BAB I SENSOR DAN TRANDUCER
1. Fungsi Sensor dan Tranducer
Dalam kaitannya dengan sistem elektronis, Sensor dan transduser pada dasarnya dapat dipandang sebagai sebuah perangkat atau device yang berfungsi mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik, sehingga keluarannya dapat diolah dengan rangkaian listrik atau sistem digital (lihat Gambar 1.1). Dewasa ini, hampir seluruh peralatan modern memiliki sensor di dalamnya.
Gambarbar 1.1. Blok fungsional Sensor/Transduser Terkait
dengan perkembangan teknologi yang begitu luar biasa, pada saat ini, banyak sensor telah dipabrikasi dengan ukuran sangat kecil hingga orde nanometer sehingga menjadikan sensor sangat mudah digunakan dan dihemat energinya. Gambar 1.2 berikut memperlihatkan salah satu contoh sensor MEMS Gyroscope dalam ukuran satuan mm.
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.2. MEMS Gyroscop
Berdasarkan variabel yang diindranya,sensor dikatagorikan kedalam dua jenis : sensor Fisika dan sensor Kimia. Sensor Fisika merupakan jenis sensor yang mendeteksi suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika, yaitu seperti sensor
Gambar 1.3. Rangkaian komponen Sensor Thermocople (Fisika)
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.4. Rangkaian komponen sensor kimia
sensor kimia merupakan sensor yang mendeteksi jumlah suatu zar kimia dengan jalan mengubah besaran kimia menjadi besaran listrik dimana di dalamnya dilibatkan beberapa reaksi kimia, seperti misalnya pada sensor pH, sensor oksigen, sensor ledakan, serta sensor gas. Gambar 1.3 dan 1.4 dibawah berturut-turut memperlihatkan salah satu contoh sensor besaran fisika dan sensor besaran kimi dalam kehidupan sehari-hari, dimana aplikasinya mencakup berbagai bidang, yaitu seperti: automobile, mesin, kedokteran, indistri, robot, maupun aerospace. Dalam lingkungan sistem kontrol dan robotika, sensor memberi fungsi seperti layaknya mata, pendengaran, hidung, maupun lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroller sebagai otaknya.Berikut adalah beberapa jenis sensor yang dapat dijumpai di lapangan
Bahan Ajar PLC
1.1. Sensor proximity Sensor proximity merupakan sensor atau saklar yang dapat mendeteksi adanya target jenis logam dengan tanpa adanya kontak fisik. Biasanya sensor ini tediri dari alat elektronis solid-state yang terbungkus rapat untuk melindungi dari pengaruh getaran, cairan, kimiawi, dan korosif yang berlebihan. Sensor proximity dapat diaplikasikan pada kondisi penginderaan pada objek yang dianggap terlalu kecil atau lunak untuk menggerakkan suatu mekanis saklar. 1.2 Sensor Magnet
Sensor Magnet atau disebut juga relai buluh, adalah alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk
kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembapan, asap ataupun uap. 1.3 Sensor Sinar
Sensor sinar terdiri dari 3 kategori. Fotovoltaic atau sel solar adalah alat sensor sinar yang mengubah energi sinar langsung menjadi energi listrik, dengan adanya penyinaran cahaya akan menyebabkan pergerakan elektron dan menghasilkan tegangan. Demikian pula dengan Fotokonduktif (fotoresistif) yang akan memberikan perubahan tahanan (resistansi) pada sel-selnya, semakin tinggi intensitas cahaya yang terima, maka akan semakin kecil pula nilai tahanannya. Sedangkan Fotolistrik adalah sensor yang berprinsip kerja berdasarkan pantulan karena perubahan posisi/jarak suatu sumber sinar (inframerah atau laser) ataupun target pemantulnya, yang terdiri dari pasangan sumber cahaya dan penerima. 1.4 Sensor Ultrasonik
Sensor ultrasonik bekerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana
sensor
menangkapnya
Bahan Ajar PLC
ini
menghasilkan
kembali
dengan
gelombang
suara
perbedaan
waktu
yang
kemudian
sebagai
dasar
penginderaannya. Perbedaan waktu antara gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek padat, cair, butiran maupun tekstil. 1.5. Sensor Tekanan
Sensor tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya. Strain gage adalah sebuah contoh transduser pasif yang mengubah pergeseran mekanis menjadi perubahan tahanan. Sensitivitas sebuah strain gage dijelaskan dengan suatu karakteristik yang disebut factor gage (factor gage), K, yang didefinisikan sebagai perubahan satuan tahanan dibagi dengan perubahan satuan panjang dimana K = factor gage R =tahanan nominal gage AR = pembahan tahanan gage 1 = p anjang nominal (kondisi tidak teregang) Al=pembahan panjang
suku Al/l dalam persamaan (1) adalah regangan a, sehingga menjadi:
=M/ R dimana
= regangan dai am arah lateral.
Perubahan tahanan R pada sebuah konduktor yang penjangnya l dapat dihitung dengan menggunakan persamaan bagi tahanan dari sebuah konduktor yang penampangnya serba sama, yaitu:
Bahan Ajar PLC
panjang px!
K= P ---------------------------- = ----------- t ......................... W
luas (xi4)d dimana; p = tahanan spesifik dan bahan konduktor / = panjang konduktor d = diameter konduktor
tarikan (tension) terhadap konduktor menyebabkan pertambahan panjang l dan pengurangan secara bersamaan pada diameter d. 1.6 Sensor Kecepatan (RPM)
Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi. 1.7 Sensor Penyandi (Encoder)
Sensor Penyandi (Encoder) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan (yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. Kedua, Penyandi absolut (yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.4. Sensor Penyandi
1.8. Sensor Suhu
Terdapat 4 jenis utama sensor suhu yang umum digunakan, yaitu thermocouple (T/C)- lihat gambar 1.6, resistance temperature detector (RTD), termistor dan IC sensor. Thermocouple pada intinya terdiri dari sepasang transduser panas dan dingin yang disambungkan dan dilebur bersama, dimana terdapat perbedaan yang timbul antara sambungan tersebut dengan sambungan referensi yang berfungsi sebagai pembanding. Resistance Temperature Detector (RTD) memiliki prinsip dasar pada tahanan listrik dari logam yang bervariasi sebanding dengan suhu. Kesebandingan variasi ini adalah presisi dengan tingkat konsisten/kestabilan yang tinggi pada pendeteksian tahanan. Platina adalah bahan yang sering digunakan karena memiliki tahanan suhu, kelinearan, stabilitas dan reproduksibilitas. Termistor adalah resistor yang peka terhadap panas yang biasanya mempunyai koefisien suhu negatif, karena saat suhu meningkat maka tahanan menurun atau sebaliknya. Jenis ini sangat peka dengan perubahan tahan 5% per C sehingga mampu mendeteksi perubahan suhu yang kecil. Sedangkan IC Sensor adalah sensor suhu dengan rangkaian terpadu yang menggunakan chipsilikon untuk kelemahan penginderanya. Mempunyai konfigurasi output tegangan dan arus yang sangat linear.
Bahan Ajar PLC
DEGREES FAHRENHEIT
Bahan Ajar PLC
ISA
Material
Temperature Range (°F)
Sensitivity 25°C (77°F) |iV/°C (MV/*F)
Chromel & E
Constantan (Ni-Cr & Cu-Ni)
J
Iron a. Constantan
-270-1000 (-4SQ~1800)
60.9 (38.3)
-210-1200 (-350~2200)
51.7 (28.7)
- 270—1350 (-450-2500)
40.6 (22.6)
(Fe & Cu-Ni) K
Chromel & Alumel (Ni-Cr & Ni-Al)
T 1 R
Copper & Constantan (Cu &
-270-400
Cu-Ni) Platinum & 87% Platinum/
(-450—750)
Platinum & 90% Platinum/
(22.6)
-50-1750 (-60-3200)
13% Rhodium (Pt & Pt-Rh)
S
40.6
6 (3.3)
-50-1750 (-60-3200)
10% Rhodium (Pt & Pt-Rh)
6 (3.3)
Tabel 1.6. Karakteristik Beberapa Jenis Thermocouple J-TC
1.9. Sensor Efek Hall
Sensor Efek-Hall dirancang untuk merasakan adanya objek magnetis dengan perubahan posisinya. Perubahan medan magnet yang terus menerus menyebabkan timbulnya pulsa yang kemudian dapat ditentukan frekuensinya, sensor jenis ini biasa digunakan sebagai pengukur kecepatan. Sensor Hall Effect digunakan untuk mendeteksi kedekatan (proximity), kehadiran atau ketidakhadiran suatu objek magnetis (yang) menggunakan suatu jarak kritis. Pada dasarnya ada dua tipe Half-Effect Sensor, yaitu tipe linear dan tipe on-off. Tipe linear
Bahan Ajar PLC
digunakan untuk mengukur medan magnet secara linear, mengukur arus DC dan AC pada konduktordan funsi-fungsi lainnya. Sedangkan tipe on-off digunakan sebagai limit switch, sensor keberadaan (presence sensors), dsb. Sensor ini memberikan logika output sebagai interface gerbang logika secara langsung atau mengendalikan beban dengan buffer amplifier.
Gambar 1.7. Diagram Hall Effec
Keterangan gambar : 1.
Elektron
2.
Sensor Hall atau Elemen Hall
3.
Magnet
4.
Medan Magnet
5.
Power Source
Gambar diagram hall effect tersebut tersebut menunjukkan aliran elektron. Dalam gambar A menunjukkan bahwa elemen Hall mengambil kutub negatif pada sisi atas dan kutub positif pada sisi bawah. Dalam gambar B dan C, baik arus listrik ataupun medan magnet dibalik, menyebabkan polarisasi juga
Bahan Ajar PLC
terbalik. Arus dan medan magnet yang dibalik ini menyebabkan sensor Hall mempunyai kutub negatif pada sisi atas. Hall Effect tergantung pada beda potensial (tegangan Hall) pada sisi
yang berlawanan dari sebuah lembar tipis material konduktor atau semikonduktor dimana arus listrik mengalir, dihasilkan oleh medan magnet yang tegak lurus dengan elemeh Hall. Perbandingan tegangan yang dihasilkan oleh jumlah arus dikenal dengan tahanan Hall, dan tergantung pada karakteristik bahan. Dr. Edwin Hall menemukan efek ini pada tahun 1879. Hall Effect dihasilkan oleh arus pada konduktor. Arus terdiri atas
banyak beban kecil yang membawa partikel-partikel (biasanya elektron) dan membawa gaya Lorentz pada medan magnet. Beberapa beban ini berakhir di sisi - sisi konduktor. Ini hanya berlaku pada konduktor besar dimana jarak antara dua sisi cukup besar. Salah satu yang paling penting dari Hall Effect adalah perbedaan antara beban positif bergerak dalam satu arah dan beban negatif bergerak pada kebalikannya. Hall Effect memberikan bukti nyata bahwa arus listrik pada logam dibawa oleh elektron yang bergerak, bukan oleh proton. Yang cukup menarik, Hall Effect juga menunjukkan bahwa dalam beberapa substansi (terutama semikonduktor), lebih cocok bila kita berpikir arus sebagai " holes" positif yang bergerak daripada elektron.
Bahan Ajar PLC
B. ✓
/ + y y t-
V II Gambar 1.8 Pengukuran Tegangan Hall
Dengan mengukur tegangan Hall yang melalui bahan, kita dapat menentukan kekuatan medan magnet yang ada. Hal ini bisa dirumuskan :
Dimana VH adalah tegangan yang melalui lebar pelat, I adalah arus yang melalui panjang pelat, B adalah medan magnet, d adalah tebal pelat, e adalah elektron, dan n adalah kerapatan elektron pembawa. Dalam keberadaan kekuatan medan magnetik yang besar dan temperatur rendah, kita dapat meneliti quantum Hall effect, yang dimana adalah kuantisasi tahanan Hall. Dalam bahan ferromagnetik (dan material paramagnetik dalam medan magnetik), resistivitas Hall termasuk kontribusi tambahan, dikenal sebagai Anomalous Hall Effect (Extraordinary Hall Effect), yang bergantung secara langsung pada magnetisasi bahan, dan sering lebih besar dari Hall Effect biasa. Walaupun sebagai sebuah fenomena yang dikenal baik, masih
ada perdebatan tentang keberadaannya dalam material yang bervariasi. Anomalous Hall Effect bisa berupa efek ekstrinsik bergantung pada putaran
Bahan Ajar PLC
yang menyebar dari beban pembawa, atau efek intrinsik yang dapat dijelaskan dengan efek Berry phase dalam momentum space kristal. Hall effect menghasilkan level sinyal yang sangat rendah dan
membutuhkan amplifikasi. Amplifier tabung vakum pada abad 20 terlalu mahal, menghabiskan tenaga dan kurang andal dalam aplikasi sehari-hari. Dengan pengembangan IC berharga murah maka Hall Effect Sensor menjadi berguna untuk banyak aplikasi. Alat Hall Effect saat disusun dengan tepat akan tahan dengan debu, kotoran, lumpur dan air. Sifat ini menyebabkan alat Hall Effect lebih baik untuk sensor posisi daripada alat alternatif lainnya seperti sensor optik dan elektromekanik. Hall effect sensor sering dipakai untuk Split ring clamp-on sensor, Analog multiplication, Power sensing, Position and motion sensing, Automotive ignition dan fuel injection serta Wheel rotation sensing. Sensor
ini banyak tersedia di berbagai macam pabrik, dan digunakan untuk sensorsensor yang bervariasi seperti sensor aliran cairan, sensor power dan sensor tekanan. Sensor Efek Hall digunakan untuk mendeteksi kedekatan (proximity), kehadiran
atau
ketidakhadirannya
suatu
objek
magnetis
(yang)
menggunakan suatu jarak kritis. Pada dasarnya ada dua tipe Hall-Effect Sensor, yaitu tipe linear dan tipe on-off. Tipe linear digunakan untuk mengukur medan magnet secara linear, mengukur arus DC dan AC pada konduktor dan fungsi-fungsi lainnya. Sedangkan tipe on-off digunakan sebagai limit switch, sensor keberadaan (presence sensors), dsb. Sensor ini memberikan logika output sebagai interface gerbang logika secara langsung atau mengendalikan beban dengan buffer amplifier.
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.9 presence sensors
Sensor efek hall yang tampak seperti pada gambar diatas yang hanya terdiri dari sebuah lapisan silikon dan dua buah elektroda pada masing – masing sisi dari lapisan silikon. Hal ini akan menghasilkan perbedaan tegangan ketika lapisan silikon ini dialiri arus listrik. Bila tidak ada medan magnet yang dideteksi maka arah arus listrik yang mengalir pada silikon tersebut akan tepat ditengah – tengah lapisan silikon dan akan menghasilkan tegangan 0 Volt karena tidak ada beda tegangan antara elektroda
sebelah
kiri
dan
elektroda
sebelah
kanan.
Bila ada medan magnet yang terdeteksi oleh sensor efek hall maka arah arus listrik yang mengalir pada lapisan silikon akan berbelok mendekati atau menjauhi sisi elektroda yang dipengaruhi oleh medan magnet. Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi elektroda sebelah kiri maka akan terjadi beda potensial pada hasil keluarannya. Semakin besar kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor efek hall akan menyebabkan pembelokan arah arus listrik pada lapisan silikon tersebut juga akan semakin besar dan beda potensial yang dihasilkan di antara kedua sisi elektroda pada lapisan silikon sensor efek hall juga akan semakin besar. Arah pembelokan arus listrik pada lapisan silikon ini dapat digunakan untuk mengetahui atau mengidentifikasi polaritas atau kutub medan
Bahan Ajar PLC
magnet pada sensor efek hall. Sensor efek hall ini dapat bekerja jika hanya salah satu sisi elektroda pada sensor efek hall dipengaruhi oleh medan magnet. Jika kedua sisi silikon dipengaruhi oleh medan magnet maka arah arus listrik pada lapisan silikon tidak akan mengalami pembelokan.
1.10
Reflective-Opto Switch
Alat ini terdiri dari pasangan emitter/detektor pada tempat yang sama. Emitter meradiasikan cahaya UV dan jika tidak ada halangan yang akan memantulkan cahaya tersebut, maka tidak akan ada cahaya yang diterima oleh detektor. Jika objek pemantul (dengan warna/permukaan yang sesuai) dibuat menghadap alat ini, detektor (photoresistor) mensaturasi output, sehingga terbentuk sinyal logika. Emitter dan detektor disesuaikan, di mana detektor mempunyai puncak sensitivitas yang bersesuaian dengan panjang gelombang emitter. Seberapa baik pendeteksian suatu objek tergantung pada : •
Jumlah cahaya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya.
•
Kepekaan photodetector.
•
Jarak antara switch dari objek.
•
Kondisi cahaya dari lingkungan sekitar.
•
Kedudukan tegak lurus permukaan dari pantulan cahaya dengan
switch. 1.11 Proximity Switch Induktif
Alat ini diklasifikasikan sebagai berikut : • •
Bersumber daya AC atau DC. 2 terminal, di mana beban dihubungkan antara terminal satu dengan sumber AC atau DC, sementara terminal lain merupakan GND.
Bahan Ajar PLC
•
terminal, dua terminal di antaranya adalah sumber tegangan dan GND, sedangkan terminal lainnya adalah output beban yang dihubungkan dengan sumber tegangan (tipe NPN ) atau ke GND (tipe PNP). Alat ini terdiri dari suatu osilator, demodulator, trigger, dan switching amplifier. Alat ini beroperasi dengan prinsip transistor osilator yang
operasinya dumped ketika objek metal mendekati elemen yang beresonansi. Efisiensi dumping effect ini tergantung dari tipe metal dan jarak. Jika objek metal memasuki medan magnet kumparan osilator, arus pusar akan diinduksi pada kumparan yang mengubah amplitudo osilasi. Demodulator akan mengkonversi perubahan amplitudo menjadi sinyal DC yang akan mengaktifkan trigger. Keuntungan Penggunaan Proximity Switch induktif : •
Tidak perlu ada kontak fisik secara langsung antara pemakai dengan sistem.
•
Dapat bekerja di lingkungan dengan kondisi apapun.
•
Responnya berjalan dengan cepat.
•
Awet dan tahan lama.
1.12. Transduser Transduser (Inggris: transducer) adalah sebuah alat yang mengubah satu
bentuk daya menjadi bentuk daya lainnya untuk berbagai tujuan termasuk pengubahan ukuran atau informasi (misalnya, sensor tekanan). Transduser bisa berupa peralatan listrik, elektronik, elektromekanik, elektromagnetik, fotonik, atau fotovoltaik. Dalam pengertian yang lebih luas, transduser kadang-kadang juga didefinisikan sebagai suatu peralatan yang mengubah suatu bentuk sinyal menjadi bentuk sinyal lainnya. Contoh yang umum adalah pengeras suara (audio speaker), yang mengubah beragam voltase listrik yang berupa musik atau pidato,
Bahan Ajar PLC
menjadi vibrasi mekanis. Contoh lain adalah mikrofon, yang mengubah suara kita, bunyi, atau energi akustik menjadi sinyal atau energi listrik. Suatu definisi mengatakan “transducer adalah sebuah alat yang bila digerakkan oleh energi di dalam sebuah sitem transmisi, menyalusrkan energi dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk yang berlainan ke sistem transmisi kedua”. Transmisi kedua ini bisa listrik, mekanik, kimia, optik (radiasi) atau termal (panas). Sebagai contoh, definisi transducer yang luas ini mencakup alat-alat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi sinyal listrik. Alat-alat ini membentuk kelompok transducer yang sangat besar dan sangat penting yang lazim ditemukan dalam instrumentasi industri; dan ahli instrumentasi terutama berurusan dengan jenis pengubahan energi ini. Banyak parameter fisis lainnya (seperti panas, intensitas cahaya, kelembaban)
juga
dapt
diubah
menjadi
energi
listrik
dengan
menggunakan transducer. Transducer-transducer ini memberikan sebuah sinyal keluaran bila diransang oleh sebuah masukan yang bukan mekanis; sebuah transmistor bereaksi terhadap variasi temperatur; sebuah fotosel bereaksi terhadap perubahan intensitas cahaya; sebuah berkas elektron terhadap efek-efek maknetik, dan lain-lain. Namun dalam semua hal, keluaran elektris yang diukur menurut metoda standar memberikan besarnya besaran masukan dalam bentuk ukuran elektris analog. Transducer dapat dikelompokan berdasakan pemakaiannya, metoda pengubahan energi, sifat dasar sinyal keluaran dan lain-lain. Tabel dibawah menunjukan suatu pengelompokan transducer berdasarkan prinsip listrik yang tersangkut. Bagian pertama tabel tersebut memberi daftar transducer yang memberikan daya luar. Ini adalah transducer pasif, yang memberi tambahan dalam sebuah parameter listrik seperti
Bahan Ajar PLC
halnya tahanan, kapasitansi dan lain-lain yang dapat diukur sebagai suatu perubahan tegangan atau kuat arus. Kategori berikutnya adalah transducer jenis pembangkit sendiri, yang menghasilkan suatu tegangan atau arus analog bila dirangsang dengan suatu bentuk fisis energi. Transducer pembangkit sendiri tidak memerlukan daya dari luar. Tabel Pengelompokan Transducer
Transduser Pasif (daya dari luar) yaitu transduser yang dapat bekerja bila mendapat energi tambahan dari luar. Parameter listrik dan kelas
Prinsip kerja dan sifat alat
Pemakaian alat
transduser
Potensiometer
Perubahan karena
nilai
tahanan
posisi
kontak
nilai
tahanan
Tekanan, pergeseran/posisi
bergeser Strain gage
Perubahan
Gaya, torsi, posisi
akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar
Transformator selisih (LVDT)
Tegangan
selisih
dua
kumparan
primer
akibat
Tekanan, gaya, pergeseran
pergeseran inti trafo
Gage arus pusar
Perubahan
induktansi
Pergeseran, ketebalan
kumparan akibat perubahan jarak plat
Tabel 1.7 Transduser Pasif
Transduser Aktif (tanpa daya luar) yaitu transduser yang bekerja tanpa tambahan energy dari luar, tetapi menggunakan energi yang akan diubah itu sendiri.
Bahan Ajar PLC
Parameter listrik dan kelas
Prinsip kerja dan sifat alat
Pemakaian alat
transduser
Sel fotoemisif
Photomultiplier
Termokopel
Emisi elektron akibat radiasi yang masuk
Cahaya dan
pada permukaan fotemisif
radiasi
Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang
Cahaya, radiasi
masuk ke katode sensitif cahaya
dan relay sensitif
Pembangkitan ggl pada titik sambung dua
cahaya Temperatur,
logam yang berbeda akibat dipanasi
aliran panas, radiasi
Generator kumparan putar
Perputaran sebuah kumparan di dalam
(tachogenerator)
medan magnet yang membangkitkan tegangan || Kecepatan, getaran
Piezoelektrik
Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat
Suara, getaran,
gaya dari luar
percepatan, tekanan
Sel foto tegangan
Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat
Cahaya matahari
rangsangan energi dari luar Termometer tahanan (RTD)
Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur || Temperatur, panas
Hygrometer tahanan
Termistor (NTC)
Tahanan sebuah strip konduktif berubah
Kelembaban
terhadap kandungan uap air
relatif
Penurunan nilai tahanan logam akibat
Temperatu
kenaikan temperatur
Tabel 1.8 Transduser Aktif 1.12.1 Transduser Pergeseran
Pengubahan sebuah gaya terpasang menjadi pergeseran merupakan dasar bagi berbagai jenis tranducer. Elemen mekanis yang digunakan untuk mengubah gaya terpasang menjadi pergeseran disebut alat-alat penjumlah gaya (force summing devices) yang bagian-bagiannya berupa : a.
Diagfragma, rata atau bergelombang
Bahan Ajar PLC
b.
Tiupan (bellows)
c.
Tabung Boundon, melingkar atau berbelit
d.
Tabung/ pipa lurus
e.
Kantilever massa (mass cantilever), suspensi tunggal atau dobel
f.
Torsi ujung berputer (pivot torque)
1.12.2. T ransduser Kapasitive
Karena kapasitansi berbanding terbalik dengan jarak kedua pelat paralel, setiap variasi dalam d menyebabkan variasi pada kapasitansi. Prinsip ini diterapkan pada transducer kapasitif. Kapasitansi dari sebuah kapasitor pelat paralel diberikan oleh G = (farad) G(farad) dimana: A = luas masing-masing pelat, dalam m d = j arak kedua pelat, dai am m e, = 9,85 x 1Q" 12 dalam F/m k = konstanta di elektrik Cara kerjanya : -
Gaya diberikan pada diafragma yang berfungsi sebagai salah satu pelat kapasitor, mengubah jarak antara diafragma dengan pelat yang diam.
