RANCANG BANGUN MODUL AUTOMATIC TRANSFER SWITCH (ATS) DENGAN MENGGUNAKAN PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) OMRON SYSMAC CPM2A
Aprianus Siola 1 , Ruslim 2
1,2 Teknik Elektro, Universitas Borneo Tarakan, Tarakan, Kalimantan Utara, Indonesia
1 aprianus.siola@gmail.com
2 ruslim1974@gmail.com
Abstract — The  main  power  source  which  supplied  from PLN not always in “on” position forever or be able to supply to customers  on  an  ongoing  basis,  is  bound  to  happen  someday or  a  repair  outage  at  the  plant.  In  anticipation  of  these  cuts, then  there  are  some  consumers  PLN  that  complements  your home  or  company  with  the  backup  power  generators.  In  the event  of  termination  of  the  supply  PLN,  of  course,  the equipment  needed  to  function  as  a  voltage  source  switching from  electricity  to  the  generator.  However,  manually  transfer requires a relatively longer time.
This  research  aims  to  design  a  PLC-based  ATS  or  that serves  to  move  the  source  voltage  automatically.  From  the results  of  the  design  and  implementation  of  the  ATS  found that  the  conditions  of power  failure  or  life  energy  operator  is not required  anymore.  In  addition the  process in  the removal of the source voltage is also shorter time .
Keywords — ATS, PLC, PLN, Electric Power.
Intisari — Sumber  listrik  utama  yang  disalurkan  dari PLN  tidak  selamanya  hidup  atau  dapat  men-suplai  ke konsumen  secara  terus  menerus,  suatu  saat  pasti  akan terjadi pemadaman atau adanya perbaikan pada pembangkit.  Untuk  mengantisipasi  dari  pemadaman tersebut,  maka  ada  beberapa  konsumen  PLN  yang melengkapi rumah atau perusahaannya dengan pembangkit listrik  cadangan  yaitu  genset.  Jika  terjadi  pemutusan  dari suplai  PLN,  tentunya  dibutuhkan  peralatan  yang  berfungsi sebagai  pemindah  sumber  tegangan  dari  PLN  ke  genset. Namun  demikian  pemindah  secara  manual  membutuhkan waktu yang relatif lebih lama.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendesain  sebuah  ATS berbasis  PLC  atau  yang  berfungsi  untuk  memindahkan sumber  tegangan  secara  otomatis.  Dari  hasil  desain  dan implementasi  ATS  diperoleh  bahwa  dalam  kondisi  PLN mati  atau  hidup  tidak  diperlukan  lagi  tenaga  operator. Selain  itu  waktu  proses  dalam  pemindahan  sumber tegangan juga lebih singkat.
Kata Kunci —ATS, PLC, PLN, Sumber Daya Listrik.

## I. PENDAHULUAN
Umumnya  sumber  listrik  utama  yang  disalurkan  dari PLN tidak selalu menyalurkan sumber listrik secara terus menerus,  oleh  karena  itu  untuk  menjaga  kualitas, stabilitas  dan  keandalan  maka  harus  ada  proses pemeliharaan  dan  perawatan  baik  secara  terjadwal  pada
kondisi  normal  maupun  darurat  pada  kondisi  terjadi gangguan,  dan  juga  kemungkinan  kekurangan  daya  pada konsumen  tertentu  pada  waktu  beban  puncak  dan kenaikan  beban  temporer  pada  sisi  konsumen.  Apabila kondisi  gangguan  seringkali  terjadi,  maka  dapat mengakibatkan terganggunya stabilitas keamanan, perekonomian,  terutama  pada  aktivitas  pelayanan  kepada masyarakat. Untuk mengatasi terputusnya layanan sumber listrik,  maka  beberapa  konsumen  memilih  alternatif dengan  menyediakan  pembangkit  listrik  darurat  seperti genset,  dengan  tujuan  menyediakan  kebutuhan  sumber listrik secara kontinyu.
Pengoperasian  sumber  listrik  PLN  dan  sumber  listrik genset  dapat  dilakukan  secara  manual  maupun  secara otomatis.  Pemasangan  ATS  dengan  menggunakan  PLC merupakan  solusi  yang  efektif  dalam  pengalihan  suplai sumber  listrik  dari  PLN  ke  Pembangkit  listrik  cadangan Genset. Sistem  ini dapat bekerja sewaktu suplai arus dari PLN terputus, maka sumber listrik cadangan Genset dapat menyalurkan  arus  listrik  dengan  efektif  sehingga memperlancar segala aktifitas.
Sistem ATS untuk backup dengan menggunakan PLC berfungsi  untuk  menjaga  kontinuitas  penyaluran  daya  ke beban.  Selain  itu,  untuk  membantu  tempat-tempat  yang sering  mengalami  pemadaman  PLN  dan  memerlukan suplai  dari  sumber  cadangan  dalam  waktu  cepat.  ATS dalam  penyuplaian  beban  diatur  agar  genset  tidak  terjadi pembebanan  penuh.  Perancangan  ATS  berdasarkan standart  yang  berlaku  guna  memenuhi  keamanan peralatan  listrik.  ATS  ini  dirancangan  berdasarkan  teori- teori  yang  relevan  dan  diakui.  Perancangan  ATS    untuk backup  daya  menggunakan    PLC  terdiri  dari  dua  bagian yaitu,  hardware  dan  software.  Perancangan  hardware terdiri  dari  relai  sebagai  sensor  tegangan  baik  yang bersumber  dari  maupun  genset,  sistem  kendali  ATS berupa  PLC  dan  kontaktor  sebagai  penghubung  daya. Sedangkan  software  berfungsi  sebagai  aplikasi  untuk desain ladder [4].

