BAB IV KARAKTERISTIK DAN PERANGKAT PLC ( PROGRAMMABLE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) CONTROLLER) PENDAHULUAN Sebuah PLC ( Programmable Logic Controller ) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relai yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian menentukan aksi apa yang harus dilakukan pada instrumen keluaran berkaitan dengan status suatu ukuran atau besaran yang diamati. PLC banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi industri, misalnya proses pengepakan, penanganan bahan, perakitan otomatis dan lain sebagainya. Semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting penggunaan PLC untuk mempermudah proses proses tersebut. Pada bagian ini akan dibahas tentang sejarah perkembangan PLC, komponenkomponen dan prinsip kerja PLC, dan perangkat input/output pada PLC. Setelah mengikuti pembahasan materi ini, mahasiswa diharapkan akan dapat menjelaskan komponen dasar dan prinsip kerja PLC, dan karakteristik dari berbagai perangkat input dan output yang biasa digunakan pada PLC.
4.1 PENGENALAN PLC Berdasarkan
pada
standar
yang
dikeluarkan
oleh National
Electrical
Manufactures Association Association (NEMA) ICS3-1978 Part.304 PLC didefinisikan sebagai suatu peralatan elektronik yang bekerja secara digital, memiliki memori yang dapat diprogram, menyimpan perintah-perintah untuk melakukan fungsi-fungsi khusus seperti logika, sequencing , timing , counting , dan aritmetika untuk mengontrol berbagai jenis mesin atau proses. Menurut Bolton (2004), PLC merupakan suatu bentuk khusus pengontrol berbasis-mikroprosesor yang memanfaatkan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi dan untuk mengimplementasikan fungsi-fungsi semisal logika, sequencing logika, sequencing , pewaktuan (timing) (timing),, pencacahan (counting ( counting ), ), dan aritmetika guna mengontrol mesin-mesin dan proses-proses. Sedangkan menurut Setiawan (2006), PLC pada dasarnya adalah sebuah komputer yang khusus dirancang untuk mengontrol suatu proses atau mesin. Proses yang dikontrol ini dapat berupa regulasi variabel secara kontinyu seperti pada sistem-sistem servo, atau sistem yang melibatkan dua keadaan 53
(ON/OFF) tetapi dilakukan secara berulang-ulang, seperti pada mesin pengeboran, sistem konveyor, dan lain-lain. Walaupun istilah PLC secara bahasa berarti
pengontrol logika yang dapat
dikontrol, tetapi pada kenyataanya PLC secara fungsional tidak lagi terbatas pada fungsi-fungsi logika saja. Dewasa ini, sudah ada PLC yang dapat melakukan perhitungan-perhitungan aritmetika yang relatif kompleks, fungsi-fungsi komunikasi, dan lain-lain, sehingga beberapa buku manual hanya menggunakan istilah PC ( Programmable Controller ).
4.1.1 Sejarah dan Perkembangan PLC Secara hitoris, PLC pertama kali dirancang perusahaan General Motor (GM) sekitar tahun 1968 untuk menggantikan control relay pada proses sekuensial yang dirasakan tidak fleksibel dan berbiaya tinggi. Pada saat itu, hasil rancangan telah benar benar berbasis komponen solid state dan memiliki fleksibilitas tinggi, hanya secara fungsional masih terbatas pada fungsi-fungsi kontrol saja. Seiring perkembangan teknologi solid state, saat ini PLC telah mengalami perkembangan luar biasa, baik pada ukuran, kepadatan komponen serta dari segi fungsionalnya. Beberapa peningkatan perangkat keras dan perangkat lunak ini di antaranya adalah: •
Ukuran semakin kecil dan kompak.
•
Jumlah input/output yang semakin banyak dan padat.
•
Beberapa jenis dan tipe PLC dilengkapi dengan modul-modul untuk tujuan kontrol kontinu, misalnya modul ADC/DAC, PID, modul Fuzzy, danlain-lain.
•
Pemrograman relative semakin mudah. Hal ini terkait dengan perangkat lunak pemrograman yang semakin user friendly.
•
Memiliki kemampuan komunikasi dan sistem dokumentasi yang semakin baik.
•
Jenis instruksi/fungsi semakin banyak dan lengkap.