-
Perubahan kapasitansi yang dihasilkan ini dapat diukur dengan jembatan ac atau sebuah rangkaian osilator.
-
Transducer menyebabkan
sebagai
bagian
perubahan
dari
frekuensi
rangkaian osilator.
osilator
Perubahan
frekuensi ini merupakan ukuran dari besarnya gaya yang dipasang.
Bahan Ajar PLC
1.12.3. Transducer induktif
Dalam transducer induktif pengukuran gaya dilakukan dengan mengubah perbandingan induktansi dari sepasang kumparan atau dengan mengubah induktansi kumparan tunggal. Dalam masing-masing hal, jangkar feromagenetik yang digerakkan/ digeser oleh gaya yang akan diukur mengubah reluktansi rangkaian magnetik.
(a) Kumparan dobel
(b) Kumparan tunggal Gambar
Gambar 1.10 Transducer induktif
Bahan Ajar PLC
1.12.3. Transformator selisih yang berubah-ubah (LVDT)Konstruksi
dasar dari sebuah transformator selisih yang berubah secara linier (LVDT Liniear Variable Differential Transformer) ditunjukkan pada Gambar 1.10.
Transformator ini terdiri dari satu kumparan primer dan dua kumparan sekunder yang ditempatkan pada kedua sisi kumparan primer. Kumparan sekunder mempunyai jumlah gulungan yang sama tetapi mereka dihubungkan seri secara berlawanan sehingga gaya gerak listrik (ggl) yang diindusir didalam kumparan sekunder tersebut saling berlawanan. Posisi dari inti yang dapat bergerak menentukan hubungan fluksi antara kumparan primer yang tereksitasi oleh ac dan masing-masing dari kedua kumparan sekunder.
Pemilihan
suatu
transduser
sangat
tergantung
kepada
kebutuhan pemakai dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu diperhatikan beberapa hal di bawah ini: 1.
Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi terhadap beban lebih
2.
Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukan- keluaran yang linier
3.
Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan
4.
Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan dengan bentuk dan besar yang sama
5.
Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam kondisi lingkungan yang sama
6.
Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata
Bahan Ajar PLC
seringkali
menjadi
kendala
serius,
sehingga
perlu
juga
dipertimbangkan.
1.13 Karakteristik Sensor dan Aplikasi
Karakteristik Sensor dan Aplikasi. Masalah utama dalam teknik pengukuran, pengaturan dan pengendalian secara elektronik adalah mengubah besaran fisik menjadi besaran listrik yang proporsional. Besaran fisik yang diubah tersebut bisa berupa temperatur, gaya, kecepatan putaran, intensitas cahaya dan sebagainya. Alat yang melaksanakan hal ini secara umum disebut sensor. Termasuk dalam golongan ini adalah baik sensor yang sederhana maupun alat pemroses sinyal elektronik yang terhubung sesudahnya (penguat, kompensasi suhu, linearisasi, dll). Dalam aplikasi, sebuah sensor harus memenuhi persyaratan kualitas atau karakteristik utama sensor sebagai berikut : Linearitas. Konversi harus proporsional. Artinya karakteristik
1.
konversi dari sensor harus linear (selalu sebanding). 2. Tidak
tergantung
Temperatur.
Artinya,
karakteristik
keluaran
(converter) sensor tidak boleh tergantung pada temperatur di sekelilingnya, kecuali sensor suhu/temperatur. 3. Kepekaan. Kepekaan sensor harus dipilih sedemikian sehingga dalam
aplikasi, pada nilai-nilai masukan yang ada dapat diperoleh tegangan listrik keluaran yang cukup besar. 4. Waktu Tanggapan. Waktu tanggapan adalah waktu yang diperlukan
keluaran sensor untuk mencapai nilai akhirnya pada nilai masukan yang berubah secara mendadak. Karakteristik ini menuntut, dalam aplikasi sensor harus dapat berubah cepat bila nilai masukan pada sistem tempat sensor tersebut berubah.
Bahan Ajar PLC
5. Batas Frekuensi Terendah dan Tertinggi. Batas-batas tersebut adalah
nilai frekuensi masukan periodik terendah dan tertinggi yang masih dapat dikonversi oleh sensor secara benar. Pada kebanyakan aplikasi disyaratkan bahwa frekuensi terendah adalah 0 Hz. 6. Stabilitas Waktu. Untuk nilai masukan tertentu, sensor harus dapat
memberikan keluaran yang tetap nilainya dalam waktu yang lama. Sayangnya karakteristik kebanyakan komponen elektronik (sensor) dalam aplikasi nya cenderung berubah seiring dengan waktu. 7. Histeresis. Sensor dapat mengalami gejala histeresis seperti yang ada
pada magnetisasi besi. Pada temperatur tertentu akibat dari karakteristik ini sebuah sensor dapat memberikan keluaran yang berlainan, tergantung pada keadaan apakah saat itu temperatur sedang naik atau turun. Dari syarat-syarat atau karakteristik ideal tersebut di atas, linearitas, tidak tergantung pada temperatur, stabilitas waktu, dan histeresis sangat menentukan ketelitian sensor. Proses fisik yang menjadi dasar kerja sensor tergantung pada aplikasi yang memerlukan sensor tersebut. Berikut tabel proses fisik yang dapat dipilih untuk berbagai tujuan sensor sesuai karakteristiknya :
Bahan Ajar PLC
Tabel 1.9 tabel proses fisik yang dapat dipilih untuk berbagai tujuan sensor sesuai karakteristiknya Efek Hall. Mempergunakan semikonduktor sebagai komponen Hall,
biasanya dengan sumber arus dan penguat dalam satu modul terpadu yang disebut LOHET (Linear Output Hall Effect Transducer). Modul ini memberikan tegangan yang sebanding dengan kerapatan fluks magnet. Piezoresistif. Terdiri atas chip silikon berbentuk segiempat seluas
beberapa mm persegi. Pada lapisannya dilekatkan membran berbentuk bulat untuk menerima tekanan. Di atasnya dibentuk rangkaian jembatan dengan jalan menyuntikkan ion-ion. Pada keluaran jembatan ini dapat timbul tegangan yang sebanding dengan tekanan yang diukur. Pyroelectric. Bekerja berdasarkan perubahan radiasi inframerah yang
diterima optik. Setiap benda yang berupa sumber panas akan meradiasikan inframerah dan inilah yang akan diterima oleh sensor. Disebut juga dengan istilah sensor PIR (Passive InfraRed). Fotoelektrik. Terdiri atas LED berwarna merah atau LED inframerah
yang menyinari fotodioda atau fototransistor sebagai penerima. Tersedia dalam satu kesatuan atau terpisah dalam masing-masing kotak. Kadangkadang juga dilengkapi dengan lensa agar dapat mengenali sinyal kecil dengan baik atau untuk memperoleh jarak pengamatan yang lebih jauh. Pita
Tarik.
Berupa
bahan
resistif
(logam
atau
lapisan
semikonduktor) yang ditempatkan atau dilapiskan pada sehelai bahan isolator (kebanyakan sintetik). Resistansi bahan ini berubah jika memulai. Sensor ini biasa dirangkai secara jembatan dengan resistor lainnya yang permanen. Pemberian tegangan yang stabil pada rangkaian jembatan akan memberikan tegangan keluaran yang nilainya sebanding dengan pemuaian pita tarik tersebut.
Bahan Ajar PLC
Thermoresistif. Nilai resistansinya tergantung pada temperatur.
Bahan bisa berasal dari kawat, lapisan logam atau semikonduktor. Beberapa tersedia dalam bentuk IC yang terkandung di dalamnya pengatur tegangan, penguat, dan rangkaian linearisasi. Induktif. Menggunakan osilator yang diredam dengan arus bolak-
balik yang ditimbulkan oleh osilator tersebut pada bagian-bagian logam. Perubahan jarak dengan bagian-bagian logam selanjutnya mengubah amplitudo tegangan osilator. Karakteristik sensor yang ideal tentunya akan sangat baik bagi aplikasi rangkaian yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam hal pengukuran, pengaturan atau pengendalian. Hal tersebut tentunya seiring dengan teknologi pembuatan sensor yang dari waktu ke waktu mengalami perkembangan cukup pesat. 2. Sensor Thermal
AC. Srivastava, (1987), mengatakan temperatur merupakan salah satu dariempat besaran dasar yang diakui oleh Sistem Pengukuran Internasional ( The International Measuring System). Lord Kelvin pada tahun 1848 mengusulkan skala
temperature termodinamika pada suatu titik tetap triple point, dimana fase padat, cair dan uap berada bersama dalam equilibrium, angka ini adalah 273,16 oK ( derajat Kelvin) yang juga merupakan titik es. Skala lain adalah Celcius, Fahrenheit dan Rankine dengan hubungan sebagai berikut: oF = 9/5 oC + 32 atau oC = 5/9 (oF-32) atau oR = oF + 459,69 Yayan I.B, (1998), mengatakan temperatur adalah kondisi penting dari suatu substrat. Sedangkan “panas adalah salah satu bentuk energi yang diasosiasikan dengan aktifitas molekul-molekul dari suatu substrat”. Partikel dari suatu substrat diasumsikan selalu bergerak. Pergerakan partikel inilah yang kemudian dirasakan sebagai panas.
Bahan Ajar PLC
Sedangkan temperatur adalah ukuran perbandingan dari panas tersebut. Pergerakan partikel substrat dapat terjadi pada tiga dimensi benda yaitu: 1. Benda padat, 2. Benda cair dan 3. Benda gas (udara) Aliran kalor substrat pada dimensi padat, cair dan gas dapat terjadi secara : 1. Konduksi,yaitu pengaliran panas melalui benda padat (penghantar) secara kontak langsung 2. Konveksi, yaitu pengaliran panas melalui media cair secara kontak langsung 3. Radiasi, yaitu pengaliran panas melalui media udara/gas secara kontak tidak langsung Pada aplikasi pendeteksian atau pengukuran tertentu, dapat dipilih salah satu tipe sensor dengan pertimbangan : 1. Penampilan (Performance) 2. Kehandalan (Reliable) dan 3. Faktor ekonomis ( Economic) C.Pemilihan Jenis Sensor Suhu
Hal-hal yang perlu diperhatikan sehubungan dengan pemilihan jenis sensor suhu adalah: (Yayan I.B, 1998) 1. Level suhu maksimum dan minimum dari suatu substrat yang diukur. 2. Jangkauan (range) maksimum pengukuran 3. Konduktivitas kalor dari substrat 4. Respon waktu perubahan suhu dari substrat 5. Linieritas sensor 6. Jangkauan temperatur kerja Selain dari ketentuan diatas, perlu juga diperhatikan aspek phisik dan kimia dari sensor seperti ketahanan terhadap korosi (karat), ketahanan terhadap guncangan, pengkabelan (instalasi), keamanan dan lain-lain.
Bahan Ajar PLC
Tabel 1.10 Pemilihan Jenis Sensor Suhu
D. Tempertur Kerja Sensor
Setiap sensor suhu memiliki temperatur kerja yang berbeda, untuk pengukuran suhu disekitar kamar yaitu antara -35oC sampai 150oC, dapat dipilih sensor NTC, PTC,transistor, dioda dan IC hibrid. Untuk suhu menengah yaitu antara 150oC sampai 700oC,dapat dipilih thermocouple dan RTD. Untuk suhu yang lebih tinggi sampai 1500oC,tidak memungkinkan lagi dipergunakan sensor-sensor kontak langsung, maka teknis pengukurannya dilakukan menggunakan cara radiasi. Untuk pengukuran suhu pada daerah sangat dingin dibawah 65oK = -208oC ( 0oC = 273,16oK ) dapat digunakanresistor karbon biasa karena pada suhu ini karbon berlaku seperti semikonduktor.Untuk suhu antara 65oK sampai -35oC dapat digunakan kristal silikon dengan kemurnian tinggi sebagai sensor.
Bahan Ajar PLC
E.Bimetal
Bimetal adalah sensor temperatur yang sangat populer digunakan karena kesederhanaan yang dimilikinya. Bimetal biasa dijumpai pada alat strika listrik dan lampu kelap-kelip (dimmer). Bimetal adalah sensor suhu yang terbuat dari dua buah lempengan logam yang berbeda koefisien muainya (_) yang direkatkan menjadi satu. Bila suatu logam dipanaskan maka akan terjadi pemuaian, besarnya pemuaian tergantung dari jenis logam dan tingginya temperatur kerja logam tersebut. Bila dua lempeng logam saling direkatkan dan dipanaskan, maka logam yang memiliki koefisien muai lebih tinggi akan memuai lebih panjang sedangkan yang memiliki koefisien muai lebih rendah memuai lebih pendek. Oleh karena perbedaan reaksi muai tersebut maka bimetal akan melengkung kearah logam yang muainya lebih rendah. Dalam aplikasinya bimetal dapat dibentuk menjadi saklar Normally Closed (NC) atau Normally Open (NO). F.Termistor
Termistor atau tahanan thermal adalah alat semikonduktor yang berkelakuan sebagai tahanan dengan koefisien tahanan temperatur yang tinggi, yang biasanya negatif. Umumnya tahanan termistor pada temperatur ruang dapat berkurang 6% untuk setiap kenaikan temperatur sebesar 1oC. Kepekaan yang tinggi terhadap perubahan temperatur ini membuat termistor sangat sesuai untuk pengukuran, pengontrolan dan kompensasi temperatur secara presisi. Termistor terbuat dari campuran oksida-oksida logam yang diendapkan seperti: mangan (Mn), nikel (Ni), cobalt (Co), tembaga (Cu), besi (Fe) dan uranium (U). Rangkuman tahanannya adalah dari 0,5 sampai 75 dan tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran. G.Teknik Kompensasi Termistor:
Karkateristik termistor berikut memperlihatkan hubungan antara temperatur dan resistansi seperti tampak pada gambar 2.4
Bahan Ajar PLC
(a) logaritmik
(b) skala linier
Gambar 1.11 Grafik Termistor resistansi vs temperatuer:
H.Resistance Thermal Detector (RTD)
RTD adalah salah satu dari beberapa jenis sensor suhu yang sering digunakan. RTD dibuat dari bahan kawat tahan korosi, kawat tersebut dililitkan pada bahan keramik isolator. Bahan tersebut antara lain; platina, emas, perak, nikel dan tembaga, dan yang terbaik adalah bahan platina karena dapat digunakan menyensor suhu sampai 1500o C. Tembaga dapat digunakan untuk sensor suhu yang lebih rendah dan lebih murah,tetapi tembaga mudah terserang korosi RTD memiliki keunggulan dibanding termokopel yaitu: 1. Tidak diperlukan suhu referensi 2. Sensitivitasnya cukup tinggi, yaitu dapat dilakukan dengan cara memperpanjang kawat
yang digunakan dan memperbesar tegangan eksitasi.
3. Tegangan output yang dihasilkan 500 kali lebih besar dari termokopel 4. Dapat digunakan kawat penghantar yang lebih panjang karena noise tidak jadi masalah 5. Tegangan keluaran yang tinggi, maka bagian elektronik pengolah sinyal menjadi sederhana dan murah. Resistance Thermal Detector (RTD) perubahan tahanannya lebih linear terhadap temperatur uji tetapi koefisien lebih rendah dari thermistor. Bentuk lain dari Konstruksi RTD
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.12 Jenis RTD
I.Termokopel
Pembuatan termokopel didasarkan atas sifat thermal bahan logam. Jika sebuah batang logam dipanaskan pada salah satu ujungnya maka pada ujung tersebut elektron-elektron dalam logam akan bergerak semakin aktif dan akan menempati ruang yang semakin luas, elektron-elektron saling desak dan bergerak ke arah ujung batang yang tidak dipanaskan. Dengan demikian pada ujung batang yang dipanaskan akan terjadi muatan positif. Kerapatan electron untuk setiap bahan logam berbeda tergantung dari jenis logam. Jika dua batang logam disatukan salah satu ujungnya, dan kemudian dipanaskan, maka elektron dari batang logam yang memiliki kepadatan tinggi akan bergerak ke batang yang kepadatan elektronnya rendah, dengan demikian terjadilah perbedaan tegangan diantara ujung kedua batang logam yang tidak disatukan atau dipanaskan. Besarnya termolistrik atau gem ( gaya electromagnet ) yang dihasilkan menurut T.J Seeback (1821) yang menemukan hubungan perbedaan panas (T1 dan T2) dengan gaya gerak listrik yang dihasilkan E, Peltir (1834), menemukan gejala panas yang mengalir dan panas yang diserap pada titik hot-juction dan coldjunction, dan Sir William Thomson, menemukan arah arus mengalir dari titik panas ke titik dingin dan sebaliknya,
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.13 Arah Gerak Elektron Jika Logam Dipanaskan
Atau E=37,5
-0,045(
)
di mana 37,5 dan 0,045 merupakan dua konstanta C1 dan C2 untuk termokopel tembaga/ konstanta. Bila ujung logam yang tidak dipanaskan dihubung singkat, perambatan panas dari ujung panas ke ujung dingin akan semakin cepat. Sebaliknya bila suatu termokopel diberi tegangan listrik DC, maka diujung sambungan terjadi panas atau menjadi dingin tergantung polaritas bahan (deret Volta) dan polaritas tegangan sumber. Dari prinsip ini memungkinkan membuat termokopel menjadi pendingin.
Thermocouple
sebagai
sensor
temperatur
memanfaatkan
beda
workfunction dua bahan metal
J. Dioda sebagai Sensor Temperatur
Dioda dapat pula digunakan sebagai sensor temperatur yaitu dengan memanfaatkan sifat tegangan junction Dimanfaatkan juga pada sensor temperatur rangkaian terintegrasi (memiliki rangkaian penguat dan kompensasi dalam chip yang sama). Contoh rangkaian dengan dioda sebagai sensor temperature
Bahan Ajar PLC
Contoh rangkaian dengan IC sensor
Gambar 1.13 Rangkaian IC sensor
Rangkaian alternatif untuk mengubah arus menjadi tegangan pada IC sensor temperature
Gambar 1.13 Rangkaian alternatif untuk mengubah arus menjadi tegangan Gambar 1.13 Rangkaian alternatif untuk mengubah arus menjadi tegangan Gambar 1.13 Rangkaian alternatif untuk mengubah arus menjadi tegangan
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.14 Rangkaian alternatif untuk mengubah arus menjadi tegangan
K.Infrared Pyrometer
Sensor inframerah dapat pula digunakan untuk sensor temperatur
Gambar 1.15 Infrared Pyrometer
Infrared Pyrometer sebagai sensor temperatur
Memanfaatkan perubahan panas antara cahaya yang dipancarkan dengan diterima yang diterima pyrometer terhadap objek yang di deteksi.
3. Sensor Mechanics
Bahan Ajar PLC
Pergerakkan mekanis adalah tindakan yang paling banyak dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, seperti perpindahan suatu benda dari suatu posisi ke posisi lain, kecepatan mobil di jalan raya, dongrak mobil yang dapat mengangkat mobil seberat 10 ton, debit air didalam pipa pesat, tinggi permukaan air dalam tanki. Semua gerak mekanis tersebut pada intinya hanya terdiri dari tiga macam, yaitu gerak lurus, gerak melingkar dan gerak memuntir. Gerak mekanis disebabkan oleh adanya gaya aksi yang dapat menimbulkan gaya reaksi. Banyak cara dilakukan untuk mengetahui atau mengukur gerak mekanis misalnya mengukur jarak atau posisi dengan meter, mengukur kecepatan dengan tachometer, mengukur debit air dengan rotameter dsb. Tetapi jika ditemui gerakan mekanis yang berada dalam suatu sistem yang kompleks maka diperlukan sebuah sensor untuk mendeteksi atau mengimformasikan nilai yang akan diukur. Berikut akan dijabarkan beberapa jenis sensor mekanis yang sering dijumpai di dalam kehidupan sehari-hari. 1. Sensor Posisi
Pengukuran posisi dapat dilakukan dengan cara analog dan digital. Untuk pergeseran yang tidak terlalu jauh pengukuran dapat dilakukan menggunakan cara-cara analog, sedangkan untuk jarak pergeseran yang lebih panjang lebih baik digunakan cara digital.Hasil sensor posisi atau perpindahan dapat digunakan untuk mengukur perpindahan linier atau angular. Teknis perlakuan sensor dapat dilakukan dengan cara terhubung langsung ( kontak ) dan tidak terhubung langsung ( tanpa kontak ). a. Strain gauge (SG)
Strain gauge dapat dijadikan sebagai sensor posisi. SG dalam operasinya memanfaatkan perubahan resistansi sehingganya dapat digunakan untuk mengukur perpindahan yang sangat kecil akibat pembengkokan (tensile stress) atau peregangan (tensile strain). Secara konstruksi SG terbuat dari bahan metal tipis (foil) yang diletakkan diatas kertas. Untuk proses pendeteksian SG ditempelkan dengan benda uji dengan dua cara yaitu: 1. Arah perapatan/peregangan dibuat sepanjang mungkin (axial) 2. Arah tegak lurus perapatan/peregangan dibuat sependek mungkin (lateral)
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.16 Bentuk fisik strain gauge
b. Sensor Induktif dan Elektromagnet
Sensor induktif memanfaatkan perubahan induktansi • sebagai akibat pergerakan inti feromagnetik dalam koil • akibat bahan feromagnetik yang mendekat c. Linier Variable Differential Transformer (LVDT)
memanfaatkan perubahan induksi magnit dari kumparan primer ke dua kumparan sekunder dalam keadaan setimbang, inti magnet terletak ditengah dan kedua kumparan sekunder menerima fluks yang sama dalam keadaan tidak setimbang, fluks pada satu kumparan naik dan yang lainnya turun tegangan yang dihasilkan pada sekunder sebading dengan perubahan posisi inti magnetic hubungan linier bila inti masih disekitar posisi kesetimbangan
Bahan Ajar PLC
LVDT sebagai sensor posisi: (a) konstruksi LVDT, (b) Rangakaian listrik, (c) rangkaia uji LVDT, (d) Karakteristik LVDT
Gambar 1.17 LVDT
d. Transduser Kapasitif
memanfaatkan perubahan kapasitansi
akibat perubahan posisi bahan dielektrik diantara kedua keping
akibat pergeseran posisi salah satu keping dan luas keping yang berhadapan langsung
akibat penambahan jarak antara kedua keeping
cukup sensitif tetapi linieritas buruk
rangkaian jembatan seperti pada sensor induktif dapat digunakan dengan kapasitor dihubungkan paralel dengan resistansi (tinggi) untuk memberi jalur DC untuk input opamp
2. Transduser perpindahan digital optis
mendeteksi posisi melalui kode oleh pemantul atau pelalu transmisi cahaya ke detektor foto
Bahan Ajar PLC
perpindahan (relatif) diukur berupa pulse train dengan frekuensi yang sebanding kecepatan pergerakan
deteksi arah gerakan memanfaatkan dua sinyal dengan saat pulsa naik berbeda
Gambar 1.18 deteksi arah gerakan
posisi mutlak dideteksi menggunakan kode bilangan digital
untuk deteksi perubahan yang ekstrim satu kode digunakan sebagai sinyal clock
alternatif lain memanfaatkan kode yang hanya mengijinkan satu perubahan seperti pada kode Gray
kode angular lebih baik dari pada kode linier akibat arah ekpansi thermal pada pelat kode
pengukuran perpindahan posisi yang kecil dapat dilakukan dengan pola Moire
pola garis tegak dan miring memperkuat (ukuran) pergeseran arah x ke pola garis pada arah y
perubahan dibaca dengan cara optis
a. Transduser Piezoelectric
Transduser Piezoelectric berkeja memanfaatkan tegangan yang terbentuk saat kristal mengalami pemampatan
ion positif dan negatif terpisah akibat struktur kristal asimetris
bahan kristal: kuarsa dan barium titanat, elektret polivilidin florida
Bahan Ajar PLC
bentuk respons
Transduser Piezoelektrik: (a) konstruksi PE, (b) rangkaian ekivalen PE
Gambar 1.19 Transduser Piezoelectric
Rangkaian pembaca tegangan pada piezoelektrik sensor
kristal bukan konduktor (tidak mengukur DC, rangkaian ekivalen) gunakan rangkaian Op-Amp dengan impedansi input tinggi (FET, untuk frekuensi rendah)
bila respons yang diukur dekat dengan frekuensi resonansi kristal, ukur muatan sebagai ganti tegangan di mana Qx = muatan listrik kristal (coulomb)
a. Transduser Resolver dan Inductosyn
berupa pasangan motor-generator: resolver dan transmiter digunakan untuk mengukur sudut pada sebuah gerakan rotasi
kumparan stator sebagai penerima ditempatkan pada sudut yang berbeda
stator: syncho
2 stator: resolver
versi linier (inductosyn) perbedaan sudut 90 derajat diperoleh dengan perbedaan ¼ gulungan
b. Detektor Proximity
saklar reed yang memanfatkan saklar yang terhubung atau terlepas berdasarkan medan magnet
Bahan Ajar PLC
RF-lost akibat adanya bahan metal yang menyerap medan magnet (frekuensi 40-200 kHz) yang mengakibatkan detector RF turun akibat pembebanan rangkaian resonansi LC pada osilator
Detector kapasitansi mengamati perubahan kapasitansi oleh bahan non konduktor
pancaran cahaya terfokus
c. Potensiometer
Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu: potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal film. 1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan karbon harganya cukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini sangat rendah biasanya harga resistansi akan sangat mudah berubah akibat pergeseran kontak. 2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yang menggunakan gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran penampangnya. Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari ukuran kawat yang digunakan serta kerapihan penggulungannya. 3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang dilapiskan ke bahan isolator.Potensiometer karbon dan metal film jarang digunakan untuk kontrol industri karena cepat aus. Potensiometer wire wound adalah potensiometer yang menggunakan kawat halus yang dililit pada batang metal. Ketelitian potensiometer tergantung dari ukuran kawat. Kawat yang digunakan biasanya adalah kawat nikelin. Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi cukup praktis karena hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan pengolah sinyal yang rumit. Kelemahan penggunaan potensiometer terutama adalah: 1. Cepat aus akibat gesekan 2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas kontak 3. Mudah terserang korosi
Bahan Ajar PLC
4. Peka terhadap pengotor Potensiometer linier adalah potensiometer yang perubahan tahanannya sangat halus dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn). Untuk keperluan sensor posisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan resistansi, diperlukan proteksi apabila jangkauan ukurnya melebihi rating, linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapi hati-hati dengan friksi dan backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu 0,2 – 0,5% d. Optical lever displacement detektor
memanfaatkan pematulan berkas cahaya dari sumber ke detektor
linieritas hanya baik untuk perpindahan yang kecil
Gambar 3.21. Optical Lever Displacement Detector 3. Sensor Kecepatan ( Motion Sensor )
Pengukuran kecepatan dapat dilakukan dengan cara analog dan cara digital. Secara umum pengukuran kecepatan terbagi dua cara yaitu: cara angular dan cara translasi. Untuk mengukur kecepatan translasi dapat diturunkan dari cara pengukuran angular. Yang dimaksud dengan pengukuran angular adalah pengukuran kecepatan rotasi (berputar), sedangkan pengukuran kecepatan translasi adalah kecepatan gerak lurus beraturan dan kecepatan gerak lurus tidak beraturan. a. Tacho Generator Sensor yang sering digunakan untuk sensor kecepatan angular adalah tacho generator. Tacho generator adalah sebuah generator kecil yang membangkitkan tegangan DC ataupun tegangan AC. Dari segi eksitasi tacho generator dapat dibangkitkan dengan eksitasi dari luar atau imbas elektromagnit dari magnit permanent. kelemahannya adalah : 1. Sikat komutator mudah habis 2. Jika digunakan pada daerah bertemperatur tinggi, maka magnet permanent akan mengalami kelelahan, untuk kasus ini, tacho generator sering dikalibrasi. 3. Peka terhadap debu dan korosi
Bahan Ajar PLC
Tacho generator AC berupa generator singkron, magnet permanent diletakkan dibagian tengah yang berfungsi sebagai rotor. Sedangkan statornya berbentuk kumparan besi lunak. Ketika rotor berputar dihasilkan tegangan induksi di bagian statornya. Tipe lain dari tacho generator AC adalah tipe induksi, rotor dibuat bergerigi, stator berupa gulungan kawat berinti besi. Medan magnet permanent dipasang bersamaan di stator. Ketika rotor berputar, terjadi perubahan medan magnet pada gigi yang kemudian mengimbas ke gulungan stator. Kelebihan utama dari tacho generator AC adalah relatif tahan terhadap korosi dan debu, sedangkan kelemahannya adalah tidak memberikan informasi arah gerak.
