BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
Programmable Logic Controller (PLC) Kemajuan teknologi yang berkembang pesat dewasa ini mengakibatkan industri sebagai produsen/penghasil barang menggunakan cara-cara otomatisasi untuk meningkatkan jumlah barang yang diproduksinya secara efektif dan efisien. Salah satu peralatan kontrol otomatis yang saat ini banyak digunakan adalah PLC (Programmable Logic Controller). Nama PLC diberikan oleh sebuah asosiasi yang bernama National Electrical Manufacture Association (NEMA) pada tahun 1978. PLC adalah sebuah relay elektronik yang dioperasikan secara digital menggunakan memory yang dapat diprogram sebagai tempat penyimpanan instruksi-instruksi untuk mengimplementasikan fungsi-fungsi seperti operasi logika, operasi sekuensial, pewaktuan (Timing), pencacah (Counter) sampai pengendali aritmatika. (Wilhelm, 1992, p.7-8). PLC pertama kali digunakan sekitar pada tahun 1960-an untuk menggantikan peralatan konvensional yang begitu banyak. Perkembangan PLC saat ini terus mengalami perkembangan sehingga bentuk dan ukurannya semakin kecil. Saat ini terdapat PLC yang dapat dimasukan ke dalam saku karena bentuk dan ukurannya yang sangat kecil, dan dalam perkembangannya, dimasa yang akan datang akan diperkenalkan PLC dengan bentuk dan ukuran sebesar kotak rokok.
5
6 2.1.1
Arsitektur PLC PLC biasanya terdiri dari 4 bagian utama yaitu pusat pemrosesan data (data process center), modul masukan/keluaran (input/output module), pemrograman (programmer), dan catu daya (power supply), seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.1.
Input Module Programmer
Data Process Center Output Module
Power Supply Sumber : Wilhelm, 1992, p.5
Gambar 2. 1. Elemen-elemen dasar PLC
2.1.2
Komponen Internal PLC PLC biasanya terdiri dari sebuah CPU, area memori, dan rangkaian untuk menerima data masukan/keluaran (input/output). Gambar 2.2 menggambarkan PLC sebagai sebuah kotak, yang terdiri dari ratusan atau ribuan relay yang terpisah, pencacah (counter), timer, dan tempat penyimpanan data. Relay-relay ini disimulasikan melalui lokasi bit dalam register.
7
Rangkaian Masukan
Relay Masukan
Pencacah
Relay Keluaran
Internal Utility Relay
Timer
Penyimpan Data
CPU Memori Rangkaian Keluaran
Sumber : http://www.plcs.net/chapters/parts3.htm
Gambar 2. 2. Komponen PLC
Fungsi masing-masing bagian tersebut adalah : 1. Relay Masukan (Input Relay) Bagian ini terhubung langsung dengan dunia luar. Relay masukan ada secara fisik dan menerima sinyal dari saklar (switch), sensor, dan lainlain. Sebenarnya relay masukan bukanlah relay dalam arti sebenarnya, melainkan transistor yang difungsikan sebagai relay. 2. Internal Utility Relay Bagian ini secara fisik tidak ada dan tidak menerima sinyal dari dunia luar. Bagian ini merupakan simulasi dari fungsi sebuah relay dengan tujuan untuk mengurangi relay eksternal. 3. Pencacah (Counter) Bagian ini tidak memiliki bentuk fisik karena merupakan sebuah simulasi. Pencacah diprogram untuk menghitung pulsa (clock) yang masuk. Dikarenakan bagian ini hanyalah sebuah simulasi, kecepatan berhitungnya terbatas.
8 4. Timers Bagian ini tidak memiliki bentuk fisik karena merupakan sebuah simulasi. Timer memiliki banyak jenis dan increment. Jenis timer yang paling sering dijumpai adalah jenis ON-delay, selain itu jenis lainnya adalah OFF-delay. Jenis increment-nya bervariasi dari 1 milidetik sampai 1 detik. 5. Relay Keluaran (Output Relay) Bagian ini memiliki bentuk fisik dan terhubung dengan dunia luar. Relay keluaran mengirim sinyal aktif/non-aktif (ON/OFF) ke beban seperti lampu, solenoid, dan lain-lain. Relay keluaran dapat berupa transistor, relay, atau pun triac, tergantung dari model yang dipilih. 6. Penyimpan data Bagian ini mempunyai register yang berfungsi untuk mempermudah penyimpanan data. Penyimpan data digunakan sebagai tempat penyimpanan sementara dari hasil perhitungan atau manipulasi data. Selain itu, juga dapat digunakan untuk menyimpan data ketika catu daya (power) PLC dimatikan. Sehingga ketika catu daya PLC dinyalakan kembali, data-data yang tersimpan masih sama seperti ketika catu daya dimatikan.