•
Waktu eksekusi program yang semakin cepat. Dewasa ini, vendor-vendor PLC umumnya memproduksi PLC dengan berbagai
ukuran, jumlah input/output, instruksi dan kemampuan lainnya yang beragam. Hal ini dilakukan untuk memenuhi kebutuhan pasar yang sangat luas, yaitu untuk tujuan kontrol yang relative sederhana dengan jumlah input/output (I/O) puluhan, sampai kontrol yang kompleks dengan jumlah I/O mencapai ribuan. Berdasarkan jumlah I/O 54
yang dimilikinya, secara umum PLC dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar (Setiawan, 2006:3):
PLC mikro. PLC dapat dikategorikan mikro jika jumlah I/O-nya kurang dari 32
terminal.
PLC mini. PLC dapat dikategorikan mini jika jumlah I/O-nya antara 32 sampai
128 terminal.
PLC large. PLC ukuran ini dikenal juga dengan PLC rack. PLC dapat
dikategorikan besar jika jumlah I/O-nya lebih dari 128 terminal. Gambar 4.1 memperlihatkan pengelompokan PLC berdasarkan jumlah I/O-nya.
Gambar 4.1. Pengelompokan PLC berdasarkan jumlah I/O Fasilitas, kemampuan, dan fungsi yang tersedia pada setiap kategori PLC pada umumnya berbeda satu dengan lainnya. Semakin sedikit jumlah I/O pada PLC maka jenis instruksi yang tersedia juga semakin terbatas. Untuk menambah fleksibilitas penggunaannya, terutama untuk mengantisipasi perkembangan dan perluasan sistem kontrol pada aplikasi tertentu, PLC dengan ukuran mini dan besar umumnya dirancang bersifat modular. Artinya, unit input/output PLC berupa modul-modul yang terpisah dari rack atau unit CPU seperti pada Gambar 4.2. Unit input/output diskret atau modulmodul analog seperti unit kontrol PID, A/D, D/A, dan lain sebagainya yang dapat dibeli secara terpisah dari unit CPU PLC tersebut.
Gambar 4.2. PLC tipe rack yang bersifat modular
55
4.1.2 Perbandingan PLC dengan Jenis Kontroler Lainnya PLC dengan Control Relay
Perancangan PLC pada awalnya dimaksudkan untuk menggantikan control relay yang tidak fleksibel. Beberapa keuntungan penggunaan PLC relative terhadap control relay untuk pengontrolan mesin atau proses, di antaranya:
Bersifat softwire, artinya fungsi kontrol dapat secara mudah diubah dengan mengganti program dengan software.
Implementasi proyek cepat.
Pengabelan relatif sederhana dan rapi.
Monitoring proses terintegrasi.
PLC dengan Mikrokontroler
Mikrokontroler pada dasarnya adalah sebuah komputer yang dirancang untuk melakukan tugas-tugas kontrol. Secara fungsional, PLC dan mikrokontroler ini hampir sama, tetapi secara teknis pengontrolan mesin atau plant dengan mikrokontroler relatif lebih sulit. Hal ini terkait dengan perangkat keras dan perangkat lunak dari mikrokontroler tersebut. Pengontrolan dengan mikrokontroler memerlukan perancangan pengondisi sinyal tambahan pada port input/output-nya, dan umumnya pemrograman mikrokontroler ini dilakukan dengan menggunakan bahasa assembler yang relatif lebih sulit. PLC dengan Personal Computer (PC)
PLC serupa dengan komputer namun bedanya: komputer dioptimalkan untuk tugastugas perhitungan dan penyajian data, sedangkan PLC dioptimalkan untuk tugas-tugas pengontrolan dan pengoperasian di dalam lingkungan industri. Dengan demikian PLC memiliki karakteristik: 1. Kokoh dan dirancang untuk tahan terhadap getaran, suhu, kelembaban, dan kebisingan. 2. Antar-muka (interface) untuk input dan output telah tersedia secara built-in di dalamnya. 3. Mudah diprogram dan menggunakan sebuah bahasa pemrograman yang mudah dipahami, yang sebagian besar berkaitan dengan operasi-operasi logika dan penyambungan. Dalam sistem kontrol dewasa ini, sebuah PC (selain dapat digunakan sebagai perangkat pemrograman PLC), juga umum digunakan untuk monitoring dan menjadi perangkat 56
komunikasi antara PLC dengan komputer utama, misalnya sistem kontrol skala besar seperti diperlihatkan pada Gambar 4.3. Dengan kata lain, saat ini dapat dikatakan bahwa komputer merupakan mitra tak terpisahkan dalam penggunaan PLC.