## II. LANDASAN TEORI
A. Programmable Logic Controller ( PLC ) Programmable Logic Controller ( PLC ) pada dasarnya adalah  sebuah  computer  yang  khusus  dirancang  untuk mengontrol  suatu  proses  atau  mesin.  Proses  yang
dikontrol ini dapat berupa regulasi variable secara kontinu seperti  pada  sistem-sistem  servo,  atau  hanya  melibatkan control  dua  keadaan  ( on/of )  sajatetapi  dilakukan  secara berulang-ulang  seperti  umum  dijumpai  pada  mesin pengeboran, sistem konveyor, dan lain sebagainya.
Gambar 1. Programmable Logic Controller Fungsi  dan  kegunaan PLC sangat  luas.  Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus,  Secara  umum  fungsi PLC adalah  sebagai berikut:
1. Sekuensial  Control : PLC memproses  input  sinyal biner  menjadi output yang  digunakan  untuk keperluan  pemrosesan  teknik  secara  berurutan ( sekuensial ),  disini PLC menjaga  agar  semua  step atau  langkah  dalam  proses  sekuensial  berlangsung dalam urutan yang tepat.
2. Monitoring  Plant : PLC secara  terus  menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur,  tekanan,  tingkat  ketinggian)  dan mengambil  tindakan  yang  diperlukan  sehubungan dengan  proses  yang  dikontrol  (misalnya  nilai sudah  melebihi  batas)  atau  menampilkan  pesan tersebut pada operator [1],[2].

## B.  Relai
Relai  adalah  komponen  elektronika  berupa  saklar elektronik  yang  digerakkan  oleh  aruslistrik.  Secara prinsip,  relai  merupakan  tuas  saklar  dengan  lilitan  kawat pada  batang  besi  (solenoid)  di  dekatnya  Ketika  solenoid dialiri  arus  listrik,  tuas  akan  tertarik  karena  adanya  gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan  menutup.  Pada  saat  arus  dihentikan,  gaya  magnet akan  hilang,  tuas  akan  kembali  ke  posisi  semula  dan kontak  saklar  kembali  terbuka.Relay  biasanya  digunakan untuk  menggerakkan arus/tegangan  yang  besar (misalnya peralatan  listrik  4  ampere  AC  220  V)  dengan  memakai arus/tegangan  yang  kecil  (misalnya  0.1  ampere  12  Volt DC).