2.1.3
Operasi PLC PLC bekerja dengan cara menelusuri (scanning) program yang telah dimasukkan sebelumnya. Siklus penelusuran biasanya lebih dari 3 tahap, tetapi difokuskan pada bagian yang penting saja. Bagian-bagian lainnya hanya memeriksa sistem dan memperbaharui pencacah internal (updating internal counter) dan
9 nilai timer. Berikut ini adalah 3 tahap penting dari siklus penelusuran PLC seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Periksa Status Masukan
Eksekusi Program
Perbaharui Status Keluaran
Sumber : http://www.plcs.net/chapters/howworks4.htm
Gambar 2. 3. Siklus penelusuran PLC
Proses operasi PLC adalah sebagai berikut : 1. Periksa status masukan (Check Input Status) Pada langkah ini, PLC melihat keadaan setiap masukan yang ada untuk menentukan kondisi setiap masukan tersebut apakah pada keadaan aktif atau non-aktif. Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubung dengan masukan pertama aktif/tidak aktif, masukan kedua aktif/tidak aktif, dan seterusnya. PLC akan menyimpan data masukan tersebut ke memori untuk dapat digunakan pada langkah berikutnya. 2. Eksekusi program (Execute Program) Pada langkah kedua, PLC akan mengeksekusi program yang tersimpan di dalam memori per instruksi. Misalkan program menginginkan jika
10 masukan pertama aktif, maka program tersebut harus mengaktifkan keluaran pertama. Dikarenakan program yang ada telah mengetahui masukan-masukan mana saja yang aktif/tidak aktif dari langkah sebelumnya, maka program tersebut akan menentukan apakah keluaran pertama harus diaktifkan atau dinon-aktifkan berdasarkan kondisi dari masukan pertama yang diterimanya. Setelah itu, program akan menyimpan hasil eksekusi tersebut dengan tujuan untuk dapat digunakan pada langkah selanjutnya. 3. Perbaharuan status keluaran (Update Output Status) Pada langkah terakhir ini, PLC memperbaharui kondisi keluaran berdasarkan masukan mana yang aktif pada langkah pertama dan hasil eksekusi program yang dimasukkan pada langkah kedua. Berdasarkan contoh pada langkah kedua, PLC akan mengaktifkan keluaran pertama karena masukan pertama sudah aktif dan program menginstruksikan agar keluaran pertama diaktifkan pada saat kondisi ini benar. Setelah langkah ini dilalui, PLC akan kembali ke langkah pertama dan menelusuri ulang langkah-langkah tersebut secara terus menerus. Satu kali penelusuran dapat diartikan sebagai waktu yang diperlukan untuk mengeksekusi 3 langkah diatas.
2.2
Finite State Machine (FSM) FSM adalah suatu sistem yang terdiri dari sekumpulan kondisi (state), termasuk kondisi awal, sekumpulan event masukan, sekumpulan event keluaran, dan
sebuah
state
transition
fuction
(http://computing-
dictionary.thefreedictionary.com/Finite%20State%20Machine, 2004).
State
transition function mengubah sekumpulan masukan dan current state menjadi
11 kumpulan keluaran dan next state. State machine dapat digambarkan sebagai sebuah fungsi yang memetakan sekumpulan event masukan (input event) menjadi sekumpulan event keluaran (output event) sesuai dengan yang diinginkan. FSM terdiri dari dua bagian penting, yaitu sekumpulan kondisi dan sekumpulan transisi antara kondisi-kondisi tersebut. State digambarkan dengan simbol lingkaran, sedangkan transisi digambarkan dengan simbol anak panah. FSM memiliki 2 model yang umum digunakan, yaitu model Mealy dan model Moore.
2.2.1
Model Mealy Gambar 2.4 menggambarkan model Mealy untuk sebuah state machine.
Keluaran
Masukan Logika Kombinasional Untuk Keluaran dan Next State
Umpan Balik State
Register State Clock
Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html
Gambar 2. 4. Diagram blok model Mealy
Keluaran dari model Mealy tergantung pada kondisi saat itu (present state) dan nilai masukan (input) pada saat itu juga. Sehingga dapat disimpulkan keluaran akan langsung berubah ketika terjadi perubahan pada masukannya, tidak tergantung pada clock.