Gambar 1.20 Tacho Generator
Bahan Ajar PLC
a. Pengukuran Kecepatan Cara Digital. Pengukuran kecepatan cara digital dapat dilakukan dengan cara induktif, kapasitif dan optik. Pengukuran dengan cara induksi dilakukan menggunakan rotor bergerigi, stator dibuat dari kumparan yang dililitkan pada magnet permanen. Keluaran dari sensor ini berupa pulsa-pulsa tegangan. Penggunaan cara ini cukup sederhana, sangat praktis tanpa memerlukan kopling mekanik yang rumit, serta memiliki kehandalan yang tinggi, tetapi kelemahannya tidak dapat digunakan untuk mengukur kecepatan rendah dan tidak dapat menampilkan arah putaran. 4. Sensor Tekanan ( Presure Sensor )
Transduser tekanan dan gaya (load cell)
terdiri dari bahan elastis dan sensor perpindahan (displacement)
besaran ukur (i) strain atau (ii) displacement
pengelompokan: tipe absolute gauge dan diferensial
sensor tekanan dengan diafragma reliable, sukar dibuat, reproducible
besaran ukur strain dengan strain gauge atau displacement dengan kapasitansi
pengukuran dengan kapasitansi dalam rangkaian jembatan sangat sensitif dan Mahal
a. Transduser Tekanan silikon
memanfaatkan silikon sebagai bahan strain ukur dan diafragmanya, rangkaian bisa terintegrasi
lebih sensistif dari metal karena strain (displacement) dan sifat piezoresistif muncul bersamaan
selalu menggunakan 4 gauge dalam jembatan, masalah yang dihadapi gauge tidak identik
sangat sensitif terhadap temperatur
alternatif solusi:
eksitasi arus
Bahan Ajar PLC
kompensasi tegangan jembatan
kompensasi penguatan amplifier
konstruksi sensor tekanan silikon
diafragma dengan proses etsa
strain gauge dengan difusi dopan
b. Sensor Tekanan Tipe Bourdon dan Bellow
besaran ukur perpindahan (displacement) memanfaatkan LVDT, sensor reluktansi variabel, potensiometer
konversi tekanan ke perpindahan menggunakan tabung Bourdon atau Bellows
Sensor tekanan tipe lain: (a) dan (b) tipe Bourdon,(c) dan (d) tipe bellow
Gambar 1.21 Sensor Tekanan Tipe Bourdon dan Bellow
c. Load cell
cara kerja mirip dengan sensor tekanan yaitu mengubah gaya menjadi perpindahan
menggunakan rangkaian jembatan untuk pembacaan, kalibrasi dan kompensasi temperatur
alternatif lain menggunakan kristal piezoelektrik untuk mengukur perubahan gaya
konfigurasi load cell
Bahan Ajar PLC
Gambar 1.22 Beberapa Contoh Konfigurasi Load Cell
5. Sensor Aliran Fluida ( Flow Sensor )
Pengukuran aliran mulai dikenal sejak tahun 1732 ketika Henry Pitot mengatur jumlah fluida yang mengalir. Dalam pengukuran fluida perlu ditentukan besaran dan vektor kecepatan aliran pada suatu titik dalam fluida dan bagaimana fluida tersebut berubah dari titik ke titik. Pengukuran atau penyensoran aliran fluida dapat digolongkan sebagai berikut: 1. Pengukuran kuantitas Pengukuran ini memberikan petunjuk yang sebanding dengan kuantitas total yang telah mengalir dalam waktu tertentu. Fluida mengalir melewati elemen primer secara berturutan dalam kuantitas yang kurang lebih terisolasi dengan secara bergantian mengisi dan mengosongkan bejana pengukur yang diketahui kapasitasnya. Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut : a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat b. Pengukur volumetri untuk cairan c. Pengukur volumetri untuk gas 2. Pengukuran laju aliran Laju aliran Q merupakan fungsi luas pipa A dan kecepatan V dari cairan yang mengalir lewat pipa, yakni: Q = A.V
Bahan Ajar PLC
tetapi dalam praktek, kecepatan tidak merata, lebih besar di pusat. Jadi kecepatan terukur rata-rata dari cairan atau gas dapat berbeda dari kecepatan rata-rata sebenarnya. Gejala ini dapat dikoreksi sebagai berikut: Q = K.A.V
di mana K adalah konstanta untuk pipa tertentu dan menggambarkan hubungan antara kecepatan rata-rata sebenarnya dan kecepatan terukur. Nilai konstantaini bisa didapatkan melalui eksperimen. a. Sensor Aliran Berdasarkan Perbedaan Tekanan
Metoda ini berdasarkan Hukum Bernoulli yang menyatakan hubungan : .g. =
.g.
dimana: P = tekanan fluida = masa jenis fluida v = kecepatan fulida g = gravitasi bumi h = tinggi fluida (elevasi) b. Cara-cara Thermal Cara-cara thermal biasanya dipergunakan untuk mengukur aliran udara.
Pengukuran dengan menggunakan carathermal dapat dilakukan dengan cara-cara : Anemometer kawat panas Teknik perambatan panas Teknik penggetaran c. Anemometer Kawat Panas
Metoda ini cukup sederhana yaitu dengan menggunakan kawat yang dipanaskan oleh aliran listrik, arus yang mengalir pada kawat dibuat tetap konstan menggunakan sumber arus konstan. Jika ada aliran udara, maka kawat akan mendingin (seperti kita meniup lilin) dengan mendinginnya kawat, maka resistansi kawat menurun. Karena dipergunakan sumber arus konstan, maka kita dapat menyensor tegangan pada ujungujung kawat. Sensor jenis ini memiliki sensitivitas sangat baik untuk menyensor aliran gas yang lambat. Namun sayangnya penginstalasian keseluruhan sensor tergolong sulit.
Bahan Ajar PLC
d. Perambatan Panas Pada teknik perambatan panas, pemanas dipasang pada bagian luar pipa, pipa tersebut terbuat dari bahan logam. Di kiri dan kanan pemanas, dipasang bahan isolator panas, dan pada isolator ini dipasang sensor suhu. Bila udaramengalir dari kiri ke kanan, maka suhu disebelah kiri akan terasa lebih dingin dibanding suhu sebelah kanan.
a.terbuka b. Terbuka Gambar 1.23 Perambatan Panas
6. Sensor Level Pengukuran level dapat dilakukan dengan bermacam cara antara lain dengan:
pelampung atau displacer, gelombang udara, resistansi, kapasitif, ultra sonic, optic, thermal, tekanan, sensor permukaan dan radiasi. Pemilihan sensor yang tepat tergantung pada situasi dan kondisi sistem yang akan di sensor.
a. Menggunakan Pelampung
Cara yang paling sederhana dalam penyensor level cairan adalah dengan menggunakan pelampung yang diberi gagang. Pembacaan dapat dilakukan dengan memasang sensor posisi misalnya potensiometer pada bagian engsel gagang pelampung. Cara ini cukup baik diterapkan untuk tanki-tanki air yang tidak terlalu tinggi. b. Menggunakan Tekanan
Untuk mengukur level cairan dapat pula dilakukan menggunakan sensor tekanan yang dipasang di bagian dasar dari tabung. Cara ini cukup praktis, akan tetapi
Bahan Ajar PLC
ketelitiannya sangat tergantung dari berat jenis dan suhu cairan sehingga kemungkinan kesalahan pembacaan cukup besar. c. Menggunakan Cara Thermal
Teknik ini didasarkan pada fakta penyerapan kalor oleh cairan lebih tinggi dibandingkan penyerapan kalor oleh uapnya, sehingga bagian yang tercelup akan lebih dingin dibandingkan bagian yang tidak tercelup. Kontruksi dasar sensor adalah terdidiri dari sebuah elemen pemanas dibentuk berliku-liku dan sebuah pemanas lain dibentuk tetap lurus. Dua buah sensor diletakkan berhadapan dengan bagian tegakdari pemanas, sebuah sensor tambahan harus diletakkan selalu berada dalam cairan yang berfungsi untuk pembanding. Kedua sensor yang berhadapan dengan pemanas digerakkan oleh sebuah aktuator secara perlahan-lahan dengan perintah naik atau turun secara bertahap. Mula-mula sensor diletakkan pada bagian paling atas, selanjutnya sensor suhu digerakkan ke bawah perlahan-lahan, setiap terdeteksi adanya perubahan suhu pada sensor yang berhadapan pada pemanas berliku, maka dilakukan penambahan d. Menggunakan Cara Optik
Pengukuran level menggunakan optic didasarkan atas sifat pantulanpermukaan atau pembiasan sinar dari cairan yang disensor. Ada beberapa carayang dapat digunakan untuk penyensoran menggunakan optic yaitu: 1. Menggunakan sinar laser 2. Menggunakan prisma 3. Menggunakan fiber optik
Bahan Ajar PLC
BAB II PERKEMBANGAN PLC
1. Sejarah Awal Perkembangan PLC Secara historis, PLC pertama kali dirancang oleh 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 relay saja. Seiring perkembangan teknologi solid state, saat ini PLC telah mengalami perkembangan luar biasa, baik dari ukuran, kepadatan komponen serta dari segi fungsionalnya. Beberapa peningkatan perangkat keras dan perangkat lunak ini antara lain 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, dan lain-lain.
Pemrograman relatif semakin mudah. Hal ini terkait dengan perangkat lunak pemrograman yang semakin bersahabat dengan pengguna (user friendly).
Memiliki kemampuan komunikasi dan sistem dokumentasi yang semakin baik.
Jenis instruksi/fungsi semakin banyak dan lengkap.
Waktu eksekusi program semakin cepat.
Saat kebutuhan produksi berubah maka demikian pula dengan sistem kontrolnya. Hal ini menjadi sangat mahal jika perubahannya terlalu sering. Karena relai merupakan alat mekanik, maka, tentu saja, memiliki umur hidup atau masa penggunaan yang terbatas, yang akhirnya membutuhkan jadwal perawatan yang ketat. Pelacakan kerusakan atau kesalahan menjadi cukup membosankan jika banyak relai
Bahan Ajar PLC
yang digunakan. Bayangkan saja sebuah panel kontrol yang dilengkapi dengan monitor ratusan hingga ribuan relai yang terkandung pada sistem kontrol tersebut. lihat gambar 1, bagaimana kompleks-nya melakukan pengkabelan pada relai-relai tersebut, Bayangkan saja hal ini.
Gambar 2.1. Rangkaian Relai komplek
Dengan demikian "pengontrol baru" ( the new controller) ini harus memudahkan para teknisi perawatan dan teknisi lapangan melakukan pemrograman. Umur alat harus menjadi lebih panjang dan program proses dapat dimodifikasi atau dirubah dengan lebih mudah. Serta harus mampu bertahan dalam lingkungan industri yang keras. Jawabannya ? Penggunaan teknik pemrograman yang sudah banyak digunakan (masalah kebiasaan dan pada dasarnya bahwa 'people do not like to change') dan mengganti bagian-bagian mekanik dengan teknologi solid-state (IC atau mikroelektronika atau sejenisnya).
Bahan Ajar PLC
Pada pertengahan tahun 1970-an, teknologi PLC yang dominan adalah sekuenser mesin-kondisi dan CPU berbasis bit-slice. Prosesor AMD 2901 dan 2903 cukup populer digunakan dalam MODICON dan PLC A-B. Mikroprosesor konvensional kekurangan daya dalam menyelesaikan secara cepat logika PLC untuk semua PLC, kecuali PLC kecil. Setelah mikroprosesor konvensional mengalami perbaikan dan pengembangan, PLC yang besar-besar mulai banyak menggunakan-nya. Bagaimanapun juga, hingga saat ini ada yang masih berbasis pada AMD 2903. Kemampuan komunikasi pada PLC mulai muncul pada awal-awal tahun 1973. Sistem yang pertama adalah Modbus-nya MODICON. Dengan demikian PLC bisa berkomunikasi dengan PLC lain dan bisa ditempatkan lebih jauh dari lokasi mesin sesungguhnya yang dikontrol. Sekarang kemampuan komunikasi ini dapat digunakan untuk mengirimkan dan menerima berbagai macam tegangan untuk membolehkan dunia analog ikut terlibat. Sayangnya, kurangnya standarisasi mengakibatkan komunikasi PLC menjadi mimpi buruk untuk protokol-protokol dan jaringa-jaringan yang tidak kompatibel. Tetapi bagaimanapun juga, saat itu merupakan tahun yang hebat untuk PLC.
Gambar 2.2 Prosesor AMD 2901
Gambar 2.3 MEDICON 084
Pada tahun 1980-an dilakukan usaha untuk menstandarisasi komunikasi dengan protokol otomasi pabrik milik General Motor (General Motor's Manufacturring Automation Protocol (MAP)). Juga merupakan waktu untuk memperkecil ukuran PLC dan pembuatan perangkat lunak pemrograman melalui pemprograman simbolik dengan komputer PC daripada terminal pemprogram atau penggunaan pemrogram genggam ( handled programmer). Sekarang PLC terkecil seukuran dengan sebuah kontrol relai tunggal (seperti produk ZEN Programmable Relay dari Omron).
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.4 ZEN Programmable Relay
Tahun 1990- dilakukan reduksi protokol baru dan modernisasi lapisan f isik dari protokol-protokol populer yang bertahan pada tahun 1980-an. Standar terakhir (IEC 1131-3), bisa diakses di http://www.plcopen.org/default.htm ) berusaha untuk menggabungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu standar internasional. Sekarang bisa dijumpai PLC-PLC yang diprogram dalam diagram fungsi blok, daftar instruksi, C dan teks terstruktur pada saat bersamaan. Dewasa ini, vendor-vendor PLC umumnya memproduksi PLC dengan berbagai ukuran, jumlah input/output, instruksi dan kemampuan lainnya yang beragam. Hal ini pada dasarnya dilakukan untuk memenuhi kebutuhan pasar yang sangat luas, yaitu untuk tujuan kontrol yang relatif sederhana dengan jumlah input/output puluhan, sampai kontrol yang kompleks dengan jumlah input/output mencapai ribuan. 2. Pengertian PLC
Programmable Logic Controllers (PLC) adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan
tingkat
kesulitan
yang
beraneka
ragam
[2].
Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah :sistem
Bahan Ajar PLC
elektronik yang beroperasi secara dijital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram
untuk
penyimpanan
secara
internal
instruksi-instruksi
yang
mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog [3]. Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut : 1. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya. 2. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya. 3. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses
sehingga
menghasilkan
output
yang
diinginkan.
PLC ini dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sequensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yang digunakan sudah dimasukkan.Alat ini bekerja berdasarkan inputinput yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan meng-ON atau meng-OFF kan output-output. 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak. Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus [4]. Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:
Bahan Ajar PLC
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. Sedangkan fungsi PLC secara khusus adalah dapat memberikan input ke CNC (Computerized Numerical Control). Beberapa PLC dapat memberikan input ke CNC untuk kepentingan pemrosesan lebih lanjut. CNC bila dibandingkan dengan PLC mempunyai ketelitian yang lebih tinggi dan lebih mahal harganya. CNC biasanya dipakai untuk proses finishing, membentuk benda kerja, moulding dan sebagainya. Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya.
3. Sistem Kendali Konvesional
Sistem kendali proses dalam dunia industri senantiasa berkembang seiring dengan semakin meningkatnya jumlah produksi barang yang harus dihasilkan. Mesinmesin yang digunakan untuk melakukan proses produksi, pada umumnya digerakkan oleh motor listrik. Pada awalnya pengendalian mesin-mesin industri yang digerakkan oleh motor listrik masih menggunakan saklar-saklar biasa yang dioperasikan secara langsung oleh tangan manusia, atau yang lebih dikenal dengan sistem manual. Kenyataannya, sistem manual kurang handal dan tidak fleksibel. Untuk itulah para ahli dan praktisi di dunia industri secara berkesinambungan melakukan percobaan dan riset dalam rangka
Bahan Ajar PLC
menciptakan suatu sistem kendali yang dapat melaksanakan proses produksi dengan lebih efisien, praktis, dan otomatis. Seiring dengan berjalannya waktu, sistem manual mulai ditinggalakan dan selanjutnya digantikan dengan sistem yang menggunakan rele. Pengoperasian peralatan yang membutuhkan daya listrik yang relatif lebih besar, dapat dilakukukan dengan mencatu daya listrik yang relatif rendah pada sebuah relley. Selanjutnya dengan kombinasi berbagai jenis relley, dapat dibentuk suatu sistem kendali yang melaksanakan suatu proses yang spesifik. Sistem inilah yang dikenal dengan sistem kendali konvensional.
4. Pengendalian PLC
Apabila melakukan pengendalian peralatan maka akan mencakup tiga bagian, yaitu : Input, Output dan Controller. Bagian input adalah peralatan yang memberikan masukan untuk menentukan proses kerja peralatan yang dikontrol (switch tekan, limit switch, thumbwheel switch, flow switch, level switch, dll). Bagian output adalah peralatan yang dipergunakan untuk melaksanakan hasil dari suatu proses (motor, solenoid, led display, heater, lampu, dll). Bagian controller perhitungan, pengambilan keputusan, pengendalian dari input
adalah melaksanakan untuk
dibagian output (dalam hal ini dilakukan oleh PC
Gambar 2.5 I/O dan pemrograman Ladder dengan PC
Bahan Ajar PLC
dikeluarkan
Untuk mengetahui dasar kerja PC diberikan contoh pada gambar , yaitu
dasar pemrograman dengan
ladder, sehingga
akan mudah
dipahami
bagaimana merancang suatu program mengenai relay dan switch yang selanjutnya dimasukkan ke memory PC dengan memakai console atau download dengan personal komputer. 5. Tipe-Tipe PLC
Pada masa kini PLC dibagi menjadi beberapa tipe yang dibedakan berdasarkan ukuran dan kemampuannya. Dan PLC dapat dibagi menjadi jenis-jenis berikut 1. Tipe compact Ciri – ciri PLC jenis ini ialah : a. Seluruh komponen (power supply, CPU, modul input – output, modul komunikasi) menjadi satu b. Umumnya berukuran kecil (compact) c. Mempunyai jumlah input/output relatif sedikit dan tidak dapat diexpand d. Tidak dapat ditambah modul – modul khusus Berikut ini contoh PLC compact dari Allen Bradley.
Gambar 2.6 PLC compact Micro Logix dari Allen Bradley
Sumber : Allen Braley, PLC MicroLogix Catalogue
2. Tipe modular Ciri – ciri PLC jenis ini ialah : a. Komponen – komponennya terpisah ke dalam modul – modul b. Berukuran besar c. Memungkinkan untuk ekspansi jumlah lebih banyak)
Bahan Ajar PLC
input /output (sehingga jumlah
d. Memungkinkan penambahan modul – modul khusus Berikut ini contoh PLC modular dari Omron.
Gambar 2.7 PLC modular dari Omron
Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
6. Komponen-komponen PLC
PLC sesungguhnya merupakan sistem mikrokontroler khusus untuk industri, artinya seperangkat perangkat lunak dan keras yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi dalam dunia industri. Elemen-elemen dasar sebuah PLC ditunjukkan pada gambar berikut
Gambar 2.8 Hubungan PLC dengan peralatan lain
Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) 1. Unit Pengolah Pusat (CPU - Centarl Processing Unit) Unit pengolah pusat atau CPU merupakan otak dari sebuah kontroler PLC. CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah mikrokontroler (versi mini mikrokontroler
Bahan Ajar PLC
lengkap). Pada awalnya merupakan mikrokontroler 8-bit seperti 8051, namun saat ini bisa merupakan mikrokontroler 16 atau 32 bit. Biasanya untuk produk-produk PLC buatan Jepang, mikrokontrolernya adalah Hitachi dan Fujitsu, sedangkan untuk produk Eropa banyak menggunakan Siemens dan Motorola untuk produk- produk Amerika. CPU ini juga menangani komunikasi dengan piranti eksternal, interkonektivitas antar bagian-bagian internal PLC, eksekusi program, manajemen memori, mengawasi atau mengamati masukan dan memberikan sinyal ke keluaran (sesuai dengan proses atau program yang dijalankan). Kontroler PLC memiliki suatu
rutin
kompleks
yang
digunakan untuk memeriksa agar dapat dipastikan memori PLC tidak rusak, hal ini dilakukan karena alasan keamanan. Hal ini bisa dijumpai dengan adanya indikator lampu pada badan PLC sebagai indikator terjadinya kesalahan atau kerusakan. 2. Memori Memori sistem (saat ini banyak yang mengimplementasikan penggunaan teknologi flash) digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol proses. Selain berfungsi untuk menyimpan "sistem operasi", juga digunakan untuk menyimpan program yang harus dijalankan, dalam bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang dibuat oleh pengguna atau pemrogram. Isi dari memori Flash tersebut dapat berubah (bahkan dapat juga dikosongkan atau dihapus) jika memang dikehendaki seperti itu. Tetapi yang jelas, dengan penggunaan teknologi Flash, proses penghapusan dan pengisian kembali memori dapat dilakukan dengan mudah (dan cepat). Pemrograman PLC, biasanya, dilakukan melalui kanal serial komputer yang bersangkutan. Memori pengguna dibagi menjadi beberapa blok yang memiliki fungsi khusus. Beberapa bagian memori digunakan untuk menyimpan status masukan dan keluaran. Status yang sesungguhnya dari masukan maupun keluaran disimpan sebagai logika atau bilangan '0' dan '1' (dalam lokasi bit memori tertentu). Masing- masing masukan dan keluaran berkaitan dengan sebuah bit dalam memori. Sedangkan bagian lain dari memori digunakan untuk menyimpan isi variabel- variabel yang digunakan dalam program yang dituliskan. Misalnya, nilai pewaktu atau nilai ppencacah bisa disimpan dalam bagian memori ini.