## C.  Kontaktor
Kontaktor  adalah  suatu  peralatan  pemutus  rangkaian listrik pada suatu sistem tenaga listrik, yang mampu untuk membuka  dan  menutup  rangkaian  listrik  pada  semua kondisi,  termasuk  arus  hubung  singkat,  sesuai  dengan ratingnya.  Juga  pada  kondisi  tegangan  yang  normal ataupun tidak normal.
Syarat-syarat  yang  harus  dipenuhi  oleh  suatu  PMT agar  dapat  melakukan  hal-hal  diatas,  adalah  sebagai berikut :
1.  Mampu  menyalurkan  arus  maksimum  sistem  secara terus-menerus.
2.  Mampu  memutuskan  dan  menutup  jaringan  dalam keadaan  berbeban  maupun  terhubung  dengan  singkat tanpa  menimbulkan  kerusakan  pada  pemutus  tenaga itu sendiri.
3.  Dapat  memutuskan  arus  hubung  singkat  dengan kecepatan  tinggi  agar  arus  hubung  singkat  tidak sampai  merusak  peralatan  sistem,  membuat  sistem kehilangan  kestabilan,  dan  merusak  pemutus  tenaga itu sendiri [3].
D. Uninterruptible Power Supply (UPS) UPS adalah  ( uninterruptible  power  supply )  yang artinya Penyedia Tegangan Tak terjeda secara umum bila diartikan  secara  harfiah  pengertian UPS adalah  penyedia suplai listrik yang tidak terputus.
Pengertian  yang  umum  dimengerti  oleh  kebanyakan orang UPS itu  alat  untuk  memberikan  tenaga  listrik cadangan  pada  komputer  jika  listrik  utama  (PLN) mati.Padahal pengertian UPS itu  lebih  luas  lagi.  Selain dari  fungsi  tadi,  alat  ini  juga  berguna  untuk  memberikan proteksi  kepada  beban  misal  komputer  tentu  beserta datanya  dari  kerusakan  yang  diakibatkan  oleh  sumber listrik yang kurang bagus.
Gambar 2. Uninterruptible Power Supply
E . Genset
Genset  atau  kepanjangan  dari  generator  set  adalah sebuah  perangkat  yang  berfungsi  menghasilkan  daya listrik.  Disebut  sebagai  generator  set  dengan  pengertian adalah  satu  set  peralatan  gabungan  dari  dua  perangkat berbeda yaitu engine dan generator atau alternator. Engine sebagai  perangkat  pemutar  sedangkan  generator  atau alternator  sebagai  perangkat  pembangkit  listrik.  Engine dapat berupa perangkat mesin diesel berbahan bakar solar atau  mesin  berbahan  bakar  bensin,  sedangkan  generator atau  alternator  merupakan  kumparan  atau  gulungan tembaga  yang  terdiri  dari  stator  (  kumparan  statis  )  dan rotor (kumparan berputar).

## III. METODE PENELITIAN
Tempat pelaksanaan penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Elektro Universitas Borneo Tarakan, untuk  melaksanakan  penelitian  mengenai pembuatan alat ATS ini dilaksanakan selama 2 (dua) bulan
setelah  diterimanya  proposal  penelitian  ini,  untuk  dapat menyelesaikan  tugas  akhir  ini  maka  penulis  menerapkan beberapa metode diantaranya Studi literatur  dan perancangan  dan  pembuatan ATS .  Peneliti  melakukan penelitian dengan tahapan pengambilan data tentang ATS , pembuatan  atau  desain  alat ATS , s imulasi  sistem  kontrol pada  peralatan ATS ,  penyesuaian  program  dengan  i,  dan implementasi ATS . Untuk melaksanakan penelitian ini, beberapa parameter  dan  peralatan  yang  dibutuhkan  untuk menunjang  penelitian  ini.  peralatan  –  peralatan  yang digunakan  dalam  proses  dari  sistem ATS adalah  sumber PLN,  genset,  multimeter,  laptop,  dan software  CX- Programmer. Bahan-bahan    yang  digunakan  dalam perancangan  sistem  ATS  meliputi Programmable  Logic Controller  (PLC) , relai , kontaktor ,  MCB ,UPS ,  tombol emergensi, selektor, trafo CT ,dan lampu RST .

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A.  Logaritma Ladder ATS berbasis PLC Omron SYSMAC CPM2A Dari  hasil desain digram ladder yang telah dilakukan pengujian  maka  dapat  dijelaskan  sistem  kendali AT S berbasis PLC sebagai berikut :

