Water Level Control

Kali ini saya ingin berbagi sebuah pengalaman dalam membuat dan memahami prinsip kerja dari rangkaian Water Level Control atau biasa disingkat WLC. Saya membuat skematik dan layout rangkaiannya menggunakan software Proteus 7 Professional. Rangkaiannya cukup sederhana, prinsip kerja utamanya yaitu menggunakan fungsi switching dari 2 buah transistor dan 1 buah SCR. Switching sendiri berarti pensakelaran. Pasti sudah banyak kita ketahui dalam kehidupan sehari-hari bagaimana fungsi dari sebuah sakelar itu sendiri. Dan tentunya ada banyak sekali jenis-jenis sakelar. Biasanya kita ketahui ada 2 prinsip kerja utama sakelar, yaitu menghubungkan arus listrik dan memutuskan arus listrik. Begitupun dengan transistor ataupun SCR dalam rangkaian WLC ini. Bagi Anda yang belum tahu bagaimana prinsip kerjanya, yo.. silakan simak. 

- Prinsip Switching Pada Push Button: 
Sebelum memahami prinsip kerja dari Transistor dan SCR, perlu diketahui juga mengenai prinsip switching pada Push Button, tujuannya supaya tidak keliru dalam memahami analogi yang disampaikan dalam tulisan ini. Analogi tersebut akan dikaitkan dengan kondisi NO, Close, NC, dan Open pada sebuah sakelar Push Button. Jadi, harus dipahami dulu pengertiannya.
- NO (Normally Open), maksudnya adalah kondisi dimana posisi awal sebuah sakelar berada dalam keadaan terbuka dan tidak dipengaruhi gaya dari luar.
- Close, maksudnya adalah kondisi dimana posisi sebuah sakelar berubah dari keadaan NO menjadi tertutup karena dipengaruhi gaya dari luar.
- NC (Normally Close), maksudnya adalah kondisi dimana posisi awal sebuah sakelar berada dalam keaadan tertutup dan tidak dipengaruhi gaya dari luar.
- Open, maksudnya adalah kondisi dimana posisi sebuah sakelar berubah dari keaadaan NC menjadi terbuka karena dipengaruhi gaya dari luar.

- Sedikit uraian tentang Transistor sebagai switching
Transistor yang kita ketahaui memiliki 3 kaki, yaitu Basis, Kolektor, dan Emitor. Fungsi switching ini dikendalikan melalui kaki Basis. Sedangkan kaki kolektor dan emitor menjadi penghubung dan pemutus aliran listrik pada transistor.
Transistor sebenarnya memiliki banyak fungsi dalam rangkaian elektronika. Namun, fungsi transistor yang akan dijelaskan di sini hanya sebatas sebagai switching. Untuk pembahasan lebih khusus mengenai karakteristik transistor tentunya memerlukan wadah tersendiri. 
OK.., jadi intinya dalam rangkaian WLC ini transistor hanya digunakan sebagai switching atau pensakelaran. Analogi sakelar yang pas untuk transistor sendiri adalah push button tanpa pengunci (inget ya push button tanpa pengunci kalo yang ada penguncinya itu beda lagi). Itu menurut saya. Hehe.. kenapa ya, kok harus push button tanpa pengunci? Sebenarnya itu untuk pembeda juga dengan SCR, karena SCR juga prinsipnya sama sebagai switching. Coba kita lihat push button yang tanpa pengunci. Misal push button-nya adalah push button dengan kondisi NO. Dalam kondisi ini push button tidak menghantarkan arus listrik. Saat push button ditekan, kedua kutubnya akan terhubung dan disebut dengan kondisi Close, atau dalam kondisi ini push button dapat menghantarkan arus listrik. Ketika push button tersebut tidak mendapatkan tekananan lagi, maka kedua kutubnya akan kembali ke kondisi semula yaitu NO. Prinsip kerja ini mirip dengan transistor jenis NPN, nah lho.. kenapa juga harus NPN? Kenapa bukan transistor jenis PNP?. Transistor jenis NPN bisa diibaratkan seperti push button NO, karena saat basis pada transistor NPN diberikan tegangan dengan nilai tertentu, maka transistor tersebut akan berubah kondisi menjadi saturasi, yang mana transistor NPN dalam kondisi ini dapat menghantarkan arus mirip seperti push button dalam kondisi Close. Kemudian, ketika basis pada transistor NPN tidak lagi mendapatkan tegangan yang cukup atau tegangannya kurang dari nilai yang telah ditentukan maka transistor tersebut akan kembali ke kondisi semula yaitu cutoff, atau dalam kondisi ini transistor tidak dapat menghantarkan arus listrik, mirip seperti push button dalam kondisi NO. Nah, untuk Transistor jenis PNP lebih tepatnya bisa dianalogikan seperti push button dalam kondisi NC, yang mana prinsip kerjanya kebalikan dari push button NO.