Gambar 4.3. Pemanfaatan komputer untuk menghubungkan PLC dengan mainframe
4.2 KOMPONEN-KOMPONEN DAN PRINSIP KERJA PLC 4.2.1 Komponen Dasar Umumnya sebuah sistem PLC memiliki lima komponen dasar. a. Unit prosesor atau central processing unit (CPU) adalah unit yang berisi mikroprosesor yang menginterpretasikan sinyal-sinyal input dan melaksankan tindakan-tindakan pengontrolan, sesuai dengan program yang tersimpan di dalam memori, lalu mengkomunikasikan keputusan-keputusan yang diambilnya sesuai sinyal-sinyal kontrol ke antarmuka/interface output. b. Unit catu daya diperlukan untuk mengkonversikan tegangan sumber ac menjadi tegangan dc rendah yang dibutuhkan oleh prosesor dan rangkaian-rangkaian di dalam modul-modul antarmuka input dan output. c. Perangkat pemrograman dipergunakan untuk memasukkan program yang dibutuhkan ke dalam memori. Perangkat pemrograman umumnya tidak tersambung secara permanen ke PLC, dan dapat dipindahkan dari satu pengontrol ke pengontrol lainnya tanpa mengganggu operasi-operasi yang sedang berjalan. d. Unit memori adalah tempat menyimpan program yang digunakan untuk melaksanakan tindakan-tindakan pengontrolan oleh mikroprosesor. 57
e. Bagian input dan output adalah antarmuka di mana prosesor menerima informasi dari (dan mengkomunikasikan informasi kontrol ke) perangkat perangkat eksternal (peralatan input dan peralatan output). Gambar 4.4 menampilkan konfigurasi dasar PLC. Perangkat Pemrograman
Memori
Input device
Antar-muka Input
PROSESOR
Antar-muka Output
Output device
Catu Daya (Power Supply )
Gambar 4.4. Konfigurasi dasar PLC PLC bekerja berdasarkan data atau sinyal yang diterima dari peralatan input (input device) seperti saklar, tombol atau sensor. Data yang masuk berupa sinyal-sinyal analog dan kemudian diubah oleh modul input menjadi sinyal-sinyal digital. Selanjutnya data yang telah diubah tersebut diproses di Central Processing Unit (CPU) dalam PLC. Sinyal tersebut diproses sesuai dengan program yang telah diinput ke dalam memorinya. Hasil kerjanya yang masih merupakan sinyal digital selanjutnya diteruskan ke modul output untuk diubah kembali menjadi sinyal-sinyal analog yang nantinya akan menggerakkan peralatan output (output device) seperti kontaktor atau relai.
4.2.2 Arsitektur Internal Gambar IV-5 memperlihatkan arsitektur dasar sebuah PLC. Arsitektur ini tersusun atas sebuah unit pengolahan pusat (CPU) yang berisi sistem mikroprosesor, memori, dan rangkaian input/output(I/O). CPU mengontrol dan menjalankan semua operasi di dalam PLC. Piranti ini disambungkan ke sebuah piranti clock (pewaktu) dengan frekuensi antara 1 hingga 8 MHz. Frekuensi ini menentukan kecepatan operasi PLC dan menyediakan mekanisme pewaktuan dan sinkronisasi untuk semua elemen di dalam sistem. Informasi di dalam PLC disalurkan melalui sinyal-sinyal digital. Jalur jalur internal yang dilalui sinyal-sinyal digital tersebut dinamakan bus. Secara fisik, 58
sebuah bus hanyalah sejumlah konduktor yang dapat dilalui oleh sinyal-sinyal listrik. Konduktor-konduktor ini dapat berupa jalur-jalur pada sebuah PCB ( printed circuit board ) atau kawat-kawat di dalam sebuah kabel. CPU mempergunakan bus data untuk mengirimkan data ke elemen-elemen PLC, bus alamat untuk mengirimkan alamat lokasi penyimpanan data, dan bus kontrol untuk sinyal-sinyal yang terkait dengan proses kontrol internal. Bus sistem dipergunakan untuk komunikasi antara port-port I/O dengan unit I/O. Bus alamat Panel Program
Bus kontrol
RAM Program pengguna
ROM sistem
CPU
Unit input/ output
RAM data
Bus data
Bus sistem I/O
Buffer
Pengkopling optik
Kanal-kanal input
Gambar 4.5. Arsitektur internal PLC
Saklar
Antarmuka perangkat penggerak
Perangkat penggerak
Kanal-kanal output
4.2.2.1 CPU
Struktur internal CPU bergantung pada mikroprosesor yang bersangkutan. Pada umumnya komponen-komponen struktur tersebut adalah: •
Sebuah unit aritmetika dan logika (arithmetic and logic unit /ALU) yang menangani manipulasi data dan melaksanakan operasi aritmetika penjumlahan dan pengurangan, dan operasi-operasi logika AND, OR, NOT, dan OREKSKLUSIF.