Bahan Ajar PLC
3. Pemrograman PLC Kontroler PLC dapat diprogram melalui komputer, tetapi juga bisa diprogram melalui program manual, yang biasa disebut dengan konsol (console). Untuk keperluan ini dibutuhkan perangkat lunak, yang biasanya juga tergantung pada produk
PLC-nya. Dengan kata lain, masing-masing produk PLC membutuhkan
perangkat sendiri-sendiri. Saat ini fasilitas PLC dengan komputer sangat penting sekali artinya dalam pemrograman-ulang PLC dalam dunia industri. Sekali sistem diperbaiki, program yang benar dan sesuai harus disimpan ke dalam PLC lagi. Selain itu perlu dilakukan pemeriksaan program PLC, apakah selama disimpan tidak terjadi perubahan atau sebaliknya, apakah program sudah berjalan dengan benar atau tidak. Hal ini membantu untuk menghindari situasi berbahaya dalam ruang produksi (pabrik), dalam hal ini beberapa pabrik PLC telah membuat fasilitas dalam PLC- nya berupa dukungan terhadap jaringan komunikasi, yang mampu melakukan pemeriksaan program sekaligus pengawasan secara rutin apakah PLC bekerja dengan baik dan benar atau tidak. Hampir
semua
produk
perangkat
lunak
untuk
memprogram
PLC
memberikan kebebasan berbagai macam pilihan seperti: memaksa suatu saklar (masukan atau keluaran) bernilai ON atau OFF, melakukan pengawasan program (monitoring) secara tangga
real-time
termasuk
pembuatan
dokumentasi
diagram
yang bersangkutan. Dokumentasi diagram tangga ini diperlukan untuk
memahami program sekaligus dapat digunakan untuk pelacakan kesalahan. Pemrogram dapat memberikan nama pada piranti masukan dan keluaran, komentarkomentar pada blok diagram dan lain sebagainya. Dengan pemberian dokumentasi maupun komentar
pada
program,
maka
akan
mudah
nantinya
dilakukan
pembenahan (perbaikan atau modifikasi) program dan pemahaman terhadap kerja program diagram tangga tersebut. 4. Catu daya PLC Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan catu daya ke seluruh bagian PLC (termasuk CPU, memori dan lain-lain). Kebanyakan PLC bekerja
Bahan Ajar PLC
pada catu daya 24 VDC atau 220 VAC. Beberapa PLC catu dayanya terpisah (sebagai modul tersendiri). Yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan yang medium
atau
kecil,
catu
dayanya
sudah
menyatu.
Pengguna
harus
menentukan berapa besar arus yang diambil dari modul keluaran/masukan untuk memastikan catu daya yang bersangkutan menyediakan sejumlah arus yang memang dibutuhkan. Tipe modul yang berbeda menyediakan sejumlah besar arus listrik yang berbeda. Catu daya listrik ini biasanya tidak digunakan untuk memberikan catu daya langsung ke masukan maupun kelauran, artinya masukan dan keluaran murni merupakan saklar (baik relai maupun opto isolator). Pengguna harus menyediakan sendiri catu daya terpisah untuk masukan dan keluaran PLC. Dengan cara demikian, maka lingkungan industri dimana PLC digunakan tidak akan merusak PLC-nya itu sendiri karena memiliki catu daya terpisah antara PLC dengan jalur- jalur masukan dan keluaran.
5. Masukan-masukan PLC Kecerdasan sebuah sistem terotomasi sangat tergantung pada kemampuan sebuah PLC untuk membaca sinyal dari berbagai macam jenis sensor dan pirantipiranti masukan lainnya. untuk mendeteksi proses atau kondisi atau status suatu keadaan atau proses yang sedang terjadi, misalnya, berapa cacah barang yang sudah diproduksi, ketinggian permukaan air, tekanan udara dan lain sebagainya, maka dibutuhkan sensor-sensor yang tepat untuk masing-masing kondisi atau keadaan yang akan dideteksi tersebut. Dengan kata lain, sinyal-sinyal masukan tersebut dapat berupa logik (ON atau OFF) maupun analog. PLC kecil biasanya hanya memiliki jalur masukan digital saja, sedangkan yang besar mampu menerima masukan analog melalui unit khusus yang terpadu dengan PLC-nya. Salah satu sinyal analog yang sering dijumpai adalah sinyal arus 4 hingga 20mA (atau mV) yang diperoleh dari berbagai macam sensor. Lebih canggih lagi, peralatan lain dapat dijadikan masukan untuk PLC, seperti citra dari kamera, robot (misalnya, robot bisa mengirimkan sinyal ke PLC sebagai suatu
Bahan Ajar PLC
informasi bahwa robot tersebut telah selesai memindahkan suatu objek dan lain sebagainya) dan lain-lain. 6. Pengaturan atau Antarmuka Masukan Antarmuka masukan berada di antara jalur masukan yang sesungguhnya dengan unit CPU. Tujuannya adalah melindungi CPU dari sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki yang bisa merusak CPU itu sendiri. Modul antar masukan ini berfungsi untuk mengkonversi atau mengubah sinyal-sinyal masukan dari luar ke sinyal-sinyal yang sesuai dengan tegangan kerja CPU yang bersangkutan (misalnya, masukan dari sensor dengan tegangan kerja 24 VDC harus dikonversikan menjaid tegangan 5 VDC agar sesuai dengan tegangan kerja CPU). Hal ini dengan mudah dilakukan menggunakan rangkaian opto-isolator sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut
Gambar 2.9 rangkaian antarmuka masukan PLC
Penggunaan opto-isolator artinya tidak ada hubungan kabel sama sekali antara dunia luar dengan unit CPU. Secara 'optik' dipisahkan (perhatikan gambar diatas), atau dengan kata lain, sinyal ditransmisikan melalui cahaya. Kerjanya sederhana, piranti eksternal akan memberikan sinyal untuk menghidupkan LED (dalam opto osilator), akibatnya photo transistor akan menerima cahaya dan akan menghantarkan arus (ON), CPU akan melihatnya sebagai logika nol (catu antara kolektor dan emitor drop dibawah 1 volt). Begitu juga sebaliknya, saat sinyal masukan tidak ada lagi, maka LED akan mati dan photo transistor akan berhenti menghantar (OFF), CPU akan melihatnya sebagai logika satu.
Bahan Ajar PLC
7. Keluaran-keluaran PLC sistem otomatis tidaklah lengkap jika tidak ada fasilitas keluaran atau fasilitas untuk menghubungkan dengan alat-alat eksternal (yang dikendalikan). Beberapa alat atau piranti yang banyak digunakan adalah motor, selenoida, relai, lampu indikator, speaker dan lain sebagainya. Keluaran ini dapat berupa analog maupun digital. Keluaran
digital
bertingkah
seperti
sebuah
saklar,
menghubungkan
dan
memutuskan jalur. Keluaran analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog (misalnya, perubahan tegangan untuk pengendalian motor secara regulasi linear sehingga diperoleh kecepatan putar tertentu). 8. Pengaturan atau Antarmuka Keluaran Sebagaimana pada antarmuka masukan, keluaran juga membutuhkan antarmuka yang
sama yang digunakan untuk memberikan perlindungan CPU
dengan peralatan eksternal, sebagaimana ditunjukkan pada gambar I.3 Cara kerjanya juga sama, yang menyalakan dan mematikan LED didalam optoisolator sekarang adalah CPU, sedangkan yang membaca status photo
transistor,
apakah
menghantarkan arus atau tidak, adalah peralatan atau piranti eksternal.
Gambar 2.10 rangkaian antarmuka keluaran PLC
9. Jalur Ekstensi atau Tambahan Setiap PLC biasanya memiliki jumlah masukan dan keluaran yang terbatas. Jika diinginkan, jumlah ini dapat ditambahkan menggunakan sebuah modul keluaran dan masukan tambahan (I/O expansion atau I/O extension module).
Bahan Ajar PLC
7. Beberapa Penemuan Yang Melandasi Munculnya PLC
Programmable Logic Controller (PLC) sebenarnya telah ditemukan sejak dahulu, banyak ilmuwan terdahulu menemukan suatu alat yang prinsip kerjanya hampir sama dengan Programmable Logic Controller (PLC). Dan inilah yang mendasari dari penemuan Programmable Logic Controller (PLC) yang banyak berkembang saat ini. Programmable Logic Controller (PLC) yang dulunya masih berupa alat besar dan masih sederhana sekali dan pengaplikasian atau kegunaannya masih sedikit. Namun saat ini pengaplikasian Programmable Logic Controller (PLC) dapat digunakan pada setiap bidang kehidupan manusia dan bentuknya pun lebih kompleks. Sejarah perkembangan Programmable Logic Controller (PLC) sesuai dengan tahun penemuannya, antara lain: 1.
Float Regulator Mechanicm Float Regulator Mechanicm di Yunani kuno (mirip dengan air tangki level pengatur flush toilet biasa) [300-1BC] untuk mengatur jam air dan pembuluh anggur. Yaitu penggunaan umpan balik pada alat tersebut, untuk mengatur sistem ternyata mempunyai asal usul yang menarik. Penerapan pertama pengaturan berumpan balik lahir pada pengembangan mekanisme yang mengatur pelampung mulai dari kira-kira 300 SM sampai 1 Masehi di Yunani. Contohnya adalah Jam air Ktesibosis juga menggunakan suatu regulator penampung. Lampu minyak yang dibuat Philon kira-kira pada tahun 250 SM menggunakan pengaturan pelampung untuk mempertahankan permukaan minyak lampu yang sama. Berikut ini adalah gambar engaplikasian dari float regulator mechanicm.
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.11 pengembnagan float regulator mechanicm
Heron dari Alexandria, yang hidup pada abad pertama masehi, yang menyinggung
garis
besar
beberapa
bentuk
mekanisme
pengatur
permukaan air dengan memanfaatkan regulator penampung. 2. Cikal Bakal Mesin Uap dan Presser Cooker Dennis Papin (1647 – 1712)Pada tahun 1679 seorang fisikawan, ahli matematika, dan penemu berkebangsaan Prancis menemukan suatu alat yang dinamakan steam digester yang menjadi cikal bakal ditemukannya mesin uap dan presser cooker (panci masak bertekanan). Penemuan tersebut ia kerjakan bersama–sama dengan rekannya yang bernama Robert Boyle, seorang filusuf, fisikawan, kimiawan, penemu, dan ilmuan berkebangsaan Irlandia. Alat ini berbentuk seperti sebuah wadah dengan penutup yang digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan. Untuk menjaga agar alat tersebut tidak meledak, Papin melengkapi penemuannya tersebut dengan katup yang dapat bergerak naik turun sebagai tempat pembuangan uap untuk mengatur tekanan didalam wadahnya. Selain itu Papin juga mengembangkan mesinnya dengan menambahkan torak di bagian atas silinder yang tertutup yang akan bergerak naik dan turun sesuai dengan
Bahan Ajar PLC
teori yang ditemukan oleh Giovanni Battista della Porta. Konsep inilah yang kemudian mengawali ditemukannya mesin uap pertama di dunia yang menggunakan piston dan silinder mesin. A = Tungku pembakaran B = Bejana C = Tutup bejana D = Baut pengencang E = Katup F = Penyanggah tutup bejana G = Batang beban H = Penutup tungku W = Beban
Gambar 2.12 cikal bakal mesin uap
Bahan Ajar PLC
3. Centrifugal Governor Karya pertama yang penting dalam perkembangan awal teori kendali adalah centrifugal governor oleh James Watt untuk mengontrol kecepatan mesin uap pada abad ke-18. Pada awalnya ia tertarik dengan mesin uap karena memperhatikan mesin uap buatan Newcome yang kurang efisien. Kemudian ia melakukan penelitian dan percobaan, dan akhirnya ia berhasil menciptakan mesin uap yang efisien yang berdasarkan teorinya sendiri yaitu centrifugal governor. Centrifugal governor bekerja berdasarkan momen inersia yang timbul karena terjadinya percepatan sudut. Pada dasarnya governor dalam keadaan seimbang bila gaya sentrifugal yang besar yang dicapai pada awal sleve dengan putaran dan sudut yang dibentuk oleh kedua lengan governor sebelum konstan. Perbedaan mendasar dari mesin James Watt ini dengan mesin milik Thomas Newcomen adalah pada letak kondensor yang digunakan. Jika pada mesin Newcomen ruang untuk mengkondensasikan uap menyatu dengan silinder
kerja,
maka
pada
mesin
James
Watt
ruang
untuk
mengkondensasikan uap terpisah dari silinder. Selain itu mekanisme penggerak torak dari mesin James Watt menggunakan gerakan putar dari roda penggerak yang berputar, tidak seperti pada mesin Newcomen yang menggunakan gerakan translasi (bolak-balik) dari pompa air.
Keterangan : C = Silinder uap m = tuas aliran masuk uap E = Katup pembuangan uap H = penyambung poros engkol ke balok N = Pompa air O Q P R T g
= engkol = poros Regulator (Govenor) = Torak = Batang pompa udara = Katup input uap = link yang menghubungkan piston dan balok melaui gerakan paralel gdc
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.13 centrifugal governor
4. Pilot Otomatis (Autopilot) Pilot otomatis (autopilot) adalah sistem mekanikal, elektrikal, atau hidraulik yang memandu sebuah kendaraan tanpa campur tangan dari manusia. Umumnya pilot otomatis dihubungkan dengan pesawat, tetapi pilot otomatis juga digunakan di kapal dengan istilah yang sama. Dalam masa-masa awal transportasi udara, pesawat udara membutuhkan perhatian terus menerus dari seorang pilot agar dapat terbang dengan aman. Hal ini membutuhkan perhatian yang sangat tinggi dari awak pesawat dan mengakibatkan kelelahan. Sistem pilot otomatis diciptakan untuk menjalankan beberapa tugas dari pilot.Sistem pilot otomatis pertama diciptakan oleh Sperry Corporation tahun 1912. Lawrence Sperry (anak dari
Bahan Ajar PLC
penemu ternama Elmer Sperry) mendemonstrasikannya dua tahun kemudian pada 1914 serta membuktikan kredibilitas penemuannya itu dengan menerbangkan sebuah pesawat tanpa disetir olehnya. Pilot otomatis menghubungkan indikator ketinggian menggunakan giroskop dan kompas magnetik ke rudder, elevator dan aileron. Sistem pilot otomatis tersebut dapat menerbangkan pesawat secara lurus dan rata menurut arah kompas tanpa campur tangan pilot, sehingga mencakup 80% dari keseluruhan beban kerja pilot dalam penerbangan secara umum. Sistem pilot otomatis lurus-dan-rata ini masih umum sekarang ini, lebih murah dan merupakan jenis pilot otomatis yang paling dipercaya. Sistem tersebut juga memiliki tingkat kesalahan terkecil karena kontrolnya yang tidak rumit. Pada awal 1920-an, tanker Standard Oil J.A Moffet menjadi kapal pertama yang menggunakan pilot otomatis.
Gambar 2.14 rancangan auto pilot oleh sperry 5. Servomechanisem Servomekanik
Hazen sekitar tahun 1934 menemukan sebuah kontrol posisi yang menggunakan sistem servomechanisem servomekanik dimana servo adalah sebuah device otomatis yang menggunakan error dari sinyal feedback
Bahan Ajar PLC
untuk mengkoreksi performa dari mekanisme. Servomechanism disingkat servo adalah suatu device yang digunakan untuk memberikan kontrol mekanik pada jarak. Servomotor mempunyai keluaran shaft (poros). Poros ini dapat ditempatkan pada posisi sudut spesifik dengan mengirimkan sinyal kode pada saluran kontrol servomotor. Selama sinyal kode ada di saluran kontrol, servo akan tetap berada di posisi sudut poros. Bila sinyal kode berubah, posisi sudut poros berubah. Aplikasi servo banyak ditemui pada radio control pesawatterbang model (aeromodelling), mobil radio control,
boneka mainan, dan tentunya robot.
Gambar 2.15 pengembangan servo mekanisme
6. Mikroprosesor Pada tahun 1969 tim insinyur jepang dari sebuah perusahaan BUSICOM datang ke Amerika Serikat memesan beberapa buah IC untuk membuat kalkulator.Mereka datang ke Perusahaan INTEL dan Marcian Hoff adalah orang yang dapat melayani permintaan itu. Sebab ia adalah orang yang berpengalaman bekerja di bidang komputer. Marcian Hoff memberi saran agar digunakannya IC yang bekerja berdasarkan program sehingga menjadi lebih sederhana. Gagasan MarcianHoff ini berhasil dan mikroprosesor pertama kali lahir. Untuk mewujudkangagasan ini Marcian Hoff dibantu oleh Frederico Faggin. Dalam waktu sembilan bulan mereka sukses dan INTEL memperoleh hak-hak atas penjualan temuan IC itu.
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.16 salah satu mikrokontroller yang berkembang saat ini (intel 4004) 8. Perkembangan PLC Omron Berikut ini studi kasus dari pemilihan PLC Omron. PLC Omron memiliki jenis PLC yang sangat bervariasi dari sisi fungsionalitas dan kemampuannya. Gambar 9.1 menunjukkan tipe – tipe PLC dari pertimbangan kedua hal tersebut. PLC Omron terbagi menjadi 3 kelompok : Micro, CJ1, dan CS1. Ketiganya tampak pada Gambar 9.2.
Gambar 2.17 Tipe – tipe PLC Omron dalam grafik Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
Gambar 2.18 Tipe – tipe PLC Omron dalam gambar (lanjutan) Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.19 Tipe – tipe PLC Omron dalam gambar Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
Misalkan sistem kita cukup kecil dan hanya membutuhkan micro PLC dari Omron maka berikut ini hal – halyang harus kita pertimbangkan. 1. Jumlah base I/O (belum diekspansi) yang dimiliki PLC
Gambar 2.20 Micro PLC berdasar jumlah base I/O Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
2. Bentuk PLC : brick (compact), modular, board. Bentuk ini juga memberi pengaruh pada fitur – fitur hardware dan software dari PLC tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan katalog dengan baik.
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.21 Macam – macam bentuk micro PLC Omron Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
3. Kelengkapan (fitur – fitur) sistem Berikut ini contoh pemilihan PLC dari fitur – fitursistem yang dimiliki. Pada gambar Gambar 9.6 ditampilkan penggambaran yang lebih jelas lagi dari katalog PLC Omron.
Gambar 2.22 Overview fitur – fitur micro PLC Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
Bahan Ajar PLC
Tabel 2.1 Fitur – fitur micro PLC detail
Tabel 2.2 Fitur – fitur micro PLC detail (lanjutan) Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)
9. Jenis Jenis PLC
PLC memiliki beberapa jenis yaitu:
Small / mikro yaitu PLC yang paling sederhana dengan power suplly
modul, CPU, dan I/O modul dan communication port dalam satu casing, biasanya
Bahan Ajar PLC
dibatasi dengan beberapa I/O discrete dan dapat diekspansi. Contoh jenis ini adalah Omron CP1H, Siemens S7-200, Fuji Electric SPB
Gambar 2.23 Omron CP1H
Medium PLC memiliki modul CPU, I/O ataupun communication yang
terpisah, antar modul dihubungkan konektor atau backplane dan memiliki kapasitas hingga lebih dari 2000 I/O. Contoh jenis ini adalah Omron CS1, Siemens S7-300
Gambar 2.24 Omron CS1
Large PLC dengan ciri yang sama dengan medium PLC tetapi memilki
kapasitas I/O yang besar dan lebih mampu untuk dihubungkan dengan manajemen pengontrolan yang lebih tinggi. Contoh jenis ini adalah Omron CVM1, Siemens S7-400
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.25. Omron CVM1
JENIS INPUT/OUTPUT (I/O)
Jenis I/O pada PLC antara lain 1. Discrete I/O yaitu digital input dan output berbentuk logic dengan taraf high 24VDC atau low 0V atau berupa output kontak relay yang dapat dialiri sampai 240VAC 2. Special I/O yaitu I/O yang memiliki fungsi – fungsi khusus a. Analog Input Modul b. Temperatur Modul yaitu PT100 atau thermocouple(low level analog input) c. High Speed Counter Modul yaitu frekuensi logic dengan taraf high umumnya 5V, 12V atau 24V. d. Fuzzy Logic Modul e. PID Modul f.
Servo Modul
g. Communication modul berupa protocol yang dibuat oleh masingmasing pabrikan misalnya Fieldbus, Modbus, Profibus, Ethernet, Sysmac way, Device Net, Control Net
Bahan Ajar PLC
Gambar 2.26 Modbus
10. Perkembangan PLC Dari Berbagai Vendor
Dewasa ini, vendor-vendor PLC umumnya memproduksi PLC dengan berbagai ukuran, jumlah input/output, instruksi dan kemampuan lainnya yang beragam. Hal ini pada dasarnya dilakukan untuk memenuhi kebutuhan pasar yang sangat luas, yaitu untuk tujuan kontrol yang relatif sederhana dengan jumlah input/output puluhan, sampai kontrol yang kompleks dengan jumlah input/output mencapai ribuan. Berdasarkan jumlah input/output yang dimilikinya ini, secara umum PLC dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar:
PLC Mikro. PLC ini dapat dikategorikan mikro jika jumlah input/output pada PLC
ini kurang dari 32 terminal.
PLC Mini. Kategori ukuran mini ini adalah jika PLC tersebut memiliki jumlah
input/output antara 32 sampai 128 terminal.
PLC Large. PLC ukuran ini dikenal juga dengan PLC tipe rack. PLC dapat dikategorikan sebagai PLC besar apabila jumlah input/outputnya lebih dari
128 terminal. Fasilitas, kemampuan, dan fungsi yang tersedia pada setiap kategori tersebut pada umumnya berbeda satu dengan lainnya. Semakin sedikit jumlah input/output
Bahan Ajar PLC
pada PLC tersebut maka jenis instruksi yang tersedia juga semakin terbatas. Beberapa PLC bahkan dirancang semata-mata untuk menggantikan control relay saja, seperti PLC merek ZEN produksi perusahaan OMRON dirancang khusus untuk fungsi-fungsi relai (smart relay) saja.
Gambar 2.27 Pengelompokan Plc berdasarkan I/O nya
Gambar 2.28. PLC merek ZEN produksi OMRON dirancang semata matasebagai smart relay
Untuk menambah fleksibilitas penggunanya, 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. Unit input/output ini dapat berupa unit input/output diskret, atau modul-modul analog
Bahan Ajar PLC
seperti unit kontrol PID, A/D, D/A, dan lain sebagainya yang dapat dibeli secara terpisah dari unit CPU PLC tersebut.
Gambar 2.29 PLC tipe rack yangbersifat modular
11. Kekurangan Dan Kelebihan PLC
Sebagai salah satu alat kontrol yang dapat di program, PLC mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan alat control konvensional. Perbedaan dan kelebihan PLC dibanding dengan system konvensional, terletak pada beberapa hal berikut ini. Sistem PLC mempunyai sifat: 1. Sistem wirring relatif sedikit. 2. pare partnya mudah didapat. 3. Sistem maintenance lebih mudah dan sederhana. 4. Pelacakan sistem, kesalahan sistem lebih sederhana. 5. Hanya memerlukan daya yang rendah. 6. Dokumentasi gambar sistem lebih sederhana dan mudah dimengerti. 7. Sistem dapat dimodifikasi secara lebih mudah dan sederhana.
