Prinsip Kerja Transmitter 2-Wire, 3-Wire, dan 4-Wire

• 2-Wire (Loop-Powered): Transmitter 2-kawat menggunakan dua kabel untuk suplai dan sinyal sekaligus. Arus 4–20 mA mengalir seri dari catu daya 24V, melalui transmitter, dan ke modul analog PLC. Konfigurasi ini hemat kabel dan umum dipakai di lapangan (hanya membutuhkan loop arus).
• 3-Wire: Memiliki tiga terminal (biasanya +24V, 0V, dan output sinyal). Dua kabel (+24V dan 0V) menyediakan daya ke transmitter, sementara satu kabel tambahan membawa sinyal 4–20 mA ke PLC. Transmitter 3-kawat dapat dikonfigurasi sebagai current source (arus keluar melalui kabel positif) atau current sink (arus kembali melalui ground). Model ini cocok jika modul PLC memerlukan referensi ground terpisah.
• 4-Wire (Self-Powered): Memiliki empat kabel terpisah: dua untuk suplai daya (+ dan –) dan dua untuk sinyal (+ dan –). Transmitter 4-kawat biasanya memiliki sumber daya internal atau memerlukan catu daya eksternal yang berbeda. Karena sinyal dikirim secara diferensial, bobot kabel lebih banyak tetapi noise dapat diminimalkan. Kelebihannya, pengaruh tahanan kabel lebih rendah dan beban ke PLC dapat lebih besar.

Skema Koneksi dan Diagram Kabel

Gambar: Skema pengkabelan transmitter analog 2-wire, 3-wire, dan 4-wire. Gambar di atas memperlihatkan perbedaan pengkabelan setiap jenis transmitter analog:

• 2-Wire Transmitter: Catu daya +24V (dari power supply) mengalir ke terminal positif transmitter, lalu arus loop 4–20 mA menuju input analog PLC, dan kembali ke 0V catu daya. Semua dilakukan dalam satu loop seri (power+ dan signal+ sama).
• 3-Wire Transmitter: Tiga kabel: +24V dan 0V ke terminal suplai transmitter, sedangkan kabel ketiga membawa sinyal 4–20 mA ke PLC. Dengan konfigurasi current source, arus loop melintasi jalur +24V dan kabel sinyal ke PLC; dalam konfigurasi current sink, arus melalui 0V dan kabel sinyal.
• 4-Wire Transmitter: Empat kabel: dua kabel catu daya (+24V, 0V) dan dua kabel sinyal (+, –) terpisah. Daya ke transmitter tidak melalui loop sinyal. Output arus atau tegangan berbeda dibawa melalui kabel sinyal +/- ke modul PLC secara diferensial.

Diagram ini memudahkan pemahaman koneksi tiap jenis transmitter berdasarkan topologi loop arus.

Fungsi Kabel dan Koneksi ke Modul Analog PLC

• Kabel Catu Daya (+24V dan 0V): Menyediakan energi pada transmitter. Kabel +24VDC terhubung ke terminal positif transmitter, dan kabel 0V (ground) ke terminal negatif transmitter. Terminal 0V ini juga dihubungkan ke terminal COM atau – pada modul analog PLC agar memiliki referensi nol yang sama.
• Kabel Sinyal (4–20 mA): Menghantarkan arus loop representasi variabel proses. Pada transmitter 2-kawat, kedua kabel loop juga berfungsi sebagai suplai. Pada transmitter 3-kawat, hanya kabel sinyal yang membawa arus ke PLC; ground transmitter (0V) berbagi dengan ground PLC. Sebagai contoh, dalam sebuah transmitter suhu Stego, terminal +24VDC dihubungkan ke pin “+24V” dan 0V ke pin “GND” pada transmitter; terminal sinyal suhu (“T”) ke input PLC, dan COM PLC ke 0V/GND.
• Kabel Ground/Negatif (GND): Menyediakan referensi nol volt. Ground transmitter harus berhubungan dengan ground sistem kontrol. Modul input analog PLC (terutama yang pasif/sink) umumnya mengharuskan COM-nya terhubung ke ground yang sama. Dalam contoh di atas, setelah menyambungkan +24V dan 0V ke transmitter, keluaran “T” disambung ke input PLC, dan COM PLC dihubungkan ke 0V.