59
•
Memori, yang dinamakan register, yang terletak di dalam mikroprosesor dan dipergunakan untuk menyimpan informasi yang terlibat dalam pengeksekusian program.
•
Sebuah unit kontrol yang dipergunakan untuk mengontrol pewaktuan operasi.
4.2.2.2 Bus
Bus adalah jalur-jalur yang digunakan untuk melaksanakan komunikasi di dalam PLC. Informasi dikirimkan dalam bentuk biner, yaitu sebagai sekumpulan bit, di mana sebuah bit adalah sebuah digit biner 1 atau 0, misalnya, status ‘hidup’ atau ‘mati’.Istilah word digunakan untuk sekelompok bit yang merepresentasikan suatu informasi tertentu. Maka, sebuah word 8-bit boleh jadi adalah bilangan biner 01010101. Tiap-tiap bit dikomunikasikan secara bersamaan melalui sebuah jalur tersendiri yang paralel dengan jalur-jalur bit lainnya. Sistem PLC memiliki empat jenis bus: a. Bus data membawa data yang digunakan di dalam pemrosesan yang dilaksanakan oleh CPU. Sebuah mikroprosesor disebut sebagai mikroprosesor 8 bit jika memiliki bus data internal yang dapat menangani bilangan 8-bit. Dengan demikian, mikroprosesor tersebut dapat melaksanakan operasi-operasi terhadap bilangan-bilangan 8-bit dan memberikan hasil yang juga merupakan nilai-nilai 8-bit. b. Bus alamat digunakan untuk membawa alamat lokasi-lokasi memori. Aar setiap word dapat ditempatkan di dalam memori, setiap lokasi memori diberikan sebuah
alamat
yang
unik.
Bus
alamat
membawa
informasi
yang
mengindikasikan alamat mana yang harus diakses. Apabila bus alamat terdiri atas 8 jalur, banyaknya bilangan 8-bit, dan dengan sendirinya banyaknya alamat 8
yang berbeda adalah 2 = 256. c. Bus kontrol membawa sinyal-sinyal yang digunakan oleh CPU untuk melaksankan kontrol, misalnya untuk memeberitahukan pada piranti-piranti memori apakah harus menerima data dari sebuah input, atau mengirimkan data ke sebuah output, dan untuk membawa sinyal-sinyal pewaktuan yang digunakan di dalam proses-proses sinkronisasi. d. Bus sistem digunakan untuk komunikasi antara port-port input/output dengan unit input/output.
60
4.2.2.3 Memori
Terdapat beberapa elemen memori di dalam sistem PLC, yaitu:
Read-only memory (ROM)sistem yang menyediakan fasilitas penyimpanan permanen untuk sistem operasi dan data tetap yang digunakan oleh CPU.
Random-access memory (RAM) untuk program pengguna.
Random-access memory (RAM) untuk data. Memori ini merupakan tempat disimpannya informasi mengenai status perangkat-perangkat input dan output, nilai-nilai timer (piranti pewaktuan) dan counter (piranti pencacah), dan perangkat-perangkat internal lainnya. RAM data kadangkala disebut sebagai tabel data atau tabel register . Sebagian dari memori ini, yaitu blok alamat , diperuntukkan bagi alamat-alamat input dan output, dan status masing-masing input dan output tersebut. Sebagian lainnya disishkan untuk menyimpan data yang telah ditetapkan sebelumnya ( preset ), dan sisanya untuk menyimpan nilainilai counter, nilai-nilai timer, dan sebagainya.
Sebagai pilihan, dapat pula disertakan sebuah modul ekstra erasable and programmable read-only-memory (EPROM), yaitu ROM-ROM yang dapat diprogram, dan setelah itu, program tersebut secara permanen tersimpan di dalamnya. Program-program dan data yang ada di dalam RAM dapat diubah oleh pengguna.