Panel kontrol sistem konvensional mempunyai sifat: 1. Sistem wirringnya lebih kompleks. 2. Spare partnya relatif sulit di dapat. 3. Maintenance membutuhkan waktu lebih lama. 4. Pelacakan kesalahan sistem yang terjadi sangat kompleks.
Bahan Ajar PLC
5. Daya yang dibutuhkan relatif besar. 6. Dokumentasi gambar sistem lebih banyak. 7. Modifikasi sistem membutuhkan waktu yang banyak.
Di samping mempunyai perbedaan dengan sistem kontrol konvensional, secara spesifik PLC memiliki beberapa kelebihan di antaranya: a. Fleksibel dalam penggunaan Satu buah PLC dapat melayani lebih dari satu buah mesin atau output yang harus dikendalikan. b. Sistem deteksi dan koreksi lebih mudah Kesalahan dalam menginput program ke dalam sebuah PLC sebuah sistem kontrol dapat dengan mudah dan cepat dikoreksi untuk diprogram ulang dan dikoreksi dengan mudah melalui ladder diagramnya. c. Harga relatif murah Karena sifat PLC yang dapat dihubungkan dengan banyak peralatan input dan output untuk berbagai macam tujuan pengendalian maka PLC lebih murah harganya jika dibanding dengan alat kontrol konvensional. Hal ini terutama jika dibutuhkan pengembangan dalam suatu sistem pengendalian di industri. d. Proses pengamatan secara visual Program yang telah di input melalui PLC dapat di monitoring melalui layar monitor pada saat PLC sedang dioperasikan sehingga dapat dilakukan perubahan atau pengembangan program secara cepat dan sederhana. e. Kecepatan dalam operasi PLC dapat mengaktifkan beberapa fungsi logika hanya dalam waktu beberapa mili detik sehingga dapat bekerja atau beroperasi dengan lebih cepat.
e. Implementasi proyek lebih cepat, lebih sederhana dan mudah dalam penggunaan serta mudah dalam melakukan modifikasi tanpa harus menambah biaya.
Bahan Ajar PLC
12. Standar Bahasa PLC
PLC memiliki bermacam-macam bahasa program yang sangat banyak. Standar terakhir (IEC 1131-3) /International Electrotecnic Comminssion, bisa diakses di http://www.plcopen.org/default.htm ) berusaha untuk menggabungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu standar internasional. Sekarang bisa dijumpai PLC-PLC yang diprogram dalam diagram fungsi blok, daftar instruksi, C dan teks terstruktur pada saat bersamaan. Standart tersebut adalah sebagai berikut:
A. Ladder Diagram (Diagram Tangga) Adalah bahasa pemrograman yang yang dibuat dari persamaan fungsi logika dan fungsi-fungsi lain berupa pemrosesan data atau fungsi waktu dan pencacahan. Ladder diagram terdiri dari susunan kontak- kontak dalam satu group perintah secara horizontal dari kiri ke kanan, dan terdiri dari banyak group perintah secara verikal. Contoh dari Ladder Diagram ini adalah: kontak normaly open, kontak normaly close, output coil, pemindahan data Garis vertikal paling kiri dan paling kanan diasumsikan sebagai fungsi tegangan, bila fungsi dari group perintah menghubungkan 2 garis vertikal tersebut maka rangkaian perintah akan bekerja
Gambar 2.30. Ladder Diagram
Bahan Ajar PLC
B. Function Block Diagram (FB/FBD) Function block diagram adalah suatu fungsi-fungsi logika yang disederhanakan dalam gambar blok dan dapat dihubungkan dalam suatu fungsi atau digabungkan dengan fungsi blok lain
Gambar 2.31 Function Block Diagram
C. Statment List (STL) Adalah bahasa program jenis tingkat rendah. Intruksi yang dibuat berupa susunan sederhana menuju ke operand yang berupa alamat atau register. Berikut ini contoh Statement List
Gambar 2.32 Statment List
Bahan Ajar PLC
D. Structured Tex (ST) atau Structure Language (SCL) Teks terstruktur merupakan bahasa tingkat tinggi yang dapat memproses system logika ataupun alogaritma dan memungkinkan pemrosesan system lain. Perintah umumnya menggunakan IF…THEN…ELSE, WHILE…DO, REPEAT…UNTIL dll. Contoh Text testruktur (ST)
Gambar 2.33 Structured Tex
E. Sequential Function Chart (SFC) Bahasa Program yang dibuat dan disimpan dalam chart. Bagian-bagian chart memiliki fungsi urutan langkah , transisi dan percabangan. Tiap step memiliki status
proses
dan
bisa
terdiri
Gambar 2.34 Sequential Function Chart
Bahan Ajar PLC
dari
struktur
yang
berurutan
BAB III ARSITEKTUR DAN KOMPONEN PLC
A. DESKRIPSI
Bahan pengajaran arsitektur dan komponen Programmable Logic Controller (PLC) disusun dengan harapan untuk mempermudah peserta didik dalam mempelajari dan memahami pembelajaran tentang arsitektur dan komponen PLC dalam mencapai kompetensi dasar materi PLC. Pada bagian bahan ajar ini, materi yang disampaikan meliputi sekilas tentang pengertian PLC, mengidentifikasi arsitektur PLC dan komponen PLC. Akhir pembahasan materi ini, disusun soal tes formatif sebagai latihan sekaligus sebagai tolok ukur tingkat pemahaman siswa dalam menguasai materi kegiatan belajar. B. PERANGKAT KERAS PLC
Gambar 3.1 Sistem PLC
Arsitektur Internal Arsitektur ini tersusun atas sebuah unit pengolahan pusat (CPU) yang berisi system mikroprosesor, memori, dan rangkaian input/output. CPU mengontrol dan menjalankan semua operasi dalam PLC. Piranti ini disambungkan ke sebuah piranti
Bahan Ajar PLC
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 system. Informasi di dalam PLC disalurkan melalui sinyal-sinyal digital. Jalur-jalur internal yang dilalui signyal-signyal digital tersebut dinamakan bus. Secara fisik, sebuah bus hanyalah sejumlah konduktor yang dapat dilalui oleh sinyal-sinyal listrik. Konduktor-konduktor ini dapat berupa jalur-jalur pada sebuah printed circuit board (papan rangkaian tercetak) atau kawat-kawat didalam sebuah kabel. CPU mempergunakan bus data untuk mengirimkan alamat lokasi-lokasi penyimpanan data, dan bus control untuk sinyal-sinyal yang terkait dengan proses control internal. Bus sistem dipergunakan untuk komunikasi antara port-port input/output dengan unit input/output. Pada kenyataannya PLC merupakan suatu mikrokontroller yang digunakan untuk keperluan industri. PLC dapat dikatakan sebagai suatu perangkat keras dan lunak yang dibuat untuk diaplikasikan dalam dunia industri. Secara umum PLC memiliki bagian-bagian yang sama dengan komputer maupun mikrokontroler, yaitu CPU, Memori dan I/O. Susunan komponen PLC dapat dilihat pada gambar berikut : Komponen-komponen pada PLC adalah sebagai berikut: 1. Central Processing Unit (CPU)
CPU merupakan bagian utama dan merupakan otak dari PLC.
CPU ini
berfungsi untuk melakukan komunikasi denngan PC atau Consule, interkoneksi pada setiap bagian PLC, mengeksekusi program-program, serta mengatur input dan ouput sistem. CPU merupakan otak dari sebuah kontroler PLC, yang terdiri sebuah mikrokontroller dari 8051 dan berkembang menjadi 16 atau 32 bit. Bahkan perkembangan terakhir lebih canggih dari itu. Struktur CPU bergantung pada mikroprosessor yang digunakan pada PLC, secara umum dapat dibagi ke dalam tiga komponen struktur yaitu unit aritmatik dan logika (arithmetic and logic unit) yang menangani manipulasi data dan melaksanakan operasi aritmatika (+, -, x, :) dan melaksanakan operasi logika (AND, OR, XOR dll).
Bahan Ajar PLC
Dibawah ini merupakan Komponen- komponen struktur CPU pada umumnya adalah sebagai berikut:
Sebuah unit aritmetika dan logika (arithmetic and logic unit / ALU) yang menangani manipulasi data dan melaksanakan operasi aritmatika penjumlahan dan pengurangan dan operasi- operasi logika AND, OR, NOT, dan OR-EKSKLUSIF.
Memori, yang dinamakan register dan terletak di dalam mikroposesor dan dipergunakan untuk menyimpan informasi yang terlibat dalam eksekusi program.
Sebuah unit kontrol yang digunakan untuk mengontrol pewaktuan operasi-operasi.
Dibawah ini merupakan gambar unit CPU dengan 20 atau 30 terminal I/O.
Gambar 3.2 gambar unit CPU
Penjelasan pada tiap- tiap komponen sebagai berikut: 1) Terminal input catu daya Hubungkan catu daya (100 s.d 240 VAC atau 24 VDC) ke terminal ini
Bahan Ajar PLC
2) Terminal Ground Fungsional Pastikan untuk membumikan terminal ini (hanya untuk PLC tipe AC) untuk meningkatkan kekebalan terhadap derau (noise) dan mengurangi resiko kejutan listrik 3) Terminal Ground Pengaman Pastikan untuk membumikan terminal ini untuk mengurangi resiko kejutan listrik 4) Terminal catu daya luar PLC tertentu, misalnya CPM2A dilengkapi dengan terminal output catu daya 24 VDC untuk mencatu daya peralatan input 5) Terminal input Sambunglah peralatan input luar ke terminal input ini 6) Terminal Output Sambunglah peralatan output luar ke terminal output ini 7) Indikator status PLC Indikator ini menunjukkan status operasi PLC, seperti ditunjukkan pada tabel berikut ini:
Tabel 3.1 Indikator status PLC
Bahan Ajar PLC
8) Indikator input Indikator input menyala saat terminal input yang sesuai ON. Indikator input menyala selama refreshing input/output. Jika terjadi kesalahan fatal, indikator input berubah sebagai berikut:
Tabel 3.2 Indikator input
9) Indikator output Indikator output menyala saat terminal output yang sesuai ON 10) Analog Control Putarlah control ini untuk setting analog (0 s.d 200) pada IR 250 dan IR 251 11) Port peripheral Sambungan PLC ke peralatan pemrogram: Konsol Pemrogram, atau komputer 12) Port RS 232C Sambungan PLC ke peralatan pemrogram: Konsol Pemrogram, komputer, atau Programmable Terminal 13) Saklar komunikasi Saklar ini untuk memilih apakah port peripheral atau port RS-232C akan menggunakan setting komunikasi pada PC Setup atau setting standar 14) Bateray Batere ini mem-back-up memori pada unit PLC
Bahan Ajar PLC
15) Konektor ekspansi Tempat sambungan PLC ke unit I/O ekspansi atau unit ekspansi (unit I/O analog, unit sensor suhu). 2. BUS
Bus adalah jalur- jalur yang digunakan untuk melakukan komunikasi di dalam PLC. Informasi dikirimkan dalam bentuk biner 1 atau 0, misalnya, status ‘ON’ atau ‘OFF’. Istilah word digunakan untuk sekelompok bit yang merepresentasikan suatu informasi tertentu. Maka, sebuah word 8-bit boleh jadi adalah bilangan biner 00100110. Tiap- tiap bit dikomunikasikan secara bersamaan melalui sebuah jalur tersendiri yang pararel dengan jalur- jalur bit lainnya. Sistem PLC mempunyai empat jeniss bus, yaitu: 1. Bus data membawa data yang digunakan di dalam pemrosesan yang dilaksanakan
oleh
CPU.
Sebuah
mikroposesor
disebut
sebagai
mikroposesor8-bit. Dengan demikian, mikroposesor tersebut dapat melaksanakan operasi- operasi terhadap bilangan- bilangan 8-bit dan memberikan hasil yang juga merupakan nilai- nilai 8-bit. 2. Bus alamat digunakan untuk membawa alamat lokasi- lokasi memori. Agar setiap word dapat ditempatkan didalam memori, maka setiap lokasi memori diberikan sebuah alamat yang unik. Sebagaimana halnya rumah-rumah di suatu kota disuatu kota diberi satu alamat tersendiri untuk memudahkan pencarian, demikian pula setiap lokasi word diberikan sebuah alamat agar data yang disimpan di lokasi tertentu dapat diakses oleh CPU, baik untuk membaca (read) data yang berada di sana atau meletakkan, atau menuliskan (write), data di lokasi tersebut adalah bus alamat yang 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
Bahan Ajar PLC
yang berbeda, adalah 28 = 256. Dengan 16 jalur alamat, 65.536 alamat yang berbeda dapat disediakan. 3. Bus control membawa sinyal- sinyal yng digunakan oleh CPU untuk melaksanakan control, misalnya untuk memberitahukan pada pirantipiranti 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. 4. Bus sistem digunakan untuk komunikasi antara port- port input/output dengan unit input/output.
3. Memori
Memori merupakan tempat penyimpan data sementara dan tempat menyimpan program yang harus dijalankan, dimana program tersebut merupakan hasil terjemahan dari ladder diagram yang dibuat oleh user. Memori system digunakan oleh PLC untuk system control proses. Selain berfungsi sebagai penyimpan system operasi juga sebagai penyimpan program yang akan dijalankan. PLC memiliki suatu rutin kompleks yang digunakan untuk memstikan memori PLC tidak rusak. Hal ini dapat dilihat lewat lampu indikator pada PLC.Sistem memori pada PLC juga mengarah pada teknologi flash memory. Dengan menggunakan flash memory maka akan sangat mudah bagi pengguna untuk melakukan programming maupun reprogramming secara berulang-ulang. Sistem memori dibagi dalam blok-blok dimana masing-masing blok memiliki fungsi sendiri-sendiri. Beberapa bagian dari memori digunakan untuk menyimpan status dari input dan output, sementara bagian memori yang lain digunakan untuk menyimpan variable yang digunakan pada program seperti nilai timer dan counter. Memory unit PLC dapat berupa RAM, ROM, PROM, EPROM, EEPROM. Berikut ini penjelasan mengenai masing- masing memory sebagi berikut:
Bahan Ajar PLC
RAM (Random Access Memory)
RAM dikenal sebagai read write memori yang digunakan untuk program pengguna. Sistem ini dirancang agar informasi dapat ditulis, dibaca, dan disimpan di lokasi manapun mengenai status perangkat I/O, nilai timer (piranti pewaktuan) dan counter (piranti pencacah) serta perangkat internal lainnya. RAM data juga bisa disebut sebagai tabel data atau tabel register. Sebagian dari memori ini yaitu blok alamat yang digunakan untuk alamat- alamat input dan output dan status masing-masing input dan output tersebut. Sebagian lainnya disisihkan untuk menyimpan data yang telah ditetapkan sebelumnya (preset) dan sisanya untuk menyimpan nilai-nilai counter, nilai-nilai timer, dsb. Terdapat 2 jenis RAM yaitu Volatile dan Nonvolatile. Volatile memerlukan battery backup jika power hilang, sedangkan nonvoltile RAM akan menjaga programmnya meskipun power hilang. ROM (Read Only Memory)
ROM merupakan sistem yang di rancang untuk menyediakan fasilitas penyimpanan secara permanen yang telah fixed untuk sistem operasi dan data tetap yang digunakan oleh CPU. Pada sistem ini isinya masih bisa diuji dan dibaca tetapi tidak bisa diubah, ROM tidak memerlukan back up power untuk menjaga memorinya. Executive program biasanya disimpan di ROM. PROM (Programmable Read Only Memory)
Memori ini biasanya digunakan untuk program yang diyakini benar untuk sistem kontrol dengan PLC. Jika dibutuhkan perubahan algoritma pada sistem kontrol tersebut, maka PROM harus diganti (diupload) dengan program baru. PROM bisa dipergunakan sebagai backup permanen user program. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)
Bahan Ajar PLC
Memori ini mirip EPROM, tetapi cara penghapusannya lebih fleksibel. Cara penghapusan pogram dengan memberikan tegangan kedua kaki-kaki (pinpin) memori untuk proses ‘burning’. Hal ini berarti bahwa tipe memori ini bisa dipakai berulang. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
ROM yang dapat diprogram, program secara permanen tersimpan di dalamnya. Memori ini mirip PROM, tetapi masih dapat dihapus berulang-ulang dengan dengan membuka jendela dibagian atas IC dengan disinari UV selama beberapa menit. EPROM dapat dipertimbangkan sebagai alat penyimpanan semi permanen sehingga akan menyimpan sebuah program secara permanen di dalamnya sampai dirasakan perlu adanya perubahan. Program-program dan data yang ada di dalam RAM dapat dirubah oleh pengguna. Setiap PLC mempunyai RAM dengan ukuran tertentu untuk menyimpan program-program yang dikembangkan oleh pengguna dan menyimpan data program. Akan tetapi, untuk mencegah kehilangan program saat catu daya dimatikan, maka menggunakan 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. Beberapa bagian dari memori digunakan untuk menyimpan status dari input dan output, sementara bagian memori yang lain digunakan untuk menyimpan variable yang digunakan pada program seperti nilai timer dan counter. PLC memiliki suatu rutin kompleks yang digunakan untuk memstikan memori PLC tidak rusak. Hal ini dapat dilihat lewat lampu indikator pada PLC.
Bahan Ajar PLC
4. Catu Daya PLC
Catu daya (power supply) digunakan untuk mengkonversi sumber tegangan AC menjadi tegangan rendah DC yang dibutuhkan oleh PLC. Tegangan masukan pada PLC biasanya sekitar 24 VDC atau 220 VAC. Pada PLC yang besar, catu daya biasanya diletakkan terpisah. Catu daya tidak digunakan untuk memberikan daya secara langsung ke input maupun output, yang berarti input dan output murni merupakan saklar. Jadi pengguna harus menyediakan sendiri catu daya untuk input dan output pada PLC. Dengan cara ini maka PLC itu tidak akan mudah rusak. 5. Rangkaian Input PLC
Kemampuan suatu sistem otomatis tergantung pada kemampuan PLC dalam membaca sinyal dari berbagai piranti input, contoh senseor. Untuk mendeteksi suatu proses dibutuhkan sensor yang tepat untuk tiap-tiap kondisi. Sinyal input dapat berupa logika 0 dan 1 (ON dan OFF) ataupun analog. Pada Jalur Input terdapat rangkaian antarmuka yang terhubung dengan CPU. Rangkaian ini digunakan untuk menjaga agar sinyal-sinyal yang tidak diinginkan tidak langsung masuk ke dalam CPU. Selain itu juga rangkaian ini berfungsi sebagai tegangan dari sinyal-sinyal input yang memiliki tegangan kerja yang tidak sama dengan CPU agar menjadi sama. Contoh Jika CPU menerima input dari sensor yang memiliki tegangan kerja sebesar 24VDC maka tegangan tersebut harus dikonversi terlebih dahulu menjadi 5VDC agar sesuai dengan tegangan kerja CPU. Pengaturan input berada diantara jalur masukan yang sesungguhnya dengan unit CPU. Tujuannya untuk melindungi CPU dari sinyal yang dapat merusak CPU sendiri. 6. Rangkaian output PLC
Suatu sistem otomatis tidak akan lengkap jika sistem tersebut tidak memiliki jalu output. Output sistem ini dapat berupa analog maupun digital.
Bahan Ajar PLC
output analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog sedangkan output digital digunakan untuk menghubungkan dan memutuskan jalur, misalnya piranti output yang sering dipakai dalam PLC adalah motor, relai, selenoid, lampu, dan speaker.Seperti pada rangkaian input PLC, pada bagian output PLC juga dibutuhkan suatu antarmuka yang digunakan untuk melindungi CPU dari peralatan eksternal. Antarmuka output PLC sama dengan antarmuka input PLC. Pengaturan pada output: output juga membutuhkan pengaturan yang sama untuk memberikan perlindungan antara CPU dengan peralatan eksternal seperti halnya pada input. CPU yang berperan dalam menyalakan dan mematikan LED di dalam optoisolator, sedangkan yang membaca status photo transistor adalah peralatan eksternal. Output unit terdiri dari digital dan analog output. Digital output berupa :
o
relay output
o
AC 110 V output
o
AC 220 V output
o
DC 24 V output
Analog output berupa :
7.
o
0 sampai 10 V DC
o
-10V DC sampai +10 V DC
o
4 sampai 20 mA DC
Penambahan I/O PLC
Setiap PLC pasti memiliki jumlah I/O yang terbatas, yang ditentukan berdasarkan tipe PLC. Namun dalam Aplikasi seringkali I/O yang ada pada PLC tidak mencukupi. Oleh sebab itu diperlukan perangkat tambahan untukmenambah jumlaj I/O yang tersedia. Penambahan jumlah I/O ini dinamakan dengan expansin Unit.
Bahan Ajar PLC
8. Perangkat Input
Pada PLC, perangkat input biasanya digunakan untuk perangkat-perangkat digital dan analog, seperti saklar mekanis, potensiometer, termistor, strain gauge, dan thermocoupler. Beberapa perangkat tambahan tadi bertindak sebagai sensor, yang nantinya akan menghasilkan output digital(discrete), yaitu kondisi ‘ON(1)’/’OFF(2)’, dan dapat dihubungkan dengan mudah ke port-port input PLC. Sensor-sensor yang menghasilkan sinyal-sinyal analog harus terlebih dahulu diubah(diconvert) menjadi sinyal-sinyal digital sebelum dihubungkan ke port-port PLC. Contoh beberapa sensor yang umum digunakan yaitu:
Saklar-saklar mekanik
Saklar-saklar jarak(proximity switch)
Sensor-sensor suhu
Straingauge
Gambar 3.3. Konfigurasi I/O Pada PLC Secara Umum 9. Perangkat Output
Port-port pada output sebuah PLC dapat berupa tipe relay atau tipe isolator-optik dengan transistor atau tipe triac, bergantung pada perangkat yang dihubungkan kepadanya, yang akan dikendalikan. Umumnya, sinyal digital dari salah satu kanal output sebuah PLC digunakan untuk mengendalikan sebuah aktuator yang pada saatnya mengendalikan suatu proses. Istilah aktuator sendiri digunakan untuk perangkat yang dapat mengubah sinyal listrik menjadi gerakan-gerakan mekanis untuk mengendalikan proses. Berikut ini beberapa contohnya:
Kontaktor
Motor
Motor Stepper
Katup-katup kontrol direksional
Bahan Ajar PLC
Gambar 3.4. Konfigurasi Komponen PLC-5 Allen Bradley 10. Komponen Tambahan
Selain komponen dasar yang telah dibahas pada topik sebelumnya, PLC juga memiliki komponen tambahan yang dapat membuat fungsi maupun kinerjanya menjadi semakin optimal. Hal tersebut karena sebuah PLC tersusun dari ratusan bahkan ribuan relay, counter, timer dan juga memori.
Bahan Ajar PLC
Gambar 3.5. Komponen Relay Secara Umum
Berikut komponen-komponen tambahan pada PLC: A. Input relay atau kontaktor
Komponen ini dihubungkan ke dunia luar (antarmuka) PLC, dan secara fisik komponen ini ada serta menerima sinyal dari source, sensor dan lain sebagainya. B.
Internal, utility relay
Internal Relay tidak dapat diakses secara langsung untuk digunakan sebagai input maupun output. Komponen ini merupakan relay semu yang merupakan bit digital (0/1) yang disimpan pada internal image register. Dilihat dari sudut pandang pemrograman, semua internal relay mempunyai satu coil dan mempunyai sebanyak contact sesuai yang diinginkan oleh programer. Semua Iternal relay dimiliki oleh semua jenis maupun merk PLC, namun cara penomeran dan jumlah maksimum yang diperbolehkan masingmasing berbeda. Bagi kebanyakan programer, Internal Relay memberikan kebebasan untuk melaksanakan operasi internal yang lebih rumit tanpa memerlukan penggunaan biaya mahal untuk beberapa output relay. Dalam contoh pemrograman Internal Relay dapat disimbolkan dengan IR.
Bahan Ajar PLC
C.
Counters
Counter sama dengan input relay yang secara fisik tidak ada. Komponen ini merupakan simulasi counter dan dapat diprogram untuk menghitung banyak pulsa, dapat menghitung naik atau turun atau keduanya naik dan turun. Selama waktu simulasi dapat dibatasi kecepatan hitungnya. Beberapa perusahaan membuat counter berkecepatan tinggi dengan bantuan tambahan hardware. D. Timers
Timer juga merupakan komponen maya yang secara fisik tidak dapat ditemui. Komponen ini dibuat dengan banyak ragam dan yang paling umum adalah tipe tunda saat ON (on delay) dan tunda saat OFF (off delay) dan dua tipe yang dapat menyimpan data atau tidak dapat menyimpan data (retentive dan nen-retentive type), variasi jenaikan 1 ms sampai dengan 1s. E.