## 1. Kontaktor PLN ON
Gambar 3. Diagram ladder kontaktor PLN terbuka
Gambar  3  memperlihatkan sistem kendali PLC ketika line  PLN  dalam  kondisi Off atau  padam,  dimana  kontak terbuka dari port 0.00 berada pada kondisi  terbuka.
Gambar 4. Diagram ladder kontaktor PLN tertutup
Jika  saluran  PLN  dalam  kondisi  hidup  maka  yang terjadi  adalah  sebagaimana  pada  Gambar  4,  dimana kontak dari port 0.00 akan tertutup. Pada saat PLN mulai hidup  biasanya  tegangan  PLN  tidak  langsung  stabil,  hal ini  akan  beresiko  pada  peralatan  yang  terpasang  sebagai beban  pada  sistem  tersebut.  Oleh  karena  itu  dibutuhkan waktu tunda untuk menghubungkan sumber tegangan dari PLN dengan beban. Dari sistem ATS yang dirancang pada penelitian  ini  fungsi  tersebut  dilakukan  oleh  timer  0.00. Timer  000  adalah  timer on  delay, dimana  biner  ini  akan berada  pada  kondisi on setelah  10  detik  sesuai  dengan intruksi  yang  telah  dimasukan,  hitungan  10  detik  disini adalah  prediksi  waktu  yang  dibutuhkan  jalur  PLN  untuk berada pada kondisi tegangan yang stabil.
2. Power Genset ON dan OFF
Gambar 5. Diagram l adder genset ON
Gambar  5    memperlihatkan  ledder  dimana power genset  dalam  keadaan  terhubung  yaitu,  Jika  pada  koil 10.02  terbuka.  Kemudian  kondisi  tersebut  terjadi  jika, posisi NC dari  port  0.00  dan  posisi NO dari  port  0.01 bekerja. Power genset  akan off jika  timer  0.01  berada dalam kondisi on , dimana port NC dari TIM001 terputus, hal  ini  terjadi  jika  sumber  tegangan  dari  PLN  kembali terhubung. Proses pemutusan power genset terjadi setelah 20 detik sejak jalur PLN terhubung.
3. Start Genset
Gambar 6.  Diagram ladder start genset
Gambar  6  memperlihatkan  genset  akan  melakukan start  ketika  tegangan  dari  PLN    padam,  penjelasan  dari ledder  diatas  yaitu  ketika  genset  dalam  keadaan  hidup yaitu  kontak  dari  10.08,  0.00  akan  tertutup  dan  timer 10.03 akan bekerja sebagai start genset jika dalam starter pertama  hidup  maka  timer  003  akan  mereset  pada  timer 002  untuk  berhenti  men-starter  genset.  Apabila  dalam start  genset  pertama  tidak  hidup  maka  kontak  CNT011 akan mengulang melakukan start genset kedua dan ketiga yaitu start genset sebanyak 3kali.

## 4. Kontaktor Genset ON
Gambar 7.  Diagram ladder kontaktor genset terbuka
Gambar  7  memperlihatkan sistem kendali PL C ketika line  genset  dalam  kondisi Off atau  genset  mati,  dimana kontak NO dari port 0.01 berada pada kondisi  terbuka .
Gambar 8. Diagram ladder kontaktor genset tertutup
Gambar  8    memperlihatkan  dimana  kontak  pada  port 0.01  akan  tertutup  jika  genset  dalam  posisi ON atau hidup.    Yaitu  Dimana  kontak  dari  TIM004  akan  tertutup jika  timer  004  bekerja,  yaitu  menunggu  kestabilan tegangan  dari  genset  selama  10  detik.  Jika  TIM004  pada posisi tertutup, kontak dari port 10.01 atau Kontaktor dari genset  akan  tertutup  dan  tegangan  akan  langsung  masuk ke load atau beban.
5.  Emergency stop
Pada emergency stop menggunakan satu tombol untuk on dan off ,  dimana  fungsi  ini  bisa  menggunakan  Internal relai,  Set  reset,  dan  Counter.  Pada  penelitian  saya  untuk skripsi mencoba menggunakan  Counter.
Gambar 9. Diagram ladder emergency stop sekali tekan
Gambar  9  diatas  dapat  dijelaskan  pada  saat  tombol emergency ditekan  1x  maka  yang  terjadi  adalah  kontak pada  port  10.08  terbuka  atau normaly open dan  counter 012  akan  memutus  pada  CNT012  yaitu normaly  open . ketika itu sistem dari ATS akan berhenti.
Gambar 10.  Diagram ladde r emergency stop dua kali tekan
Dari  gambar  10  dapat  dilihat  yaitu  ledder emergency stop,  jadi  jika  tombol  emergency  di  tekan  2x  maka counter  akan  mereset  CNT012,  kemudian  counter  012 akan  di  reset  sama  counter  013  yaitu  memutus  CNT013 sedangkan  counter  013  akan  direset  sama  kontak  10.08. jadi sistem dapat berjalan atau bekerja lagi.
B.  Pengujian sistem ATS menggunakan Genset Noqiwa tipe EC700 CXF.
Implementasi  hasil dari penelitian  yang di dapat pada saat  percobaan  alat  hingga  alat  bekerja  sesuai  dengan sistem  yang  dibuat  dengan  menggunakan software  CX- programer yaitu sebagai berikut :
1. Pada saat sumber listrik PLN mati
Pada saat sumber listrik PLN mati kerja dari ATS akan menggantikan  sumber  tegangan  dari  Genset,  yaitu
dengan  menghidupkan  genset  dan  men-starter  genset sampai  hidup,  ketika  Genset  hidup  dan  tegangan  dari genset  stabil  yaitu  220  V,  maka  Kontaktor  2    akan menutup  dan  tegangan  akan  langsung  masuk  ke  load atau beban waktu yang dibutuhkan untuk memindahkan  beban  melalui  Kontaktor  2  adalah  10 detik.
2. Pada saat sumber listrik PLN hidup Pada  saat  sumber  listrik  PLN  hidup kerja  dari ATS akan  mematikan  genset  dan  sambil  menunggu teganngan  dari  PLN  stabil,  ketika  PLN  sudah  stabil yitu 220 V, maka Kontaktor 1 akan tertutup sedangkan Kontaktor  2  akan  terbuka,  jadi  tegangan  akan  masuk melalui  Kontaktor 1 dan selingan waktunya adalah 10 detik.
3. Apa yang dilakukan ketika Gagal start pada Genset Ketika pada saat men-starter genset gagal, maka yang perlu  dilakukan adalah pengecekan  sistem dari  genset tersebut.
Gambar 11. Genset Noqiwa tipe EC700 CXF