Setiap PLC memiliki RAM dengan ukuran tertentu untuk menyimpan progrm-program yang dikembangkan oleh pengguna dan menyimpan data program. Akan tetapi, untuk mencegah hilangnya program ketika catu daya dimatikan, digunakan sebuah baterai di dalam PLC untuk mempertahankan isi RAM selama jangka waktu tertentu. Setelah sebuah program selesai dikembangkan di dalam RAM, program tersebut dapat dimuatkan ke dalam sebuah chip memori EPROM, seringkali merupakan sebuah modul siap-pasang ke PLC, yang menjadikan program tersebut tersimpan secara permanen. Sebagai tambahan, terdapat pula buffer-buffer penyimpanan sementara yang digunakan untuk kanal-kanal input/output. Kapasitas peyimpanan sebuah unit memori ditentukan oleh jumlah word biner yang dapat disimpan di dalamnya. Sehingga, apabila ukuran sebuah memori adalah 256 word maka memori tersebut dapat menyimpan: 256 x 8 = 2048 bit (jika yang digunakan adalah word 8 bit), dan 256 x 16 = 4096 bit (jika yang digunakan adalah word 16 bit). Ukuran-ukuran memori seringkali dispesifikasikan dalam konteks jumlah lokasi 61
penyimpanan yang tersedia, dengan 1K merepresentasikan 2 10 = 1024 lokasi. Pihak pabrikan memproduksi chip-chip memori dengan kapasitas penyimpanan yang dikelompokkan ke dalam grup-grup 1 bit, 4 bit, dan 8 bit. Sebuah memori 4K x 1 memiliki 4 x 1024 lokasi bit. Sebuah memori 4K x 8 memiliki 4 x 8 x 1024 lokasi bit. Istilah byte dipergunakan untuk sebuah word yang panjangnya 8 bit. Sehingga, memori 4K x 8 dapat menyimpan 4096 byte. Dengan sebuah bus alamat 16-bit, kita dapat 16
memiliki 2 alamat yang berbeda, dan oleh karenanya, dengan sebuah word 8-bit yang 16
disimpan pada tiap-tiap alamat, kita akan mendapatkan 2 x 8 lokasi penyimpanan, 16
10
sehingga kita harus menggunakan sebuah memori dengan ukuran: 2 x 8/2 = 64K x 8 yang dapat diperoleh dalam bentuk empat chip memori 16K x 8 bit. 4.2.2.4 Unit Input/Output (I/O)
Unit I/O menyediakan antarmuka (interface) yang menghubungkan sistem dengan dunia luar, memungkinkan dibuatnya sambungan-sambungan (koneksi) antara perangkat-perangkat input (misalnya sensor, push-button), dengan perangkat-perangkat output (misalnya motor, solenoid), melalui kanal-kanal I/O. Demikian pula, melalui unit I/O, program-program dimasukkan dari panel program. Setiap titik I/O memiliki sebuah alamat yang unik yang dapat digunakan oleh CPU. Secara fisik, rangkaian input/output dengan unit CPU terpisah secara kelistrikan. Hal ini untuk menjaga agar kerusakan pada peralatan input/output tidak mengakibatkan hubungsingkat pada unit CPU. Isolasi rangkaian dari CPU ini umumnya menggunakan rangkaian optocoupler. Gambar 4.6 memperlihatkan isolator optik (pengkopling-optik atau optocoupler ). Radiasi inframerah
LED
Foto-transistor
Gambar 4.6. Isolator optik
Sinyal digital yang secara umum kompatibel dengan mikroprosesor PLC adalah sinayal 5 V DC. Akan tetapi, pengondisian sinyal di dalam kanal input, dibantu dengan isolasi, 62
memungkinkan dipasoknya sinyal input dengan beragam level tegangan. Kisaran sinyal input yang mungkin tersedia pada sebuah PLC berskala-besar adalah sinyal-sinyal digital/diskrit 5 V, 24 V, 110 V, dan 240 V (seperti pada Gambar 4.7). Input: Level sinyal-sinyal digital
Ke unit input/ output
5V 24 V 110 V
Kanal input
5V
240 V Level sinyal digital
Gambar 4.7. Level input Sebuah PLC berukuran kecil biasanya hanya memiliki satu bentuk input, misalnya 24 V. Tabel IV.1 memperlihatkan spesifikasi input PLC O MRON CPM1A-20CDR-A yang mempunyai 20 I/O (12 input, dan 8 output). Tabel 4.1. Spesifikasi unit input PLC OMRON CPM1A-20CDR-A Bentuk Tegangan input Impedansi input Arus input Tegangan ON Tegangan OFF ON delay OFF delay Konfigurasi rangkaian