Output relays (Kumparan)
Output relay merupakan komponen tambahan yang dihubungkan dengan dunia luar, memiliki bentuk fisik dan melaksanakan tugas mengirimkan sinyal ON/OFF ke solenoid, lampu dan komponen keluaran lain. Wujud dari output relay ini dapat berupa transistor, relay atau triac tergantung pada model yang dipilih pengguna. F.Data storage
Gambar 3.6. Data Storage Memory PLC
Bahan Ajar PLC
Data storage merupakan suatu register untuk menyederhanakan penyimpanan. Biasanya difungsikan sebagai alat penyimpanan data.
Arsitektur PLC
Gambar 3.7. Arsitektur PLC
Gambar 7 memperlihatkan arsitektur internal sebuah PLC. Arsitektur ini terdiri dari sebuah central processing unit (CPU) yang berisi sistem mikroprosesor, memori, dan rangkaian masukan/keluaran. CPU bertugas mengontrol dan menjalankan semua operasi di dalam PLC. Perangkat ini dihubungkan ke sebuah piranti pewaktu(clock) dengan frekuensi antara 1 s.d 8 MHz. Frekuensi ini menentukan kecepatan operasi PLC. Informasi di dalam PLC disalurkan melalui sinyal-sinyal digital. Jalur-jalur internal yang dilalui sinyal-sinyal digital tersebut disebut bus. Secara fisik sebuah bus merupakan sejumlah konduktor yang dapat dilalui sinyal-sinyal listrik. CPU menggunakan bus data untuk mengirimkan data ke elemen-elemen PLC, bus alamat untuk mengirimkan alamat ke lokasi–lokasi penyimpanan data, sedangkan bus kontrol untuk sinyal-sinyal yang berhubungan dengan proses kontrol internal. Bus sistem digunakan untuk komunikasi antara port-port masukan/keluaran dengan unit masukan/keluaran.
Bahan Ajar PLC
Gambar 3.8. Komponen Utama CPU g. Memori
Ada beberapa elemen memori di dalam PLC, yaitu : Random Access Memory (RAM)
RAM adalah memori internal CPU, dimana isinya dapat dimodifikasi dengan cepat dan secara berulang-ulang. Ukuran memori dapat dispesifikasikan dalam Kilobytes, 1 Kilobytes sama dengan 1024 bytes sedangkan 1 byte sama dengan 8 bit. Sebuah memori yang besarnya 10 Kilobytes sama dengan sebuah memori. RAM sering disebut juga read-write memory karena data secara konstan dapat ditulis ke dalam memori atau dapat dibaca dari memori.
Memory Program Program kontrol disimpan pada tempat cadangan di dalam RAM.
Proses Image I/O Proses image keluaran berfungsi untuk menerima informasi dari masukan dan meneruskannya ke modul keluaran dan mengembalikan informasi dari alat keluaran ke CPU. Keadaan-keadaan masukan tersimpan dalam masukan image tabel.
RAM biasanya dilengkapi battery backup agar isi memori dapat dipertahankan selama PLC tidak dicatu oleh sistem daya utama.
Bahan Ajar PLC
Read Only Memory (ROM)
Informasi yang ada di dalam ROM hanya dapat dibaca saja. Informasi dimasukkan ke dalam ROM oleh pabrik pembuat untuk digunakan oleh CPU. Salah satu jenis dari ROM adalah PROM (Programmable Read Only Memory), PROM adalah merupakan cara yang sederhana untuk menyimpan kumpulan program. Untuk melakukan pemrograman PROM membutuhkan suatu unit khusus yang menerima program hasil pengembangan CPU, yang kemudian dipanggil ke dalam programmer PROM. Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM)
EPROM menyimpan data secara permanen seperti ROM, tetapi ROM tidak membutuhkan battery backup. Isi memori EPROM bisa dihapus dengan penyinaran sinar Ultraviolet. Sebuah PROM writer diperlukan untuk memprogram kembali memori. Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM)
EEPROM merupakan kombinasi fleksibilitas akses dari RAM dan non-volatility dari EEPROM. Isi memorinya bisa dihapus dan diprogram ulang secara elektris, tetapi tetap mempunyai batas dalam jumlah program ulang. h. Unit Masukan/Keluaran
Unit masukan/keluaran merupakan sistem mikroelektronika dengan transduser dan aktuator yang berhubungan dengan peralatan-perlatan industri. Unit masukan PLC terdiri dari unit yang mampu mempresentasikan dua level sinyal (masukan level logika) atau mempresentasikan sejumlah level sinyal (level sinyal analog). Unit keluaran yang umumnya digunakan untuk menggerakkan aktuator berfungsi sebagai saklar ON/OFF (keluaran level logika) atau sebagai penggerak yang level keluarannya dapat diatur dalam jangkauan (range) dan langkah (step) tertentu (keluaran level analog). Selain Unit masukan/keluaran seperti dijelaskan diatas ada juga unit masukan/ keluaran yang mempunyai fungsi khusus seperti PID controller, control motor, high speed counter, dll. Unit masukan/keluaran yang memerlukan proses relatif banyak lebih sering dilengkapi prosesor sendiri agar penggunaannya tidak menyita waktu CPU
Bahan Ajar PLC
PLC. Setiap jenis masukan/keluaran mempunyai rangkaian penyesuaian sinyal dan rangkaian isolasi. Hubungan CPU dengan proses masukan/ keluaran terbatas pada pengiriman parameter operasi dan informasi status. Berdasarkan parameter dari CPU, prosesor masukan/keluaran akan melakukan tugas atau sejumlah tugas. Informasi status atau data hasil operasi diberikan CPU agar dapat digunakan dalam program utama PLC. Jumlah masukan/keluaran yang diidentifikasikan pada suatu PLC umumnya bukan merupakan jumlah unit masu-kan/ keluaran yang terpasang, tetapi jumlah unit masukan/keluaran maksi-mum yang dapat ditangani oleh CPU. Unit masukan/ keluaran umumnya dirancang modular agar penggunaannya dapat disesuaikan terhadap
kebutuhan
Bahan Ajar PLC
industri
yang
dikontrol.
BAB IV INTRUKSI INTRUKSI DASAR PLC
A. Instruksi Dasar PLC
Didalam pemrograman PLC terdapat beberapa instruksi – instruksi dasar yang sering digunakan. berikut beberapa contoh dari instruksi - instruksi dasar yang menggunakan software CX - Programmer. a. Instruksi Counter
Instruksi Counter digunakan untuk menghitung input yang masuk ke dalam counter tersebut.
Gambar 4.1 contoh program instruksi Counter
Gambar 4.2 contoh program instruksi Counter dan keterangan
Bahan Ajar PLC
Cara kerja instruksi counter adalah, Ketika counter (CNT 0000) Mendapat input sebanyak dari set value maka akan mengaktifkan contact C0000 sehingga output (1.00) akan aktif. Sedangkan untuk mereset counter bisa menggunakan input 0.01.
b. Instuksi Timer
Pada sebagian besar aplikasi kontrol terdapat peralatan untuk beberapa aspek kontrol pewaktuan ( timing ). PLC mempunyai fasilitas pewaktuan untuk program yang dapat digunakan. Metode umum dari pemrograman sebuah rangkaian timer adalah untuk menentukan interval yang dihitung dari suatu kondisi atau keadaan Cara kerja dari instruksi Timer adalah, ketika Timer (TIM 0000) mendapatkan input selama set value akan mengaktifkan contactcontactnya (T0000). Lebih jelasnya bisa dilihat pada gambar 7.2.
Catatan: dalam satu program alamat nomer Counter dan Timer tidak boleh sama. Misal, jika alamat nomer counter 0000 maka alamat Timer tidak boleh menggunakan alamat 0000. Set value timer adalah set x 10. Sehingga misal set value yang diinginkan 10 detik maka penulisan set valuenya adalah 10 detik x 10 = #100
Gambar 4.3 contoh program instruksi Timer
Bahan Ajar PLC
Gambar 4.4Instruksi Timer dan Keterangan logika
c. Instruksi IL dan ILC
IL adalah singkatan dari Inter Lock sedangkan ILC adalah singkatan dari Interlock Clear berfungsi untuk mengunci program.Biasanya IL dan ILC
digunakan untuk tombol Emergency.
Gambar 4.5 contoh program instruksi IL dan ILC
Cara kerja dari instruksi IL dan ILC adalah, apabila tombol emergency (input 0.02) ditekan maka semua diantara instruksi IL dan ILC
tidak akan aktif.
Bahan Ajar PLC
d. Instruksi DIFU/DIFD
Aplikasi kontrol ini berfungsi untuk mengaktifkan output selama satu
scan.
Gambar 4.6 Time chart DIFU / DIFD
Untuk mengaktifkan output selama satu scan selain menggunakan instruksi DIFU / DIFD juga bisa menggunakan contact dengan differentiation up/down. Untuk membuat instruksi contact dengan differentiation up/down yaitu, klik New Contact – Detail>> – Differentiation up / down. Seperti gambar 7.5.
Gambar 4.7 cara membuat instruksi contact dengan differentiation up
e.
Instruksi Holding Relay Holding Relay adalah relay internal yang bisa di pakai untuk
menahan system yang sedang bekerja walau aliran supply power off, misalnya jika Sumber Power/ PLN mati, apabila di pasang holding Relay maka proses bisa tetap lanjut tidak mulai dari awal lagi.
Bahan Ajar PLC
Gambar 4.8 contoh program instruksi Holding Relay
f. Instruksi Compare
Instuksi ini digunakan untuk membandingkan dua buah data .
Gambar 4.9 contoh program instruksi Compare
Cara kerja instruksi Compare adalah apabila data D100 < D200 maka output (1.02) akan aktif, jika D100 = D200 maka output (1.03) akan aktif, dan apabila D100 > D200 maka output (1.03) yang akan aktif. g. Instruksi MOV
Instruksi ini digunakan untuk memindahkan data h. Instruksi Scaling/SCL
Instruksi ini digunakan untuk mengkonversi secara linier 4 digit data hexadecimal menjadi 4 digit BCD.
Sebuah PLC agar dapat berfungsi sesuai dengan yang kita inginkan, maka terlebih dahulu harus kita program. Dalam PLC ada dua jenis pemrograman yang menjadi standar yaitu Kode Mnemonik dan Diagram Tangga (Ladder). Perbedaanya adalah
Bahan Ajar PLC
Kode Mnemonik dapat diinput dengan menggunakan konsol (handheld) yang sesuai dan komputer PC, sedangkan Diagram Tangga (Ladder) hanya bisa diinput melalui komputer PC dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC nya.
B. Instruksi dan Simbol Dasar
Instruksi merupakan kode perintah untuk mnemonik, sedangkan simbol biasa digunakan pada diagram tangga. Berikut ini beberapa instruksi dan simbol dasar yang biasa digunakan pada PLC: a. Load (LD)
Instruksi Load adalah merupakan jenis kontak/ relai NO (Normally Open), yaitu kondisi di mana kontaknya akan tertutup (ON) jika dialiri arus listrik. LoaD atau LD dalam kode mnemonik, biasa juga disebut eXamine If On (XIO). Jika ada input (secara fisik) ON, maka simbolnya juga akan ON. Kondisi On ini nilai logika nya adalah 1. Di bawah ini simbol untuk Load (LD):
b. Load Bar/ Load Not (LDN)
Instruksi LoaDBar adalah merupakan jenis kontak/ relay NC (Normally Close), kadang juga disebut LoaDNot atau eXamine If Close ( XIC). Jika tidak ada input maka simbolnya dalam kondisi tertutup (ON), sedang jika ada input maka akan terbuka (OFF).
Bahan Ajar PLC
Kondisi Logika
Load
Load Bar
0
False
True
0
False
True
1
True
False
1
True
False
Tabel 4.1 Load Bar/ Load Not
Kedua simbol di atas (Load dan Load Bar) biasa digunakan untuk input-input internal, eksternal dan kadang-kadang juga sebagai keluaran. Tetapi harus diingat bahwa semuanya adalah hanya sebagai simulasi dari sebuah relay (bukan relay secara fisik). Load dan Load Bar dalam diagram tangga harus diletakkan dibagian sebelah kiri.
c. Out
Instruksi Out adalah kadang-kadang juga disebut satu instruksi OutputEnergize. Instruksi Out bisa diumpamakan seperti suatu Coil/ kumparan . Simbol nya kelihatan seperti yang ditunjukkan di bawah.
Jika input sebelumnya dalam kondisi Tru, maka kondisi Out akan True. Out bisa juga dikatakan Normally Open Output.
d. OutBar
Instruksi Outbar adalah kadang-kadang disebut juga instruksi OutNot. Beberapa plc ada yang tidak mempunyai instruksi ini.
Bahan Ajar PLC
Ketika pada jalur diagram tangga (ladder) diawali oleh instruksi False, maka akan menjadi True. Ketika instruksi dalamkondisi True yang secara phisik berarti On. Kita simpulkan instruksi ini sebagai suatu Output normally closed. Instruksi ini dapat digunakan untuk internal dan eksternal. Instruksi OutBar adalah kebalikan dari instruksi Out.
e. End
End adalah perintah terakhir setelah ladder diagram diselesaikan tanpa symbol ini maka program tidak bias dijalankan. C. Instruksi menggunakan Console 1. Setting Awal
Gambar 4.10 setting awal
a. Program: Digunakan untuk membuat program atau membuat modifikasi atau perbaikan ke program yang sudah ada. b. Monitor :Digunakan ketika mengubah nilai setting dari counter dan timer ketika PLC sedang beroperasi c. RUN: Digunakan untuk mengoperasikan program tanpa dapat mengubah pada posisi monitor.
Bahan Ajar PLC
2. Programming Console
Supaya PLC dapat beroperasi, kita harus memasukkan program ke dalam CPU, dengan memasukkan perintah / baris program secaraberurutan dengan menggunakan Programming Console. Catatan untuk CPM1, console dapat dibagi antara CQM1 dan CQMH
Gambar 4.11 Programming Console
3. Input Pasword
PLC mempunyai sebuah password control untuk mencegah akses yang tidak di autorisasi ke programnya. PLC selalu mempromt untuk memasukkan password ketika daya pertama dihubungkan atau setelah programming console dipasang saat PLC beroperasi. Untuk memasukkan password tekan tombol CLR dan MONTR.
Bahan Ajar PLC
Gambar 4.12 input pasword
4. Menghapus Program
Menghapus program dapat dilakukan baik CLEAR ALL yang akan menghapus seluruh program dengan HR, CNT, dan DM, ataupun sebagian dari program / mulai dari addrees tertentu, ataupun HR/ CNT/ DM ada yang dipertahankan.
Bahan Ajar PLC
5. Fungsi Tombol FUN
Memanggil
Fungsi
yang
diinginkan,
setelahnya diikuti dua digit nomor sesuai denga digit yang dikehendaki LD
LOAD masukan input yang dikehendaki sebagai bagian awal dari tangga.
AND
AND memasukkan input yang diseri dengan input yang sebelumnya.
OR
OR memasukkan input yanhg diparelel dengan input yang sebelumnya.
OUT
OUTPUT dari rangkaian
TIM
TIMER control dengan perintah ini, baik untuk fungsi maupun untuk kontak output dari fungsi tersebut.
CNT
COUNTER dikontrol dengan perintah ini, baik untuk fungsi maupun untuk kontak output dari fungsi tersebut.
NOT
Digunakan bersama LD, AND, OR untuk menandakan kontak NC (Normally Closed). Aktifsesaat bila digunakan dengan bersama FUN
HR
Mendefinisikan Holding Relay
TR
Mendefinisikan Temporary Relay
SFT
Menampilkan Operasi Shift Register
SHIFT
SHIFT digunakan sebagai pengganti dari 4 tombol dengan kegunaan yang lebih, tertulis PLAY, RECORD, Channeel, dan Contact.
0~9
Masukkan
berupa
angka
decimal
heksadesimal saat pemrogaman.
Tabel 4.2 Fungsi Tombol
Bahan Ajar PLC
dan
BAB V KOMUNIKASI PLC
1.1 Komunikasi PLC
Salah satu tantangan terbesar dalam pemrograman PLC adalah melakukan integrasi antar PLC atau dengan berbagai peralan lain. PLC memiliki fasilitas modul komunikasi yang dapat digunakan untuk membuat mekanisme komunikasi antar PLC atau device lain. sebagai contoh, pada modicon, terdapat XMIT, fasilitan ini digunakan untuk memprogram PLC agar dapat berkomunikasi dengan peralatan lain yang menggunakan modbus. Dengan program ini, kita dapat mengatur kapan waktu-waktu kita melakukan komunikasi, berapa besar yang kita komunikasikan, addres mana saja yang akan kita share, dsb. Abad 20 ini ditandai dengan berubahnya fokus utama masyarakat dari pertanian, industri dan sekarang informasi. Pada era informasi ini dikenal suatu slogan “Information is King”. Hal ini berarti bahwa barang siapa menguasai informasi, maka ia akan menguasai semua hal lain. Informasi juga penting artinya pada sistem automasi dengan PLC, karena PLC tidak hanya menghasilkan produk/ barang, tetapi juga menghasilkan data. Umumnya inefisiensi karena data yang tidak akurat tidak dipermasalahkan. Namun jika kita dapat menggunakan data untuk memperbaiki proses, maka keuntungan perusahaan dapat meningkat dengan drastis. Pada umumnya perekaman informasi atau data dilakukan secara manual. Berikut ini bagan sederhananya.
Bahan Ajar PLC
Tabel 5.1 Proses Perekaman Data secara Manual
Dari gambar di atas, nampak bahwa data dari plant yang terhubung dengan PLC akan dicatat secara manual, kemudian operator akan memasukkan data ke dalam komputer dalam suatu jaringan, sehingga para manajer dapat melihat data yang mereka perlukan. Kelemahan perekaman data secara manual ialah sebagai berikut :
Tidak akurat
Tidak real time
Membutuhkan waktu lama (kadang terlambat)
Kemungkinan kesalahan lebih besar
Informasi yang diberikan mungkin berlebihan, tidak sesuai dengan yang diperlukan Sedang proses perekaman data secara otomatis digambarkan dalam bagan
sebagai berikut :
Bahan Ajar PLC
Tabel 5.2 Proses Perekaman Data secara Otomatis
Pada proses perekaman data secara otomatis ini, data plant yang terhubung dengan PLC akan disimpan secara otomatis oleh program komputer, dan langsung dapat ditampilkan oleh komputer – komputer lain dalam suatu jaringan. Kelebihan akuisisi data secara otomatis ini ialah :
Akurat
Real time
Cepat
Dimana hal tersebut dapat dilakukan melalui : Electronic communication
2. KONSEP PERANCANGAN SISTEM KENDALI DENGAN PLC
Dalam merancang suatu sistem kendali dibutuhkan pendekatan-pendekatan sistematis dengan prosedure sebagai berikut : 1. Rancangan Sistem Kendali Dalam tahapan ini si perancang harus menentukan terlebih dahulu sistem apa yang akan dikendalikan dan proses bagaimana yang akan ditempuh. Sistem yang
Bahan Ajar PLC
dikendalikan dapat berupa peralatan mesin ataupun proses yang terintegrasi yang sering secara umum disebut dengan controlled system. 2. Penentuan I/O Pada tahap ini semua piranti masukan dan keluaran eksternal yang akan dihubungkan PLC harus ditentukan. Piranti masukan dapat berupa saklar, sensor, valve dan lain-lain sedangkan piranti keluaran dapat berupa solenoid katup elektromagnetik dan lain-lain. 3. Perancangan Program (Program Design) Setelah ditentukan input dan output maka dilanjutkan
dengan proses
merancang program dalam bentuk ladder diagram dengan mengikuti aturan dan urutan operasi sistem kendali. 4. Pemrograman (Programming) 5. Menjalankan Sistem (Run The System) Pada tahapan ini perlu dideteksi adanya kesalahan-kesalahan satu persatu (debug), dan menguji secara cermat sampai kita memastikan bahwa sistem aman untuk dijalankan. selain fungsi yang telah diceritakan sebelumnya. PLC di pakai juga untuk Emergency Shutdown System (ESD) karena responnya yang cepat dibandingkan DCS, berikut adalah jenis PLC Programming berdasarkan IEC61131-3, ada lima bahasa pemrograman yang diakui oleh standar dibawah ini :
Ladder Diagram (LD)
Function Block Diagram (FBD)
Instruction List (IL)
Structure Text (ST)
Sequential Function Chart (SFC)
2.1 Tipe Komunikasi PLC 2.1.1 Pada Omron: Ada 2 macam cara PLC berkomunikasi yang akan dijelaskan sebagai berikut : 1. Primitive Communication
Bahan Ajar PLC
Pada tipe komunikasi ini, PLC dengan alat lain (misal : robot, PLC lain, mikrokontroler, dan lain – lain) akan terhubung secara hardwired (dengan kabel).
Tabel 5.3 Primitive Communication
Pada skema di atas, logika sederhana yang bisa diberikan pada program ialah :
“If Output 1 PLC 1 ON then Input 1 PLC 2 ON”
2. Serial Communication Pada tipe komunikasi ini, PLC dapat saling bertukar data melalui komunikasi tertentu. Jika pada komunikasi primitif, tegangan dari PLC 1 langsung diteruskan pada PLC 2, maka pada komunikasi serial datalah yang dipertukarkan. Beberapa jenis komunikasi serial ialah
RS 232
RS 422
RS 485
Dan macam – macam komunikasi PLC yang lain.
Berikut skema komunikasi serial RS 232 yang hanya bisa terjadi secara one to one :
Tabel 5.4 skema komunikasi serial RS 232
Bahan Ajar PLC
Sedang komunikasi serial RS 422 – RS 485 dapat mengakomodasi komunikasi one tomany ataupun many to many. Berikut contoh skema komunikasi serial
RS 485
Tabel 5.5 komunikasi serial RS 422 – RS 485
Jika 1 buah PC dilengkapi dengan SCADA software, seharusnya PC tersebut dapat berkomunikasi dengan beberapa PLC meskipun memiliki merk yang berbeda. Hal ini dikarenakan untuk masing – masing PLC dilengkapi dengan PLC driver pada program SCADA tersebut. Berikut ini skema komunikasinya.
Tabel 5.6 komunikasi SCADA
Komunikasi one to many ataupun many to many.Jika 1 buah PC dilengkapi dengan SCADA software, seharusnya PC tersebut dapat berkomunikasi dengan beberapa PLC meskipun memiliki merk yang berbeda. Hal ini dikarenakan untuk masing – masing PLC dilengkapi dengan PLC driver pada program SCADA tersebut.
Bahan Ajar PLC
2.2 Komunikasi Data pada PLC 2.2.1 Pada Omron
Pada mulanya PLC hanya bekerja secara stand alone, dimana PLC bekerja dengan I/O devices namun tidak terhubung dengan PLC lain ataupun dengan komputer. Berikut ini skemanya:
Konfigurasi stand alone juga bisa dilakukan antara PLC dengan PC. Tabel 5.7 Skema Stand Alone PlC
Tabel 5.8 Skema Stand Alone PC-PLC
Bahan Ajar PLC
Konfigurasi multidrop dapat dilakukan jika digunakan komunikasi serial RS 485.
Jika menggunakan special bus (Modbus +, DH +, Profibus), maka konfigurasinya adalah sebagai berikut: Tabel 5.9 Konfigurasi multidrop PC- many PLC
Tabel 5.10 Konfigurasi PLD dengan Special bus
Selain banyak PLC, konfigurasi banyak PC (melalui jaringan komputer) untuk monitoring juga dapat dilakukan dengan konfigurasi berikut.
Bahan Ajar PLC
Tabel 5.11 Konfigurasi many PC- many PLC
Komunikasi TCP/IP antar PLC dan PC dapat dilakukan dengan syarat masing – masing PC dan PLC memiliki ethernet card ataupun ethernet module communication. Berikut ini konfigurasinya.
Tabel 5.12 Konfigurasi many PC- many PLC dengan TCP/IP
Bahan Ajar PLC
2.3 Ethernet
Komunikasi TCP/IP antar PLC dan PC dapat dilakukan dengan syarat masing – masing PC dan PLC memiliki ethernet card ataupun ethernet module communication. Berikut ini konfigurasinya.