## V. KESIMPULAN
Dalam  pembuatan  rancang  bangun  modul  Automatic Transfer Switch (ATS) dengan menggunakan Programmable  Logic  Controller  (PLC)  omron  tipe SYSMAC CPM2A, dapat disimpulkan yaitu : 1. Apabila  sumber  utama  PLN  padam,  pada  saat  yang bersamaan sistem ATS akan bekerja untuk menghidupkan  sistem  genset.  Sistem  ATS  akan membuat  kontaktor  1  yang  terhubung  pada  PLN berada  pada  kondisi  terbuka.  Bersamaan  dengan terbukanya kontaktor 1, maka kontaktor 2 akan berada pada  kondisi  tertutup.  Hasil  pengujian  menunjukan bahwa  sistem  ATS  untuk  pemindah  sumber  tegangan dari  PLN  ke  genset  mampu  bekerja  sesuai  yang diharapkan.
2. Apabila sumber dari PLN tiba-tiba hidup maka sistem ATS  diharapkan  dapat  bekerja  untuk  mengendalikan proses  pemindahan  sumber  tegangan  dari  genset  ke PLN.  Proses  ini  terjadi  dengan  cara  mematikan kontaktor  2  dan  menghidupkan  kontaktor  1.  Hasil pengujian  menunjukan  bahwa  proses  pemindahan sumber  ke  sumber  tegangan  PLN  bekerja  sesuai dengan yang di harapkan.
3. Jika  sumber  tegangan  dari  PLN  terputus  selama kurang  dari  5  detik  diharapkan  sistem  pada  genset
tidak  akan  bekerja.  Hasil  pengujian  menunjukan bahwa  jika terjadi pemadaman PLN  yang kurang  dari 5 detik, genset tidak mengalami start.
4. Apabila  terjadi  gangguan  pada  sistem  ATS  yang disebapkan sumber dari genset atau sumber dari  PLN yang dapat merusak peralatan ATS, untuk mengamankannya yaitu penyediaan tombol emergency  berfungsi  untuk  mematikan  semua  sistem yang bekerja.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  penulis  ucapkan  kepada  segenap  pihak yang  secara  langsung  maupun  tidak  langsung  telah berkontribusi baik terhadap proses penyusunan tulisan ini maupun dalam proses publikasinya. Terima kasih kepada para  autor  yang  naskahnya  penulis  jadikan  sebagai referensi.

## REFERENSI
[1]  Iwan  Setiawan,  2006,  Programmable  Logic  Controller (PLC)  dan  Teknik  Perancangan  Sistem  Kontrol,  Dell Publissing, Penerbit Andi, Yogyakarta.
[2]  Handy  wicaksono,  2009, Programmable  Logic  Controller. Teori,  Pemograman  dan  aplikasinya  dalam  otomasi  sistem,
Yogyakarta. [3]  Febrio  Nugrah  Alganiy,  2001,  KONTAKTOR  SEBAGAI KOMPONEN PENGENDALI MOTOR LISTRIK,
Palembang.I  Ketut  Wijaya,  2009,  Penggunaan  dan Pemilihan  Pengaman Mini  Circuit  Breaker  (MCB) Secara Tepat Menyebapkan Bangunan Lebih Aman Dari Kebakaran Akibat Listrik, Universitas Undiyana, Bali.
[4]  HimawanWibowo,  2005,  ANALISA  TEKNOEKONOMI PEMAKAIAN  GENSET  DAN  SUMBER  PLN  PADA TRANSMITER TVRI, Semarang