Spesifikasi 24 VDC 10%/-15% IN00000 sampai IN00002:2k W :input lainnya: 4,7k W IN00000 sampai IN00002:12mA:input lainnya:5mA 14,4 VDC min. 5,0 VDC max Max.2ms Max.2ms
Dari konfigurasi rangkaian input, terlihat bahwa secara fisik rangkaian pada modul ini terpisah dari rangkaian internal (CPU). Isolasi rangkaian ini menggunakan optocoupler dengan dua buah dioda pemancar yang dipasang antiparalel. Hal ini dilakukan untuk tujuan flesibilitas penyambungan terminal input dengan catu daya penggerak sensor 63
atau saklar yang terhubung. Dalam hal ini, terminal common pada modul dapat dihubungkan baik dengan polaritas yang lebih positif atau lebih negatif dari catu dayanya (garis putus-putus pada rangkaian catu daya menunjukkan alternative lain pada penyambungannya). Tegangan input 24 V DC dapat diambil dari sumber tegangan yang disediakan oleh PLC (built-in), atau menggunakan power suppl y sendiri yang terpisah dari sistem PLC. Kanal-kanal output seringkali digolongkan ke dalam tiga tipe/jenis, yaitu: tipe relay, tipe transistor, dan tipe triac.
Dengan output
tipe relay, sinyal dari output PLC digunakan untuk
mengoperasikan sebuah relay, dan oleh karenanya mampu menyambungkan arus yang relatif lebih besar ke rangkaian-rangkaian eksternal. Output PLC tipe relay adalah yang paling fleksibel penggunaanya karena dapat menggerakkan beban AC maupun DC. Kelemahannya terletak pada tanggapan switching -nya yang relatif lambat (sekitar 10 ms), dan akan mengalami kerusakan setelah beberapa juta siklus switching . Gambar 4.8 memperlihatkan rangkaian internal modul output PLC tipe/jenis relai.
Gambar 4.8. Rangkaian internal modul output PLC jenis relay Sebagai pembatas pemakaian PLC dengan jenis output ini adalah rating arus yang telah dispesifikasikan vendor PLC tersebut. Bila batas besar rating arus ini dilampaui, akan menimbulkan kerusakan pada modul outputnya. Jika keluaran yang akan dikontrol merupakan beban yang relatif besar maka akan lebih aman jika output relay ini memngontrol beban tersebut lewat relai luar . Bergantung pada tipe PLC-nya, jumlah terminal common (Com) pada keluaran dapat bervariasi, antara satu sampai sebanyak jumlah terminal keluaran PLC tersebut. Semakin banyak terminal common yang disediakan, semakin fleksibel jenis beban yang dapat dikontrol. Untuk modul output dengan satu common
64
maka hanya satu jenis beban saja (beban AC atau DC) yang dapat dihubungkan secara langsung dengan output PLC tersebut. Sebagai contoh spesifikasi unit output PLC OMRON CPM1-20CDR-A, seperti pada tabel IV.2. PLC ini memiliki 8 output dengan 4 terminal Com, sehingga dapat mengontrol 4 jenis beban yang berbeda tegangan kerjanya. Tabel 4.2. Spesifikasi unit output P LC OMRON CPM1A-20CDR-A Jenis
Spesifikasi
Tipe output
Semua output adalah output relay
Kapasitas switching max.
2A, 250 VAC, (cos φ= 1)
Kapasitas switching min.
10 mA, 5 VDC
Relay
G6R-1A
ON-delay
Max.15 ms.
OFF-delay
Max. 15 ms
Konfigurasi rangkaian
Output tipe transistor menggunakan transistor untuk menyambungkan arus ke rangkaian-rangkaian eksternal. Ini memungkinkan proses pensaklaran yang jauh lebih cepat (menurut Setiawan, 2006: 80, waktu respon kurang dari 1 ms). Akan tetapi, piranti ini hanya mampu menangani pensaklaran DC dan akan rusak oleh arus lebih maupun tegangan balik yang cukup tinggi. Sebagai pelindung, biasanya digunakan sebuah sekring atau suatu mekanisme proteksi built-in. Isolator optik digunakan untuk menyediakan fungsi isolasi. Dalam rangkaian internal PLC, transistor dioperasikan sebagai saklar, yaitu dengan cara mengoperasikan pada daerah jenuhnya. Gambar 4.9 memperlihatkan rangkaian internal dari salah satu terminal output PLC jenis keluaran transistor NPN.