Ethernet adalah sistem jaringan yang dibuat dan dipatenkan perusahaan Xerox. Ethernet adalah implementasi metoda CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) yang dikembangkan tahun 1960 pada proyek
wireless ALOHA di Hawaii University diatas kabel coaxial. Standarisasi sistem ethernet dilakukan sejak tahun 1978 oleh IEEE. (lihat Tabel 2.) Kecepatan transmisi data di ethernet sampai saat ini adalah 10 sampai 100 Mbps. Saat in yang umum ada dipasaran adalah ethernet berkecepatan 10 Mbps yang biasa disebut seri 10Base. Ada bermacam-macam jenis 10Base diantaranya adalah: 10Base5, 10Base2, 10BaseT, dan 10BaseF yang akan diterangkan lebih lanjut kemudian. Pada metoda CSMA/CD, sebuah host komputer yang akan mengirim data ke jaringan pertama-tama memastikan bahwa jaringan sedang tidak dipakai untuk transfer dari dan oleh host komputer lainnya. Jika pada tahap pengecekan ditemukan transmisi data lain dan terjadi tabrakan (collision), maka host komputer tersebut diharuskan mengulang permohonan (request) pengiriman pada selang waktu berikutnya yang dilakukan secara acak (random). Dengan demikian maka jaringan efektif bisa digunakan secara bergantian. Untuk menentukan pada posisi mana sebuah host komputer berada, maka tiap-tiap perangkat ethernet diberikan alamat ( address) sepanjang 48 bit yang unik (hanya satu di dunia). Informasi alamat disimpan dalam chip yang biasanya nampak pada saat komputer di start dalam urutan angka berbasis 16. Dengan berdasarkan address ehternet, maka setiap protokol komunikasi (TCP/IP, IPX, AppleTalk, dll.) berusaha memanfaatkan untuk informasi masingmasing host komputer dijaringan.
10Base5 Sistem 10Base5 menggunakan kabel coaxial berdiameter 0,5 inch (10 mm) sebagai media penghubung berbentuk bus seperti pad Gambar 4. Biasanya
Bahan Ajar PLC
kabelnya berwarna kuning dan pada kedua ujung kebelnya diberi konsentrator sehingga mempunyai resistansi sebesar 50 ohm. Jika menggunakan 10Base5, satu segmen jaringan bisa sepanjang maksimal 500 m, bahkan jika dipasang penghubung (repeater) sebuah jaringan bisa mencapai panjang maksimum 2,5 km.
10Base2 Seperti pada jaringan 10Base5, 10Base2 mempunyai struktur jaringan berbentuk bus. (Gambar 6). Hanya saja kabel yang digunakan lebih kecil, berdiameter 5 mm dengan jenis twisted pair. Tidak diperlukan MAU kerena MAU telah ada didalam NIC-nya sehingga bisa menjadi lebih ekonomis. Karenanya jaringan ini dikenal juga dengan sebutan CheaperNet. Dibandingkan dengan jaringan 10Base5, panjang maksimal sebuah segmennya menjadi lebih pendek, sekitar 185 m, dan bisa disambbung sampai 5 segmen menjadi sekitar 925 m. Sebuah segmen hanya mampu menampung tidak lebih dari 30 unit komputer saja. Pada jaringan ini pun diperlukan konsentrator yang membuat ujung-ujung media transmisi busnya menjadi beresistansi 50 ohm. Untuk jenis konektor dipakai jenis BNC.
10BaseT Berbeda dengan 2 jenis jaringan diatas, 10BaseT berstruktur bintang (star) seperti terlihat di Gambar 8. Tidak diperlukan MAU kerena sudah termasuk didalam NIC-nya. Sebagai pengganti konsentrator dan repeater diperlukan hub karena jaringan berbentuk star. Panjang sebuah segmen jaringan maksimal 100 m, dan setiap hub bisa dihubungkan untuk memperpanjang jaringan sampai 4 unit sehingga maksimal komputer tersambung bisa mencapai 1024 unit.
10BaseF Bentuk jaringan 10BaseF sama dengan 10BaseT yakni berbentuk star. Karena menggunakan serat optik (fiber optic) untuk media transmisinya, maka panjang jarak antara NIC dan konsentratornya menjadi lebih panjang sampai 20 kali (2000 m). Demikian pula dengan panjang total jaringannya. Pada 10BaseF,
Bahan Ajar PLC
untuk transmisi output (TX) dan input (RX) menggunakan kabel/media yang berbeda.
Fast Ethernet (100BaseT series) Selain jenis NIC yang telah diterangkan di atas, jenis ethernet chip lainnya adalah seri 100Base. Seri 100Base mempunyai beragam jenis berdasarkan metode akses datanya diantaranya adalah: 100Base-T4, 100Base-TX, dan 100Base-FX. Kecepatan transmisi seri 100Base bisa melebihi kecepatan chip pendahulunya (seri 10Base) antara 2-20 kali (20-200 Mbps). Ini dibuat untuk menyaingi jenis LAN berkecepatan tinggi lainnya seperti: FDDI, 100VG-AnyLAN dan lain sebagainya.
3. INPUT DAN OUTPUT PLC Modul I/O merupakan modul masukan dan modul keluaran yang bertugas mengatur hubungan PLC dengan piranti eksternal atau periferal yang bisa berupa suatu komputer host, saklar-saklar, unit penggerak motor, dan berbagai macam sumber sinyal yang terdapat dalam plant. 3.1 Model input PLC
Modul input / output PLC pada dasarnya adalah antarmuka yang mengoneksikan PLC dengan peralatan input / output luar. Lewat sensor-sensor yang terhubung dengan modul ini, PLC mengindra besaran-besaran fisik (posisi, gerakan, level, arus, tegangan) yang terasosiasi dengan sebuah proses atau mesin. Berdasarkan status dari input dan program yang tersimpan di memori PLC. Secara fisik, rangkaian input/output dengan unit CPU tersebut terpisah Secara kelistrikan. Hal ini untuk menjaga agar kerusakan pada peralatan input output tidak menyebabkan terjadinya hubung singkat pada unit CPU. isolasi rangkaian modul dari CPU ini umumnya menggunakan rangkaian otocoupler.
Bahan Ajar PLC
Gambar 5.13 rangkaian internal input PLC dengan input tegangan DC
Gambar 5.14 rangkaian internal input PLC dengan input tegangan AC
Gambar 5.15 rangkaian internal input PLC dengan input tegangan AC/DC
Dari gambar 1 sampai gambar 3, terlihat bahwa secara fisik rangkaian pada modul ini terpisah dari rangkaian internal (CPU). Isolasi rangkaian ini menggunakan optocoupler dengan dua buah diode pemancar yang dipasang antiparalel. Hal ini dilakukan untuk tujuan fleksibilitas penyambungan terminal input dengan catu daya penggerak sensor atau saklar yang terhubung. Dalam hal ini, terminal common pada modul dapat dihubungkan balk dengan polaritas yang lebih positif atau lebih negatif dari catu dayanya
Bahan Ajar PLC
Besar arus yang mengalir di dalam sebuah terminal input ketika sebuah saklar tertutup umumnya berada dalam satuan miliampere (tipikalnya adalah 7 miliampere). Arus sebesar ini telah cukup untuk menggerakkan basis transistor pada optocoupler menjadi ON. Jika menggunakan sumber tegangan yang lebih kecil dari yang telah ditentukan oleh vendor PLC yang dipakai maka akan terjadi situasi undercurrent, yaitu arus yang mengalir pada modul tidak dapat menggerakan basis
transistor pada optocoupler tersebut. Modul masukan juga berfungsi untuk menerima sinyal dari unit pengindera periferal, dan memberikan pengaturan sinyal, terminasi, isolasi, maupun indikator keadaan sinyal masukan. Sinyal-sinyal dari piranti periferal akan di-scan dan keadaannya akan dikomunikasikan melalui modul antarmuka dalam PLC. Beberapa jenis modul masukan di antaranya:
o
Tegangan masukan DC (110, 220, 14, 24, 48, 15-30V) atau arus C(420mA).
o
Tegangan AC ((110, 240, 24, 48V) atau arus AC (4-20mA).
o
Masukan TTL (3-15V).
o
Masukan analog (12 bit).
o
Masukan word (16-bit/paralel).
o
Masukan termokopel.
o
Detektor suhu resistansi (RTD).
o
Relay arus tinggi.
o
Relay arus rendah.
o
Masukan latching (24VDC/110VAC).
o
Masukan terisolasi (24VDC/85-132VAC).
o
Masukan cerdas (mengandung mikroprosesor).
o
Masukan pemosisian (positioning).
o
Masukan PID (proporsional, turunan, dan integral).
o
Pulsa kecepatan tinggi.
Bahan Ajar PLC
3.2 Model output PLC
Pada Modul output PLC ada tiga jenis output PLC yang juga populer di pasaran, yaitu: Relay, Transistor, Triac.
Output Relay Output PLC jenis relay adalah yang paling fleksibel penggunaannya 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 5.16 rangkaian internal output PLC Jenis relay
Besar rating arus untuk setiap terminal umumnya tidak boleh melebihi 2 A untuk tegangan 220 volt (untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada manual PLC yang digunakan). Bila batas besar rating arus ini dilampaui, akan menimbulkan kerusakan pada modul output nya. Jika keluaran yang akan dikontrol merupakan beban yang relatif besar (mengalirkan arus dengan jumlah besar) maka akan lebih aman jika output relay ini mengontrol beban tersebut lewat relay luar.
Output transistor Output PLC jenis transistor, beban yang dapat dikontrol terbatas pada
beban-beban jenis DC saja. (besar arus yang bisa dilewatkan umumnya adalah 1 A, dengan waktu respons kurang dari 1 ms). Berdasarkan transistornya, ada dua jenis output PLC ini: (1) jenis NPN dan (2) jenis PNP. Pada prinsipnya kedua jenis keluaran ini adalah sama, yaitu dapat mengalirkan arus atau daya dalam satu arah saja. Ada dua jenis mode operasi transistor ini: (1) transistor digunakan sebagai penguat linier, dan (2) transistor digunakan sebagai saklar. Dalam rangkaian internal PLC, Iransistor dioperasikan sebagai saklar, yaitu dengan cara mengoperasikan pada daerah jenuhnya.
Bahan Ajar PLC
Perlu ditekankan di sini, walaupun transistor ini berlaku sebagai saklar, tetapi secara praktis akan selalu ada drop tegangan pada saklar ini (antara kaki collector terhadap emiter) yang besarnya berkisar antara 1-2 volt
Gambar 5.17 rangkaian internal output PLC Jenis Transistor
Jenis keluaran transistor NPN. Dari gambar, terlihat bahwa terminal common pada modul output harus selalu dihubungkan dengan sumber tegangan positif, transistor dalam operasinya hanya akan mengalirkan arus dari collector ke emiter jika tegangan collector lebih positif dari tegangan emitter Modul output PLC jenis PNP memiliki prinsip kerja kebalikan dari jenis NPN yang telah dibahas di atas.
Output jenis triac Output Triac terbatas pada beban jenis AC (besar arus yang bisa dilewatkan
umumnya adalah 1 A, dengan waktu respons kurang dari 1 ms) Triac adalah sebuah komponen semikonduktor yang berfungsi mengalirkan arus bolak-balik. Arus yang dialirkan dikontrol oleh terminal gate pada triac tersebut dalam modul output PLC jenis ini, triac digunakan untuk memerlukan gerakkan beban-beban AC lewat rangkaian internalnya.
Gambar 5.18 rangkaian internal output PLC Jenis Triac
Modul keluaran juga berfungsi mengaktivasi berbagai macam piranti seperti aktuator hidrolik, pneumatik, solenoid, starter motor, dan tampilan status titik-
Bahan Ajar PLC
titik periferal yang terhubung dalam sistem. Fungsi modul keluaran lainnya mencakup conditioning, terminasi dan juga pengisolasian sinyal-sinyal yang ada. Proses aktivasi itu tentu saja dilakukan dengan pengiriman sinyal-sinyal diskret dan analog yang relevan, berdasarkan watak PLC sendiri yang merupakan piranti digital. Beberapa modul keluaran yang lazim saat ini di antaranya:
o
Tegangan DC (24, 48, 110V) atau arus DC (4-20mA)
o
Tegangan AC (110, 240V) atau arus AC (4-20mA).
o
Keluaran analog (12-bit).
o
Keluaran word (16-bit/paralel)
o
Keluaran cerdas.
o
Keluaran ASCII.
o
Port komunikasi ganda.
Dengan berbagai modul di atas PLC bekerja mengendalikan berbagai plant yang kita miliki. Mengingat sinyal-sinyal yang ditanganinya bervariasi dan merupakan informasi yang memerlukan pemrosesan saat itu juga, maka sistem yang kita miliki tentu memiliki perangkat pendukung yang mampu mengolah secara real time dan bersifat multi tasking,. Anda bayangkan bahwa pada suatu unit pembangkit tenaga listrik misalnya, PLC Anda harus bekerja 24 jam untuk mengukur suhu buang dan kecepatan turbin, dan kemudian mengatur bukaan katup yang menentukan aliran bahan bakar berdasarkan informasi suhu buang dan kecepatan di atas., agar didapatkan putaran generator yang diinginkan! Pada saat yang sama sistem pelumasan turbin dan sistem alarm harus bekerja baik baik di bawah pengendalian PLC! Suatu piranti sistem operasi dan komunikasi data yang andal tentu harus kita gunakan. Teknologi cabling, pemanfaatan serat optik, sistem operasi berbasis real time dan multi tasking semacam Unix, dan fasilitas ekspansi yang memadai untuk jaringan komputer merupakan hal yang lazim dalam instalasi PLC saat ini. 3.3 Analog input PLC
Bahan Ajar PLC
Selain dapat mengolah sinyal digital, PLC juga dapat mengolah sinyal analog. Modul ini biasanya didesain untuk membaca sinyal-sinyal standard industri yakni 0 – 5 V, ±10 V, atau 4 – 20 mA. Untuk menggunakan analog input, modul ini harus dihubungkan ke rangkaian PLC dan ditentukan Unit No.-nya. Unit No. ini ditentukan dengan cara mengatur skrup Mach No. di depan Modul Analog Unit. Skrup Mach No. ini ada 2 buah: satu skrup puluhan (x10¹) dan satu skrup satuan (x10°). Jika ingin membuat modul ini memiliki Unit No. 12, putar skrup puluhan ke angka 1 dan skrup satuan ke angka 2. Selain itu, di IO Table dan Unit Setup pada CX-Programmer juga harus diberi Unit No. yang sama. Ingat, Unit No. modul ini tidak boleh sama dengan modul lain karena akan bertabrakan pengalamatan memorinya.
Gambar 5.19 Terminal Modul Analog input (No. Unit)
Sebagai contoh, modul CJ1W-AD081-V1 mempunyai 8 terminal input. Jadi, jika Unit No. nya 2, maka memori CIO (memori penempatan I/O) berada di alamat
Bahan Ajar PLC
CIO 2020 hingga CIO 2027. Memori CIO adalah memori penempatan data input/output pada modul analog. Untuk modul analog input, nilai masukan analog yang terbaca di terminal input disimpan di memori ini setelah dikonversi menjadi data biner 16-bit bertipe signed integer. Sehingga apabila modul CJ1W-AD081-V1 dengan seting Unit No. nya 2, maka data hasil konversinya disimpan pada alamat CIO 2020 sampai CIO 2027. Selain penentuan alamat memori, jenis input yang dibaca juga harus ditentukan (tegangan atau arus). Penentuan ini dilakukan dengan mengubah switch di bagian belakang terminal (gambar di bawah).
Gambar 5.20 Terminal Modul Analog input (Switch pemilihan input)
Setelah itu input bisa diakses dengan memindahkan datanya dari CIO ke DM dengan menggunakan instruksi MOV pada ladder diagram.
Gambar 5.21 contoh program pembacaan input analog
Dengan instruksi MOV tadi, data sinyal analog yang berasal dari input terminal 2 dapat dibaca dan diolah. 3.4 Analog output
Modul analog output digunakan untuk mengeluarkan sinyal analog dari PLC. Sinyal analog yang dapat dikeluarkan umumnya berada dalam rentang sinyal-
Bahan Ajar PLC
sinyal standard industri seperti 4 – 20 mA. Sama seperti pada modul analog input, modul analog output juga harus diatur Unit No. nya terlebih dahulu untuk menentukan pengalamatan memorinya. Selain itu, resolusi dan jenis outputnya juga bisa ditentukan (tegangan atau arus). Cara mengeluarkan output analog mirip dengan cara membaca input analog, yakni dengan cara memindahkan atau memasukkan data ke dalam memori CIO, tetapi dengan sedikit perbedaan. Dalam mengeluarkan output analog, setelah memindahkan data ke memori CIO, Conversion Enable Bit harus diset agar output dikonversi ke analog dan dikeluarkan. Misalkan ingin mengeluarkan output analog dari modul CJ1W-DA042-V sebesar 2.5V pada range tegangan 0 – 5V dengan resolusi 4000 (pengaturan resolusi bisa dilihat pada datasheet). Maka nilai yang dikeluarkan adalah #07D0. Terminal output 2 dan Unit No. 3 (seting Unit No. tidak boleh sama dengan modul lainnya karena akan mengakibatkan pengalamatannya bertabrakan). Sehingga didapatkan alamat CIO 2031.
Gambar 5.22 contoh program mengeluarkan output analog
Setelah perintah MOV, digunakan perintah SET untuk me-set Conversion Enable Bit. Letak bit ini berada pada alamat CIO 2000 + (10 x n) untuk Unit No. 11.
Bahan Ajar PLC
Gambar 5.23 alamat bit SET
Pada contoh ini, alamat Conversion Enable Bit ada pada CIO 2030 karena Unit No. bernilai 3. Bit yang di-set adalah bit ke-2 sehingga alamat yang di-set adalah CIO 2030.01. Dengan cara yang sama, pengeluaran output analog juga dapat dilakukan pada pin-pin lainnya. 3.5 Koneksi PLC dengan PC
Untuk bisa memprogram PLC, CPU unit dari PLC harus dihubungkan ke programming console atau PC (personal computer). PLC dapat dihubungkan ke komputer dengan menggunakan koneksi serial. Pada PLC Omron, programming ladder menggunakan software CX-Programmer yang diinstall di PC. Untuk menghubungkan CPU unit ke PC, dibutuhkan kabel serial RS-232. Port RS-232 pada CPU unit berbeda dengan RS-232 pada PC. Perbedaan ini dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 5.24 perbedaan Port RS-232 pada CPU dengan RS-232 pada PC
Perbedaannya pertama adalah letak pin SG yang berbeda. Pin SG pada PC terletak pada pin 5, sedangkan pada CPU pin 9. Selain itu, ada pin-pin yang harus dihubungkan seperti: pin 4 dan pin 5 CPU unit, pin 4 dan 6 PC, dan pin 7 dan 8 PC.
Bahan Ajar PLC
Kabel serial RS-232 yang biasa dipakai umumnya hanya menghubungkan pin-pin pada kedua port secara sejajar (pin 1 ke pin 1, pin 2 ke pin 2, dst). Maka, untuk menghubungkan CPU unit ke PC melalui RS-232, kabel serialnya harus dimodifikasi atau dirangkai sendiri berdasarkan petunjuk gambar di atas. Pin 2 CPU dihubungkan ke pin 2 PC, Pin3 CPU juga dihubungkan ke pin 3 PC, dan Pin 9 CPU dihubungkan ke pin 5 PC. Pin 1 CPU dihubungkan ke metal shield kabel untuk mengurangi noise (jika ada). Pin-pin yang tidak dihubungkan di dalam gambar tidak perlu dihubungkan karena tidak digunakan dalam komunikasi. Setelah
selesai
merangkai
kabel
serial,
kabel
ini
siap
dipakai
untuk
menghubungkan CPU unit PLC ke PC. 4
KOMUNIKASI SERIAL PADA PLC OMRON CPM 1A
Gambar 5.25. Bentuk fisik dari PLC Omron
Berikut adalah spesifikasi beberapa perangkat komunikasi yang terdapat pada PLC Omron:
Serial [3] 1.
Protokol komunikasi : Hostlink, FINS, Profibus
2.
Metode komunikasi : Four Wire, Half duplex
3.
Baud rate : 1200/2400/4800/9600/19200 bps
4.
Kode Transmisi : 7 atau 8 bit ASCII
5.
Deteksi error : Vertical parity, even/odd
6.
Interface : RS-232/ RS-422
7.
Jarak Transmisi : RS-232 15 m maksimum, RS-422 500 m maksimum
DRM [4]
Bahan Ajar PLC
1. Protokol komunikasi : DeviceNet 2. Metode Komunikasi : Multi-drop dan Tbranch 3. Media komunikasi : 5-wire cables, 4-wire flat cables 4. Baud rate : 125,250,500 kbps 5. Jarak transmisi : 5-wire
500 kbps 100m maksimum 250 kbps 250m maksimum 125 kbps 500m maksimum 4-wire 500 kbps 75m maksimum 250 kbps 150m maksimum 260 ps
265m maksimum
6. Catu Daya : 24 VDC 7. Maksimum Node : 64 Node (termasuk master,slave, konfigurator)
Control Link [5] 1.
Protokol Komunikasi : FINS
2.
Metode Komunikasi : N:N token Bus
3.
Cek Eror : Manchester code check, CRC check
4.
Baud rate : 2 Mbps
5.
Jarak Transmisi : 20 Km (800m antar node)
6.
Media komunikasi : H-PCF (Optical two core cables)
7.
Maksimal Node : 32 Node
Ethernet Device [6] 1. Protokol Komunikasi : FINS-UDP, FINSTCP, DeviceNet 2. Media Transmisi : Unshielded twistedpair cable, Shielded twisted-pair cable 3. Baud rate : 100 Mbps(100Base-TX), 10 Mbps(10Base-T) 4. Jarak Transmisi : 100m (antara node-hub) 5. Maksimum node : 254 Node
Bahan Ajar PLC
4.1 Host Link Communication
Komunikasi serial pada PLC Omron CPM1A ini pada umumnya digunakan untuk komunikasi PLC dengan komputer ataupun dengan touch screen dari Omron juga. Protokol untuk komunikasi dengan PC disebut : host link communication (HLC), yang akan dijelaskan di bawah:
HLC dapat digunakan untuk 2 konfigurasi : 1. 1 – 1 communication Bentuk dari 1 – 1 Communication tampak pada gambar di bawah.
Gambar 5.26. host link communication
Dari gambar di atas, nampak bahwa PLC Omron CPM 1 memerlukan modul komunikasi serial RS 232 (disebut CPM1 CIF-01) untuk dapat berkomunikasi dengan serial device lainnya. Berikut ini tampilan detailnya.
Gambar 5.27. CPM1 CIF-01
Bahan Ajar PLC
Sedang konfigurasi kabel serial (3 kabel) untuk komunikasi PC – PLC tampak pada gambar di bawah.
Gambar 5.28. komunikasi PC – PLC
2. 1 – n communication HLC juga mengakomodasi komunikasi 1 PC dengan N PLC (maksimal 32 buah). Protokol yang digunakan bukan RS 232, tetapi RS 422. Berikut ini skema komunikasi 1 – N.
Gambar 5.29. n communication
Bahan Ajar PLC
Skema di atas menggunakan tipe jaringan daisy chain. Pada skema tersebut juga digunakan modul komunikasi yang berbeda dengan sebelumnya, yaitu modul RS 422 Adapter (CPM1-CIF11). Detail modul tersebut tampak di bawah.
Gambar 5.30 RS 422 Adapter
Jika tipe jaringan diganti dengan multidrop, maka skema detailnya akan berbentuk seperti di bawah.
Gambar 5.30 komunikasi multidrop
Bahan Ajar PLC
FYI, semua informasi di atas dapat ditemukan pada Programming Manual dari PLC Omron CPM 1. Merk – merk PLC yang lain juga pasti akan memberikan penjelasan detail tentang pengaturan komunikasi serial seperti Omron ini
Bahan Ajar PLC
BAB VI APLIKASI PLC
CONTOH 1 : CONVEYOR BELT MOTOR CONTROL
Dalam aplikasi PLC digunakan men-START dan STOP motor penggerak belt konveyor. Motor 3 selalu bergerak dan posisi plate terdeteksi oleh sensor 3 yang berfungsi menggrerakkan motor 2, selanjutnya sensor 2 akan menggerakkan motor 1 guna memindahkan plate yang telah berada pada ujung belt konveyor 2. Dan timer digunakan untuk menghentikan motor 1 jika selama waktu tersebut tidak ada plate yang terdeteksi oleh sensor 2.
