
2. (Hitung) Program bintang-segitiga memakai jeda 40 ms. Waktu scan maksimum 15 ms, relai keluaran lepas dalam 5 ms, dan waktu lepas kontaktor bintang ditambah padam busur paling lama 50 ms. Interlock NC dua arah terpasang. Hitung jeda minimum dan celah terkecil di kontak, lalu jelaskan apakah interlock NC saja membuat peralihan aman.
3. (Tafsir) IEC 60204-1 meminta fungsi stop mengesampingkan start. Jelaskan bagaimana prinsip ini diwujudkan dalam urutan pernyataan ST, dan berikan satu contoh urutan yang benar dan satu yang salah.
4. (Hitung dan tafsir) Waktu scan maksimum 10 ms, penyaring 5 ms, relai keluaran bekerja 8 ms dan lepas 4 ms, kontaktor menutup paling lama 40 ms dan melepas paling lama 60 ms. Hitung waktu pantau minimum. Program lalu memerintahkan Q1 := TRUE, tetapi setelah 200 ms umpan balik NC -Q1 masih TRUE. Apa kesimpulannya dan tindakan yang tepat?
5. (Tafsir) Relai keselamatan -K1 dipakai untuk stop darurat, dan kontak keluarannya dipasang seri di jalur suplai koil -Q1. Jelaskan mengapa susunan ini lebih baik daripada membaca stop darurat melalui masukan PLC.
6. (Desain) Tulis deskripsi logika untuk mencegah motor start sendiri setelah suplai padam atau kedip. Sebutkan variabel atau bit sistem yang diperiksa dan syarat sebelum start diizinkan.

Kunci jawaban beralasan

1. Kabel putus membuat xS2_Stop tetap FALSE, jadi xQ1 tidak pernah dimatikan oleh baris itu. Motor terus berjalan, dan tombol stop tidak berfungsi tanpa tanda apa pun. Kegagalan kabel tidak menyebabkan penghentian, berlawanan dengan prinsip gagal-aman; dengan kontak NC, kabel putus terbaca sebagai stop.
2. $t_\text{PT} \ge 50 + 5 + 15 = 70$ ms. Dengan 40 ms, celah terkecil $40 - 15 - 5 - 50 = -30$ ms: -Q3 dapat menutup saat busur -Q2 belum padam. Interlock NC menahan -Q3 sampai kontak bantu -Q2 berpindah dan memblok -Q3 bila -Q2 terlas, tetapi tidak menunggu busur padam. Jeda dinaikkan sekurangnya 70 ms, misalnya 80 ms, lalu penurunan kecepatan selama jeda diperiksa.
3. Nilai terakhir dalam siklus yang ditulis ke keluaran. Urutan benar: IF rtStart.Q THEN xQ1 := TRUE; END_IF; IF NOT xS2_StopOK THEN xQ1 := FALSE; END_IF; atau satu persamaan xQ1 := (rtStart.Q OR xQ1) AND xS2_StopOK;. Bila keduanya aktif, xQ1 berakhir FALSE. Urutan salah: IF NOT xS2_StopOK THEN xQ1 := FALSE; END_IF; IF rtStart.Q THEN xQ1 := TRUE; END_IF; karena set yang tanpa syarat stop di bawah menimpa reset, sehingga motor tetap jalan selama start ditekan walaupun stop juga ditekan.
4. Menutup: $2 \times 10 + 5 + 8 + 40 = 73$ ms; melepas: $2 \times 10 + 5 + 4 + 60 = 89$ ms; waktu pantau harus di atas 89 ms, jadi 200 ms memenuhi. Umpan balik NC tetap TRUE setelah 200 ms berarti kontaktor tidak menutup: jalur koil terbuka (stop darurat, 95-96, interlock), koil putus, atau keluaran PLC rusak. Tindakan: alarm, Q1 := FALSE, dan start diblok sampai diperiksa dengan panel diisolasi, atau diukur personel kompeten dengan alat berkategori ukur sesuai dan APD.
5. PLC dapat berhenti, programnya dapat macet atau diubah, dan keluarannya dapat gagal tertutup; perintah berhenti lewat masukan PLC lalu hilang tanpa terlihat. Dengan kontak -K1 seri di jalur koil, menekan -S3 memutus suplai koil -Q1 tanpa melewati PLC. Relai keselamatan juga memantau salurannya, menuntut reset manual, dan menolak reset bila kontak cermin -Q1 menunjukkan kontak terlas.
6. Memori jalan dan variabel keadaan dideklarasikan tidak bertahan; pada siklus pertama semuanya dipaksa ke keadaan awal dan semua keluaran OFF. Untuk kedip yang tidak memulai ulang PLC, pemantauan umpan balik mereset memori jalan bila kontaktor lepas tanpa perintah. Start diizinkan hanya bila: xAwal sudah FALSE, xS2_StopOK dan xF1_OK TRUE, relai keselamatan sudah di-reset, semua umpan balik menunjukkan kontaktor lepas, tidak ada gangguan tersimpan, dan tepi naik start muncul setelah semua syarat itu terpenuhi.

Referensi