65
Gambar 4.9. Rangkaian internal modul output PLC jenis transistor NPN Modul output PLC jenis transistor PNP memiliki prinsip kerja kebalikan dari jenis NPN yang telah dibahas di atas.
Output tipe triac, menggunakan isolator-optik sebagai isolasinya, dapat digunakan untuk mengontrol beban-beban eksternal yang disambungkan ke catu daya AC. Output tipe ini hanya dapat digunakan untuk operasi-operasi arus bolak-balik (AC) dan sangat mudah rusak akibat arus lebih. Kelebihan jenis ini adalah waktu responnya yang cepat. Triac adalah sebuah komponen semikonduktor yang berfungsi mengalirkan arus bolak-balik. Arus yang dialirkan dikontrol oleh terminal gate pada triac tersebut. Gambar 4.10 memperlihatkan koneksi antara beban dengan terminal output PLC jenis triac.
Gambar 4.10. Rangkaian internal modul output PLC jenis/tipe t riac
4.3 PERANGKAT INPUT/OUTPUT Perangkat-perangkat input mencakup perangkat-perangkat digital dan analog, seperti saklar mekanis untuk mengetahui posisi, saklar jarak, saklar fotoelektris, saklar suhu dan tekanan, potensiometer, transformator diferensial variabel linear (LVDT), pengukur regangan ( stain gauge), termistor, termotransistor, dan lain-lain. Penjelasan tentang sensor telah dibahas pada Matakuliah Instrumentasi & Teknik Pengukuran. Sensor-sensor yang menghasilkan output digital/diskrit, yaitu kondisi ‘hidup’/’mati’ (ON/OFF), dapat dihubungkan dengan mudah ke port-port input PLC. Sensor-sensor 66
yang menghasilkan sinyal-sinyal analog, harus terlebih dahulu dikonversikan menjadi sinyal-sinyal digital sebelum dihubungkan ke port-port PLC. Penjelasan tentang pengkondisian sinyal, telah dibahas pada Matakuliah Sistem Pengaturan I . Port-port output sebuah PLC dapat berupa tipe relai, atau tipe isolator-optik dengan transistor atau tipe triac, tergantung pada perangkat yang tersambung padanya (yang akan dikontrol). Secara umum, sinyal digital dari salah satu kanal output sebuah PLC digunakan untuk mengontrol sebuah aktuator yang selanjutnya akan mengontrol suatu proses. Aktuator mengubah sinyal listrik menjadi gerakan-gerakan mekanis yang kemudian digunakan untuk mengontrol proses. Perangkat-perangkat output antara lain relai, kontaktor, katup solenoid, dan motor listrik. Solenoid merupakan basis bagi sejumlah aktuator kontrol output. Ketika arus mengalir melalui sebuah solenoid maka medan magnet dibangkitkan dan menarik komponen-komponen yang terbuat dari bahan besi ( ferrous) yang ada didekatnya. Contoh aktuator semacam ini adalah relai, kontaktor, dan solenoid valve seperti diperlihatkan pada Gambar 4.11. Pada dasarnya, relai dan kontaktor mempunyai persamaan, hanya relai digunakan untuk perangkat yang menyambung arus kecil (kurang dari 10 A), sedangkan kontaktor untuk menyambung arus yang besar. Ketika output dari sebuah PLC tersambung (artinya memberikan sinyal ‘hidup’/ON), medan magnetik solenoid dibangkitkan dan menarik kontak-kontak sehingga menutup saklar atau saklar-saklar. Akibatnya, suatu arus lain (arus rangkaian daya, misalnya arus untuk motor listrik) yang jauh lebih besar dapat disambungkan. Contoh lain penggunaan solenoid sebagai aktuator, adalah pada katup yang dioperasikan oleh solenoid ( solenoid valve), seperti pada Gambar 4.11c. Katup tersebut dapat digunakan untuk mengontrol aliran udara bertekanan, sehingga katup ini dipakai untuk mengoperasikan perangkat seperti piston yang bergerak di dalam sebuah silinder. Sistem penomoran yang digunakan untuk menandai solenoid valve/katup kontol arah sesuai dengan DIN ISO 5599, adalah seperti pada Tabel 4.3.