- SCR
SCR (Silicon Control Rectifier) juga memiliki 3 kaki, yaitu Gate, Anoda, dan Katoda. Tidak seperti transistor yang memiliki banyak fungsi berbeda. SCR dalam rangkaian elektronika kebanyakan hanya difungsikan sebagai switching. Namun, saat digunakan switching-pun berbeda dengan transistor yang dianalogikan sebagai push button seperti diatas. SCR lebih dekatnya seperti dioda penyearah yang tidak langsung berfungsi (aktif). SCR akan aktif jika diberi tegangan trigger pada Gate yang menyebabkan SCR bisa berfungsi layaknya dioda yaitu menghantarkan arus listrik dari Anoda ke Katoda. SCR akan tetap berfungsi seperti dioda penyearah walau sudah tidak menerima tegangan trigger, selama salah satu antara kaki Anoda dan Katoda tidak terputus dari sumber tegangan. Jika dilihat dari prinsip kerja SCR, maka SCR bisa dianalogikan seperti push button yang memiliki pengunci. Untuk mengembalikan ke kondisi semula (mereset penguncinya) harus dengan memutuskan tegangan listrik diantara Anoda atau Katoda.

- Prinsip kerja WLC
Seperti yang telah dijelaskan di atas WLC sendiri menggunakan prinsip pensakelaran dari 3 buah komponen utama. Yaitu, 2 buah transistor NPN dan 1 buah SCR. Selanjutnya untuk kontak ke beban-nya menggunakan 1 buah relay. Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar berikut yang merupakan rangkaian keseluruhan WLC.

 Klik gambar untuk memperbesar atau bisa klik di sini.

  

Pada gambar di atas, di dalam tangki air terdapat kawat konduktor K1, K2, dan K3. Kawat-kawat tersebut juga difungsikan sebagai sakelar yang pemutus dan penghubungnya adalah media air. Jika tangki air dalam kondisi kosong, maka gate pada SCR U2 yang terhubung dengan K1 dan basis pada transistor Q2 yang terhubung dengan K2 tidak mendapat tegangan. Sehingga SCR U2 dalam kondisi off dan transistor Q2 dalam kondisi cutoff atau jika dianalogikan ke sakelar kondisinya terbuka (memutus arus). Karena U2 dan Q2 dalam kondisi memutus arus, maka arus listrik akan mengalir ke basis transistor Q1, secara otomatis basis transistor Q1 bisa mendapatkan tegangan yang cukup untuk menjadikan transistor Q1 tersebut ke kondisi saturasi. Dalam kondisi ini, Q1 menghantarkan arus listrik menuju relay RL1, dan Coil RL1-pun aktif. Sehingga, terjadi gaya elektromagnetik pada coil relay yang dapat mengubah posisi contact relay dari NO menjadi Close, arus listrik dari sumber tegangan 220VAC-pun akan mengalir ke motor pompa yang menyebabkan motor pompa aktif. Kemudian, perlahan tangki air akan terisi hingga kawat K2 akan tergenang air. Saat K2 terhubungkan dengan K3 oleh air, maka basis transistor Q2 mendapatkan tegangan yang cukup untuk menjadikan Q2 saturasi dan Q2 dapat menghantarkan arus listrik. Secara bertahap juga tangki air akan terisi penuh hingga menggenang kawat K1, yang menyebabkan gate U2 mendapatkan tegangan trigger dan U2 menjadi aktif sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Pada saat Q2 dan U2 dalam kondisi menghantarkan, tegangan yang didapat oleh basis Q1 akan terbagi menuju ke Q2 dan U2 yang menghubungkan ke ground. Sehingga tegangan pada basis Q1 akan berkurang yang mengakibatkan kondisi Q1 menjadi cutoff. Secara otomatis aliran listrik ke coil relay RL1-pun akan terputus dan kontak relay akan berubah lagi ke semula dari Close menjadi NO yang juga memutus aliran listrik ke Pompa Air. Saat air dalam tangki berkurang, kondisi U2 akan tetap aktif karena sifat dari SCR sendiri yaitu mengunci (tetap aktif) walau sudah tidak menerima tegangan trigger, sehingga motor pompa tidak akan langsung mengisi air. Tangki air akan kembali terisi ketika level air berada dibawah K2, karena tegangan sudah terputus oleh Q2 yang berarti memutus pengunci untuk U2, juga merubah kembali kondisi Q1 menjadi saturasi. Dan tangki air pun akan terisi kembali sampai penuh.

- Layout dan Tata Letak PCB
Bagi Anda yang ingin membuat rangkaian PCB WLC, berikut ini sudah saya sediakan link download layout WLC yang siap cetak. Selain itu disertakan juga file Proteus-nya jika ingin di-edit lagi.

Download Layout Lengkap.zip