Gambar 6.1 CONVEYOR BELT MOTOR CONTROL
I/O Assigment Input
Devices
Output
Devices
0000
Sensor 1
100
Motor 1
0001
Sensor 2
101
Motor 2
Sensor 3
102
Motor 3
0002
Tabel 6.1 I/O Assigment CONVEYOR BELT MOTOR CONTROL
Bahan Ajar PLC
Berikut ini merupakan ladder dan Mnemonic codes dari sistem conveyor belt motor control, yang dapat membantu dalam penulisan program baik melalui software under windows maupun menggunakan Programming Console. Ladder diagram
Mnemonic codes Addres
Instruction
Data
0000
LD
0002
0001
OR
0101
0002
AND NOT
TIM 00
0003
OUT
0101
0004
LD
0001
0005
OR
0100
0006
AND NOT
TIM 01
0007
OUT
0100
0008
LD
0100
0009
AND NOT
0001
0010
TIM
00
0011
LD
0000
0012 0013
OR AND NOT
1000 TIM 01
0014
OUT
1000
0015
LD
0000
0016
AND OUT
01
0017
TIM
#0020
0018
LD
1813
0019
OUT
0102
0020
END( 0 1)
#0020
Tabel 6.2 ladder dan Mnemonic codes dari sistem conveyor belt motor
Bahan Ajar PLC
CONTOH 2 : AUTOMATIC CAR WASHING MACHINE
Dengan menggunakan Input sebuah vehicle-detecting device dan kontak push button. PLC akan membuka velve untuk menyemprotkan air dan start motor brush bekerja.
Gambar 6.2 AUTOMATIC CAR WASHING MACHINE I/O Assigment Input
Devices
Output
Devices
0000
Start button
0100
Spray valve
0001
Vehicle selector
0101
Brush motor
0002
Washine machine stop
0102
Movement of washing machine
Tabel 6.3 I/O Assigment AUTOMATIC CAR WASHING MACHINE
Berikut ini merupakan ladder dan Mnemonic codes dari sistem automation car washing machine control, yang dapat membantu dalam penlisan program baik melalui software under windows maupun menggunakan Programming Console.
Bahan Ajar PLC
Ladder diagram
Mnemonic codes Address
Instruction
Data
0000
LD
0000
0001
OR
1000
0002
AND NOT
1001
0003
OUT
1000
0004
LD
1000
0005
OR
0002
0006
AND NOT
0102
0007
OUT
1000
0008
LD
0100
0009
OR
0001
0010
AND NOT
0101
0011
OUT
1001
0012
LD
0101
0013
OR
0101
0014
AND NOT
0001
0015
OUT
1001
0016
END(0 1)
Tabel 6.4 ladder dan Mnemonic codes dari AUTOMATIC CAR WASHING MACHINE
Bahan Ajar PLC
CONTOH 3 : CONVEYOR BELT OPERATION CONTROL
Ini merupakan kondisi dimana shift register digunakan untuk menjaga track barang. Sw0 photoelecrtic sensor yang bertugas untuk mendeteksi apakah ada atau tidaknya barang yang datang dan feeder material. Sw1 bertugas sebagai sensor posisi dari conveyor untuk menentukan setiap 12 operasi harus terjadi.sedangkan Sw2 sebagai push button emergency yang juga dapat bekerja.
Gambar 6.3 CONVEYOR BELT OPERATION CONTROL
Berikut ini merupakan I/O assignment, Ladder dan Mnemenic codes dari sistem CONVEYOR BELT OPERATOR CONTROL, yang dapat membantu dalam penulisan program baik melalui software under windows maupun menggunakan Programming Console. I/O assignments
Input
Output
0000
Part present sonsor (Sw0)
0001
Ready sensor (Sw1)
0002
Emergency stop (Sw2)
0100 to 0111
12 individual operations
Tabel 6.5 I/O Assigment AUTOMATIC CONVEYOR BELT OPERATION CONTROL
Bahan Ajar PLC
Ladder diagram
Mnemonic codes
Addres
Instruction
Data
0000
LD
0000
0001
LD
0001
0002 0003
LD SFT
0002 01 01
0004
END (0 1)
Tabel 6.6 Mnemonic codes dari AUTOMATIC CONVEYOR BELT OPERATION CONTROL
CONTOH 4 : AUTOMATIC CONTROL OF WAREHOUSE DOOR
Signal input diperoleh dari ultra sonic guna menentukan keberadaan sesuatu yang mendekatinya, sehingga pintu akan terbuka. Sedang photo sensor berfungsi mendekati lewatnya mobil untuk menurunkan pintu. Dengan I/O assignment untuk mempermudah jalannya proses automasi ini.
Gambar 6.4 AUTOMATIC CONTROL OF WAREHOUSE DOOR
Bahan Ajar PLC
I/O assignment Input
Devices
Output
Devices
00000
Ultrasonic switch
00000
Motor to raise door
00001
Photoelectric switch
01001
Motor to lower door
00002
Door upper limit switch
00003
Door lower limit switch
Tabel 6.7 I/O Assigment AUTOMATIC CONTROL OF WAREHOUSE DOOR
Bahan Ajar PLC
CONTOH 5 : AUTOMATIC LUBRICATING OIL SUPPLIER
Ketika gear s1 bergerak, sensor s1 akan menggerakkan electromagnetic valve oil supply. Valve V1 akan membuka dalam waktu yang singkat. Sensor S2 mendekati kondisi level oil yang ada dalam tangki, sehingga menjalankan alarm menjadi ON.
Gambar 6.5 AUTOMATIC LUBRICATING OIL SUPPLIER
I/O assigment Input
devices
output
0000
Position detection (S1)
0100
0001
Lower limit of oil level
0101
Devices
Electromagnetic valve for oilsupply Oil shortage alarm indicator
Tabel 6.8 I/O Assigment AUTOMATIC LUBRICATING OIL SUPPLIER
Bahan Ajar PLC
Tabel 6.9 Mnemonic codes dari AUTOMATIC LUBRICATING OIL SUPPLIER 1. Aplikasi dasar PLC
Pada awalnya sistem kontrol untuk pengendali otomatis perangkat-perangkat mesin di industri berupa rangkaian relay. Namun sistem kontrol dengan rangkaian relay tersebut menjadi kurang efektif karena untuk memberikan perubahan sistem memerlukan biaya yang besar serta tingkat kerumitan kerja yang tinggi. Akhirnya muncul sistem kontrol
berbasis komputer yang disebut dengan PLC (Programmable Logic Controller) yang dapat memberikan solusi bagi permasalahan tersebut. a) Rangkaian ON
Bahan Ajar PLC
Rangkaian ini pada umumnya digunakan untuk start atau mengaktifkan system kerja. Rangkaian ON ideal tanpa kombinasi rangkaian kunci(self hording) atau rangkaian lain, secara manual system kerja ON pada PLC prinsip kerjanya seperti tombol bel. Dengan bantuan push button diluar.system ON hanya sesaat ketika tombol ditekan saja. bekerja secara continue tidak terus-menerus, untuk rangkaian ON menggunakan kontak NO.Rangkaian ON dapat dikombinasikan dengan sensor atau timer untuk system kerja automatis.
Gambar 6.6 Rangkaian ON
Keterangan: X = kontaktor / Relay (NO)yang dalam lingkaran = coil. B = Push Button. L = Benan. Contoh aplikasi rangkaian ON :
1) Mengendalikan montor DC penggerak bor 2) Semprot automatis (pembersih) penggerak montor sanyo.
b) Rangkaian OFF Rangkaian ini hampir sama seperti rangkaian on.Pada umumnya digunakan untuk stop atau menghentikan system kerja. Rangkaian OFF ideal tanpa kombinasi rangkaian kunci(self hording) atau rangkaian lain,Secara manual system kerja OFF pada PLC prinsip kerjanya seperti tombol bel. Dengan bantuan push button diluar.system OFF hanya
Bahan Ajar PLC
sesaat ketika tombol ditekan saja.bekerja secara continue tidak terus-menerus.Untuk rangkaian OFF menggunakan kontak NC..Rangkaian OFF dapat dikombinasikan dengan sensor atau timer untuk system kerja automatis.
B
X
X
L
Gambar 6.7 Rangkaian OFF Keterangan: X = kontaktor / Relay (NC)yang dalam lingkaran = coil. B = Push Button. L = Beban. Contoh aplikasi rangkaian OFF : Untuk memberhentikan motor penggerak barang(box).
c) Rangkaian ON - OFF Merupakan rangkaian kombinasi ON dan OFF,yang dikendalikan satu tombol push button dari luar(secara manual) dan satu kontaktor/relay.Rangkaian ON-OFF dapat dikombinasikan dengan sensor atau timer untuk system kerja automatis.
Bahan Ajar PLC
Gambar 6.8 Rangkain ON - OFF Keterangan: X = kontaktor / Relay (NO dan NC)yang dalam lingkaran = coil. B = Push Button. GL = Beban 1. RL = Beban 2. Contoh aplikasi rangkaian ON-OFF : 1) Pengemasan barang atau pelabelan barang - Motor 1 (penggerak pelabelan) - Motor 2 (penggerak barang yang akan dilabeli)
d) Rangkaian OR Merupakan rangkaian seri dari pengendali rangkaian ON.Untuk mengendalikan satu beban.Rangkaian OR dapat dikombinasikan dengan sensor atau timer untuk system kerja automatis.
Bahan Ajar PLC
Gambar 6.9 Rangkaian OR
Keterangan: X1 = kontaktor / Relay (NO 1) yang dalam lingkaran = coil. X2 = kontaktor / Relay (NO 2)yang dalam lingkaran = coil. B1 = Push Button 1. B2 = Push Button 2. L = Beban.
Contoh aplikasi rangkaian OR : Pengendalian motor genset dari 2 tempat.
e) Rangkaian SELF HORDING Merupakan rangkaian pengunci pengendali ON. Hal ini dimanfaatkan agar system bekerja secara terus-menerus. Kontak NO kontaktor atau relay dipararel dengan push button(secara manual). Rangkaian self hording selalu berkombinasi dengan rangkaian OFF untuk menghentikan system.Rangkaian self hording dapat dikombinasikan dengan sensor atau timer untuk system kerja automatis.
Bahan Ajar PLC
Gambar 6.10 Rangkaian SELF HOLDING
Keterangan: X = kontaktor / Relay (NO)yang dalam lingkaran = coil. B1 = Push Button 1 (start). B2 = Push Button 2 (stop). L = Beban. Gambar diagram ladder
Gambar 6.11 diagram ladder Contoh aplikasi rangkaian self hording : Pengendali rangkaian DOL atau pengerak motor 1 fasa atau 3 fasa secara langsung.
f) Rangkaian TIMER merupakan rangkaian pengendali pewaktu. Bisa rangkaian ON-delay (ON yang ditunda) atau OFF-delay (OFF yang ditunda). Gambar dibawah merupakan rangkaian ONdelay, untuk OFF-delay menggunakan kontak NC pada relay timer. Rangkaian timer bisa dikombinasikan dengan rangkaian pengendali lainnya.
Bahan Ajar PLC
Gambar 6.12 Rangkaian TIMER Keterangan: T = Relay timer (NO) yang dalam lingkaran = coil timer. S = saklar L = Beban Contoh aplikasi rangkaian Timer : Pemberi waktu pada Oven, mesin cuci dan lain – lain.
1. Rancang Bangun Aplikasi PLC untuk Pengendalian Konveyor pada Pengepakan Barang a) Teori pengendalian pada pengepakan barang Sistem berupa miniatur konveyor pengepakan barang yang dikendalikan PLC. Proses pengepakan barang ini bisa memanfaatkan fungsi pencacah (counter) dan penghitungan nya bisa dengan memanfaatkan pewaktu (timer) yang dimilik oleh PLC
(Programmable Logic Controller).
Gambar 6.13 Konveyor
Bahan Ajar PLC
Suatu System konveyor pengepakan barang ditunjukkan pada gambar..... diatas . Satu konveyor menggerakkan box dan satu konveyor menggerakkan barang. Sistem pada gambar tersebut dirancang untuk dikendalikan dengan PLC dengan
operasi sebagai berikut :
Ketika tombol Start diaktifkan, terjadi proses pengisian produk ke dalam kotak dimana konveyor produk berjalan dan konveyor box berhenti. Setelah sensor produk dilintasi produk sejumlah 6 produk, konveyor produk berhenti dan konveyor box berjalan. Konveyor box berhenti ketika sensor box mendeteksi kehadiran box berikutnya, dan konveyor produk kembali berjalan untuk mengisi box baru yang
masih
kosong. Proses ini terus berlangsung dan akan berhenti
jika tombol stop
diaktifkan. Diagram blok dari sistem
pengepakan barang yang dikendalikan PLC
ditunjuk-kan pada gambar..... MOTOR
PB1
KONVEYOR PRODUK
PLC SENSOR
MOTOR
PRODUK
KONVEYOR BOX
SENSOR BOX
Gambar 6.14 Konveyor
b) Identifikasi Input danOutput. Sistem ini memiliki 4 input, yaitu: tombol Start (PB1), tombol Stop (PB2), sensor barang dan sensor box dan 2 output, yaitu : motor konveyor barangdan motor
konveyor box. Selanjutnya masing-masing input dan output tersebut dihubungkan dengan alamat I/O PLC. Pengalamatan input ditunjukkan dalam tabel 1 dan pengalamatan output ditunjukkan padatable 2. Table.1 Pengalamatan input
Bahan Ajar PLC
Alamat
Input
0000
Tombol Start (FB 1)
0001
Tombol Stop (FB 2)
0002
Sensor Produk (S1)
0003
Sensor Box (S2)
Tabel 6.10 Pengalamatan output pada PLC
Alamat
Peralatan
01000
Motor Konveyor Produk
01001
Motor Konveyor Box Tabel 6.11 Pengalamatan Peralatan
c) Pembuatan sotfwaree Flowchart yang menunjukkan aliran kerja dari program yang dimasukkan
ke dalam PLC ditunjukkan pada gambar-3.Pertama kali adalah deteksi penekanan tombol Start (PB1).Jika PB1 ditekan maka dilakukan pengecekan status sensor box, on atau off. Jika sensor box tidak aktif aktif (off) maka motor konveyor box diaktifkan (on) dan motor
konveyor
barang
tidak diaktifkan (off)
sampai
sensor
box
mendeteksi kehadiran box. Jika sensor box aktif (on) maka motor konveyor box tidak diaktifkan (off) dan motor konveyor barang diaktifkan sampai sensor barang
mendeteksi kehadiran 6 barang. Proses tersebut terus jika tombol Stop (PB2) ditekan. Tabel 3. Mnemonic program
Instruksi
Bahan Ajar PLC
Data
LD
00000
OR
20000
ANDNOT
00001
OUT
20000
LD
20000
berulang dan akan berhenti
ANDNOT
01001
OUT
01002
LD
00002
LD
00003
CNT
000 #0006
LDCNT
000
ORNOT AND
00003 20000
OUT
01003
END
01 Tabel 6.12 Mnemonic program
d) Perancangan Hardware 1) Motor DC Prototype konveyor ini tidak memerlukan motor yang mempunyai daya yang
besar karena kerja dari konveyor ini tidak digunakan secara maksimal, motor DC
yang berdaya kecil sudah mampu digunakan untuk menjalankan konveyor tersebut.
Gambar 6.15 MotorDC
2) Sensor
bergerak
Sensor berfungsi diatas konveyor.
sebagai pendeteksi adanya barang/benda yang Sensor yang digunakan adalah diodelaser dan
phototransistor,dipilihnya komponen ini karena mudah didapat dan harganya terjangkau.
Sepasang
infrared
sebagai
sensor
yang
berfungsi
sebagai
penbangkit/pengendali saklarmagnetik pada relay dihubungkan dengan input PLC. Transmitter selalu mengirimkan sinyal pada receiver sehingga mengakibatkan
Bahan Ajar PLC
terjadinya hubungan antarakeduanya. Proses penghitungannya dilakukan dengan
mendeteksi adanya perpotongan pada jalur infraredyang dibangkitkan transmitter dan diterima olehreceiver. Setiap perpotongan akan memberikan perubahan kondisi logika dari 0 ke 1 selama selangwaktu tertentu. Perubahan kondisi logika
ini yang digunakan sebagai acuan perhitungan.
3)
Relay Input dan Output Untuk PLC omron ini digunakan relay yang mempunyai lima buah
kaki dengan dua kaki meupakan kumparan kawat sebagai pembangkit medan magnet listrik (kaki 1, 2) dan tiga kaki yang lain berfungsi sebagai saklar (kaki
3, 4, 5). Dipilihnyajenis ini karena relay ini mempunyai dua buah saklar yang kerjanya saling bertolak belakang, bisa dikatakanjuga dalam relay ini mempunyai dua buah gerbang logika, gerbangAND dan gerbang NOT. Saat kaki 1, 2tidak dialiri arus listrik
maka kaki 3 akan terhubungdengan kaki (NOT) dan ketika kaki 1, 2 dialiri aruslistrik maka kaki 3 akan terhubung dengan kaki 4 (AND).
Jadi dapat disimpulkan saat kumparan dialiri arus listrik (ON) maka terjadi saklar Normally Open(AND) untuk kaki 4 dan saat kumparan tidak dialiri arus listrik
(OFF) maka terjadi saklar Normally Close (NOT) untuk kaki5. PLC omron ini dihubungkan dengan empat buah relay yang mempunyai fungsi yang
berbeda-beda. Dua relay dipasang pada input PLC dan dua yang lain pada output PLC. Relay pada input PLC berfungsi sebagai saklar input pada PLC yang mengacu pada keluaran infrared receiver, karena keluaran dari receiver kecil (3V DC) maka untuk
menggerakkan saklar magnet pada relay tersebut dibutuhkan rangkaian penguat
agarrelay dapat bekerja. Relay pada output PLC berfungsi sebagai
penghubung antara arus
listrik dari luar PLC. Relay dipasang pada konveyor karena arus yang keluar dari PLC omron kecil (0,2amp) sehingga membutuhkan tegangan dari luar untuk dapat menggerakkan motor yang terpasang pada konveyor.
Bahan Ajar PLC
Gambar 6.15 Relay kaki 5
Keterangan : Kaki 1 dan 2
: kumparan kawat yang berinti besi
Kaki 3, 4, dan 5
: saklar
4) Hubungan antara Input PLC dengan Sensor
Sepasang sensor yang digunakan sebagai infraredtransmittermenggunakan dioda laser dan infrared receiver menggunakan photo transistor. Dioda laseryang
berfungsi sebagai transmitter selalu mengirimkan sinyal pada photo transistor dimana berfungsi sebagai receiver, sehingga terjadi hubungan antarkeduanya. Kondisi ini terjadi saat tidak ada bendayang melewati atau memotong jalur infrared,
maka saat tidak ada perpotongan jalur infrared receiver akan mengeluarkan tegangan
dan ketika ada sebuah benda yang memotong jalur infrared, maka receiver tidakmengeluarkan tegangan. Perbedaan kondisi ini nanti nya akan digunakan sebagai pengendalirelay. Pada saat tidak ada perpotongan jalur infrared (logika 0),maka receiver akan mengeluarkan tegangan yang diterima oleh R (resistor)
yang terhubung dengan transistor (basis), sehingga gerbang kolektor danemitter terhubungan. Terhubungnya kolektor dan emitter mengkibatkan kumparan pada relay menjadi magnet dan mengakibatkan kaki 3 terhubung dengan kaki 4.
Pada kondisi seperti ini maka input PLC tidak terhubung dengan com PLC. Saat ada perpotongan jalur infrared (logika 1),receiver tidak mengeluarkan
tegangan sehingga R (resistor) transistor (basis) tidak teraliri arus listrik, maka gerbang pada kolektor dan emitter tetap terbuka, sehingga kumparan pada relay
tidak menjadi magnet dan kaki 3 tetap terhubung dengan kaki 5. Pada kondisi
Bahan Ajar PLC
seperti ini maka input PLC terhubung dengan com pada PLC.
5)
Hubungan antara Output PLC dengan Motor Saat output PLC mengeluarkan tegangan yang merupakan perintah untuk
menjalankan motor, dialih fungsikan untuk mengaktifkan relaykarena keluaran pada output PLC kecil (24V 0.2 amp), meskipundengan
daya
yang
kecil
sudah
mampu untuk menjalankan motor DC, namun untuk lebih aman dan membuat PLC awet dipasang relay sebagai jembatan
untuk power suply dari luar PLC untuk
menjalankanmotor pada konveyor. Cara pemasangan relay dapat dilihat pada
gambar-8 berikut ini. 6)
Pengujian dan Analisis Pengujian dilakukan untuk mengetahui adanya kesalahan
ataupun hardware sehingga bisa dilakukan
perbaikan
program
software
dan perangkat
keras agar konveyor bisa bekerja seperti yang diharapkan. Pengujian sistem secara keseluruhan pada awalnya menunjukkan beberapa kesalahan yang terjadi, antaralain:
1. Pada saat produk terakhir belum sampai ke dalam box, motor pada konveyor box sudah berjalan. 2. Putaran motor pada konveyor terlalu cepat.
7) 1.
Penanggulangan masalah
Memberikan delay waktu sekitar 2-3 detik setelah barang ke-6 pada konveyor barang terdeteksi untuk menjalankan motor pada konveyor box agarproduk yang
terakhir tidak terlambat masuk ke dalam box. Cara lainadalah jarak antara
konveyor
produk dengan konveyor box dibuat rapat agar produk yang
terakhir tidak terlambat masuk ke dalam box. 2.
Putaran
motor
yang
terlalu
(memperkecil) tegangan yang
menambahkan
tahanan
dapat diatur kecepatannya.
Bahan Ajar PLC
geser
cepat
masuk pada
dapat
ke
diatasi dengan
motor,
motor,
bisa
sehingga
merubah
juga putaran
dengan motor
DAFTAR PUSTAKA 1. Jacob, J. Michael. 1995. Industrial Control Electronics Aplication and Design. Singapore: Prentice-Hall Simon & Schutster (Asia) Pte Ltd. 2. Johnson, Curtis D. 1997. Process Control Instrumentation Technology. New Jersey : Prentice-Hall, Inc 3. Petruzella, Frank D. 1996. Industrial Electronic. Singapore :McGraw-Hall Book 4. http://x-one-automationplc.blogspot.com/2009/02/pengantar-plc-plcprogramable-logic.html diakses tanggal 2 Februari 2012 jam 16.13 5. http://www.cssc.its.ac.id/index.php/id/PLC-Training/ diakses tanggal 2 Februari 2012 jam 16.15 6. http://duniakarya.wordpress.com/category/engineering/tentang-plc/ diakses tanggal 2 Februari 2012 jam 16.20 7. http://duniaengineering.wordpress.com/2009/04/01/sekilas-tentang-plc/ diakses tanggal 13 oktober 2012 jam 16.24 8. http://duniakarya.wordpress.com/category/engineering/tentang-plc/page/2/ diakses tanggal 2 Februari 2012 jam 16.28 9. http://midnaitdream.blogspot.com/2010/05/servo-dan-servomechanism.html, diakses pada tanggal 1 Februari 2012 10. Ciyo, 2011. Power Stearing, http://dediprastio.blogspot.com/2011/02/powersteering.html, 3 Februari 2011, diakses pada tanggal 1 Februari 2012 11. Anonim, http://www.scribd.com, diakses pada tanggal 1 Februari 2012 12. Anonim, http://www.pdfqueen.com, diakses pada tanggal 1 Februari 2012 13. Eko Putra Agfianto. 2007. PLC- Konsep, Pemrograman dan Aplikasi (Omron CPM 1A/CPM2A dan ZEN Programmable Relay). Yogyakarta : Penerbit Gava Media. 14. Omron. (1997). CPM 1 Training Manual. Omron Indonesia Representative Office. 15. (2001). Materi Pelatihan Programmable Logic Control (PLC). Semarang : Regional Centre-SMK Negeri 7 Semarang. 16. http://id.wikipedia.org/wiki/Diagram_alur diakses selasa tanggal 30 Juni 2009 pukul 14.00 WIB
Bahan Ajar PLC
17. Komponen Pada PLC. Duniaengineering.wordpress.com (Online), (http:// duniaengineering.wordpress.com/2008/10/17/komponen-pada-plc/) diakses 1 Februari 2012. 18. Komponen Penyusun PLC (1). Ndoware.com. (Online), (http://ndoware.com /komponen-penyusun-plc.html), diakses 1 Februari 2012. 19. Komponen Penyusun PLC (2). Ndoware.com (Online), (http://ndoware.com /komponen-penyusun-plc-2.html) diakses 1 Februari 2012. 20. Komponen Tambahan PLC. Ndoware.com (Online), (http://ndoware.com /komponen-tambahan-plc.html) diakses 1 Februari 2012. 21. Sumardjati, Prih. Sofian Yahya. Ali Mashar. 2008. Teknik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 3 untuk SMK. Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional.
Bahan Ajar PLC