Contoh Perangkat Dunia Nyata

• PT100 (Sensor Suhu RTD): Elemen RTD platinum (Pt100) biasa tersedia dalam konfigurasi 2-, 3-, atau 4-kawat. Versi 2-kawat sederhana tanpa kompensasi (cukup untuk keperluan kasar), sedangkan 3-kawat umum di industri karena dapat mengompensasi tahanan kabel (mengurangi kesalahan pengukuran). Konfigurasi 4-kawat paling akurat karena menghilangkan pengaruh tahanan kabel sama sekali. Contohnya, sebuah transmitter suhu Pt100 loop-powered (2-kawat) mengubah pembacaan suhu menjadi sinyal 4–20 mA ke PLC.
• Pressure Transmitter 4–20 mA: Banyak transmitter tekanan (misal untuk cairan atau gas) menggunakan output arus 4–20 mA. Tipe loop-powered 2-kawat sangat lazim (catu daya 24VDC + loop arus) karena wiring sederhana dan noise rendah. Beberapa pressure transmitter juga dirancang 3-kawat, dengan catu daya plus dan sinyal terpisah (source/sink) agar kompatibel dengan modul PLC tertentu.
• Level Transmitter: Misalnya transmitter level hidrostatik (submersible) atau radar level. Sebagian besar level transmitter analog menggunakan loop arus 4–20 mA 2-kawat untuk kemudahan instalasi. Sebagai contoh, sensor level cair menggunakan diapragm dan mengirimkan sinyal 4–20 mA ke PLC.
• Flow Transmitter: Contohnya flowmeter vortex atau turbine yang menghasilkan 4–20 mA. Banyak flowmeter analog bersifat loop-powered (2-kawat). Untuk flowmeter elektromagnetik atau ultrasonik dengan elektronik terintegrasi, bisa saja menggunakan 4-kawat (dengan catu daya terpisah) dan output arus/tegangan ke PLC.

Praktik Terbaik Instalasi Kabel

• Gunakan Kabel Shielded Twisted-Pair: Semua kabel sinyal analog sebaiknya berupa twisted pair terlapis pelindung (shielded). Pelindung (shield) kabel dihubungkan hanya di satu ujung saja (biasanya di panel kontrol/master ground) untuk menghindari ground loop. Twisted pair membantu membatalkan interferensi magnetik dan menyeimbangkan impedansi jalur sinyal.
• Pisahkan Jalur Kabel: Jauhkan kabel sinyal dari kabel daya atau komponen elektromagnetik (motor, transformator, dll). Hindari merutekan kabel analog paralel dengan kabel listrik bertegangan tinggi untuk meminimalkan induksi noise.
• Konektor dan Terminal yang Tepat: Gunakan konektor yang sesuai (misalnya terminal screw yang kokoh atau konektor M12 standar) dan pastikan kawat terpasang kencang. Selalu periksa kontinuitas dan polaritas kabel sebelum pengoperasian. Kabel dengan penampang terlalu kecil dapat menyebabkan drop tegangan.
• Proteksi dan Isolasi: Jika diperlukan, tambah isolator loop atau filter EMI untuk melindungi sinyal dari lonjakan tegangan atau gangguan. Grounding yang baik dan isolasi galvanik antara loop analog dan sirkuit lain dapat mencegah noise dan gangguan.

Kesalahan Umum dan Cara Menghindarinya

• Polarity Terbalik atau Koneksi Salah: Menyambung kabel +24V dan 0V terbalik, atau menghubungkan sinyal ke terminal PLC yang keliru, dapat merusak transmitter atau menghasilkan sinyal tak terduga. Selalu verifikasi polaritas dan penempatan kabel sebelum menyalakan sistem.
• Ground Loop: Menyambung shield di kedua ujung kabel atau menggunakan modul PLC tanpa isolasi dapat menyebabkan ground loop. Akibatnya, arus ground mengalir tidak terkendali dan sinyal 4–20 mA terganggu. Solusinya: pastikan hanya satu titik ground utama dan gunakan modul analog terisolasi.
• Interferensi Noise: Kabel sinyal yang terlalu dekat dengan jalur listrik atau peralatan bertenaga besar mudah terpapar EMI. Hal ini dapat menyebabkan pembacaan fluktuatif. Hindari penempatan seperti itu dan gunakan shielding sebagaimana disarankan.
• Koneksi Longgar atau Penampang Kurang: Sambungan pada terminal yang tidak kencang atau kawat penampang kecil dapat menyebabkan drop tegangan pada loop (arus berkurang). Hal ini akan menggeser skala pembacaan. Gunakan kabel dengan ukuran penampang sesuai dan kencangkan konektor.
• Kesalahan Konfigurasi PLC: Modul input analog harus dikonfigurasi sesuai dengan jenis sensor (sink/source, range arus, dll). Kelalaian ini dapat membuat input selalu nol atau saturasi. Bacalah manual PLC untuk setelan analog yang benar.

Dengan memperhatikan prinsip wiring yang benar, menggunakan perlindungan dan kabel yang sesuai, serta menghindari kesalahan di atas, instalasi analog 2-, 3-, atau 4-wire dapat berfungsi dengan akurat dan handal.