67
Relai MY3
(a)
Solenoid valve
Kontaktor
(b)
(c)
Gambar 4.11. Beberapa perangkat output yang sering digunakan Tabel 4.3. Sistem penomoran yang digunakan dalam pneumatik sesuai dengan standar DIN ISO 5599 (Croser, 1994) Lubang /sambungan
Lubang tekanan Lubang pembuangan Lubang pembuangan Keluaran Saluran pengaktifan: Membuka aliran dari 1 ke 2 Membuka aliran dari 1 ke 2 Membuka aliran dari 1 ke 4 Menutup aliran Pilot udara tambahan
Sistem angka
Sistem Huruf
1 3 5,3 2,4
P R (katub 3/2) R,S (katub 5/2) B,A
12 12 14 10 81,91
Z (katub 3/2) Y (katub 5/2) Z (katub 5/2) Z,Y Pz
Katup solenoid pada Gambar 4.11c adalah katup 5/2 double solonoid, sehingga pada saat solenoid Z1 bertegangan maka udara bertekanan akan mengalir dari lubang 1 ke 4 yang jika dihubungkan dengan sebuah silinder dapat mengakibatkan piston bergerak ke kanan. Hal sebaliknya yang akan terjadi jika solenoid Y1 yang bertegangan, udara 68
bertekanan akan mengalir dari lubang 1 ke 2 yang jika dihubungkan dengan sebuah silinder dapat mengakibatkan piston bergerak ke kiri. Gambar 4.12 memperlihatkan simbol dari beberapa peralatan input/output yang digunakan dalam rangkaian/diagram ladder elektromekanis, sedangkan simbol-simbol dasar diagram ladder PLC diperlihatkan pada Gambar 4.13.
Push button (NC)
Push button (NC)
Contact (NO)
Contact (NC)
Limit switch (NC)
Limit switch (NO)
Time delay make
Time delay break
Pressure actuated
Liquid level actuated
Proximity limit switch
Temperature actuated
M Relay
Relay coil
Motor
Pilot light
Gambar 4.12. Simbol dari beberapa peralatan input/output
Kontak input normal terbuka Kontak input normal tertutup Sebuah instruksi khusus Perangkat output Gambar 4.13. Simbol-simbol dasar diagram ladder PLC Berdasarkan simbol dasar diagram ladder PLC tersebut akan dikembangkan suatu
program-program
pengaturan/kontrol,
yang
akan
dibahas
pada
bagian
Pemrograman PLC .
69
4.4 SOAL-SOAL LATIHAN 1. Tentukan apakah masing-masing pernyataan di bawah ini benar (B) atau salah (S). Sebuah kanal output tipe transistor pada PLC: (i) Digunakan hanya untuk pensaklaran DC. (ii) Diisolasi dari beban output oleh sebuah pengkopling-optik. Manakah di antara pilihan-pilihan berikut ini yang paling benar untuk kedua pernyataan di atas? A. (i) B, (ii) B B. (i) B, (ii) S C. (i) S, (ii) B D. (i) S, (ii) S 2. Tentukan apakah masing-masing pernyataan di bawah ini benar (B) atau salah (S). Sebuah kanal output tipe relai pada PLC: (i) Digunakan hanya untuk pensaklaran DC. (ii) Tahan terhadap kelebihan beban transien. Manakah di antara pilihan-pilihan berikut ini yang paling benar untuk kedua pernyataan di atas? A. (i) B, (ii) B B. (i) B, (ii) S C. (i) S, (ii) B D. (i) S, (ii) S 3. Tentukan apakah masing-masing pernyataan di bawah ini benar (B) atau salah (S). Sebuah kanal output tipe triac pada PLC: (i) Digunakan hanya untuk beban-beban output AC. (ii) Diisolasi dari beban output oleh sebuah pengkopling-optik. Manakah di antara pilihan-pilihan berikut ini yang paling benar untuk kedua pernyataan di atas? A. (i) B, (ii) B B. (i) B, (ii) S C. (i) S, (ii) B D. (i) S, (ii) S 70
4. Gambarkan sebuah diagram kotak yang memperlihatkan komponen-komponen dasar di dalam sebuah PLC! 5. Jelaskan beberapa perangkat input-output (I/O) yang biasa digunakan dalam pengontrolan dengan PLC! 6. Jelaskan karakteristik dari kanal-kanal output PLC tipe relai, transistor, dan triac! 7. Berapa banyak bit yang dapat disimpan di dalam sebuah memori yang kapasitasnya 2K?
71