12
1/0
A
0/0
0/0
B
0/0 1/0
0/0 C
D 1/1
1/0 Sumber : http://web.cs.mun.ca/~paul/cs3724/material/web/notes/node25.html
Gambar 2. 5. State transition diagram model Mealy
Lihat Gambar 2.5, mesin ini mempunyai 4 keadaan, dan keluarannya diasosiasikan dengan masukan pada kondisi (state machine). Kondisi awal mesin adalah state A. Apabila masukannya 1 (satu), maka state berikutnya tetap pada state A dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi masukan 0 (nol), maka state berikutnya akan berpindah ke state B dan keluarannya 0 (nol). Dari state B, jika masukannya berupa 0 (nol) maka state berikutnya akan kembali ke state B dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi masukan 1 (satu), maka state berikutnya akan berpindah ke state C dan keluarannya 0 (nol). Pada state C, jika diberi masukan 1 (satu), maka state berikutnya akan kembali ke state A dan keluarannya 0 (nol). Dan jika diberi masukan 0 (nol), maka state berikutnya menjadi state D dan keluarannya 0 (nol). Terakhir untuk state D, jika diberi masukan 0 (nol), state berikutnya akan berpindah ke state B dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi masukan 1 (satu), maka state berikutnya akan berpindah ke state C dan keluarannya 1 (satu).
13 2.2.2
Model Moore Model lainnya untuk state machine adalah model Moore (lihat Gambar 2.6). Register Masukan
Logika Kombinasional Untuk Keluaran
Logika Kombinasional Untuk Next State
Keluaran
Clock
Umpan Balik State Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html
Gambar 2. 6. Diagram blok model Moore
Keluaran dari model Moore hanya tergantung pada kondisi saat itu (present state). Pada Gambar 2.6, transisi state terjadi bila ada masukan clock. Dalam model ini, transisi adalah fungsi dari masukan dan present state, sedangkan keluarannya adalah fungsi dari state.
1
A/0
0
0
B/0
0 1
C/0
0
D/0
1 1 1
E/1
0
Sumber : http://web.cs.mun.ca/~paul/cs3724/material/web/notes/node25.html
Gambar 2. 7. State transition diagram model Moore
14 Gambar 2.7, menunjukkan sebuah diagram state untuk model Moore yang mengerjakan fungsi yang sama seperti pada model Mealy. Perlu diketahui bahwa pada penamaan diagram state model Moore berbeda dengan penamaan pada diagram state model Mealy, transisi-transisi diberi nama dengan masukanmasukan yang menyebabkan terjadinya transisi, sedangkan state-nya diberi nama dengan keluaran yang sesuai (keluaran hanya sebuah fungsi dari state, dan tidak tergantung secara langsung pada masukan). Kondisi awalnya adalah state A dengan keluaran 0, bila ada masukan 1 maka akan berpindah ke state A dengan keluaran 0. Sedangkan bila pada state A diberi masukan 0, maka akan berpindah ke state B dengan keluaran 0. Bila pada state B diberi masukan 0 maka akan berpindah ke state B dengan keluaran 0, sedangkan bila state B diberi masukan 1 maka akan berpindah ke state C dengan keluaran 0. Pada state C, bila diberi masukan 1 maka akan berpindah ke state A dengan keluaran 0, sedangkan bila state C di beri masukan 0 maka akan berpindah ke state D dengan keluaran nol. Pada state D, bila diberi masukan 0 maka akan berpindah ke state B dengan keluaran 0, sedangkan bila state D diberi masukan 1 maka akan berpindah ke state E dengan keluaran 1. Pada state E bila diberi masukan 0, akan berpindah ke state D dengan keluaran 0, sedangkan bila state E diberi masukan 1 maka akan berpindah ke state A dengan keluaran nol.
2.3
ASM Chart Diagram alir (flowchart) merupakan cara yang tepat untuk menggambarkan urutan dari langkah-langkah prosedur yang harus dijalankan oleh sistem. Sebuah diagram alir untuk suatu algoritma perangkat keras harus memiliki karak-
15 teristik khusus yang dapat mewakili algoritma dari implementasi perangkat keras. Sehingga digunakanlah diagram alur khusus yang disebut dengan Algorithmic State Machine (ASM) chart untuk menentukan algoritma perangkat keras digital. Pada ASM chart terdiri dari 3 elemen dasar yaitu : 1. State Box Merupakan kotak persegi panjang yang mengandung operasi transfer register (Register Transfer Operation) atau sinyal keluaran, yang diaktifkan ketika unit pengendali berada dalam state tersebut. Penamaan untuk state diletakkan di sudut atas kiri kotak, dan kode biner untuk state diletakkan di sudut atas kanan kotak (jika digunakan). Gambar State Box dapat lihat pada Gambar 2.8.
Entry Binary Code
Name
Register Operation Or Output
Exit
Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 8. State Box
2. Scalar Decision Box Menggambarkan pengaruh dari sebuah masukan pada suatu unit pengendali. Digambarkan dengan kotak berbentuk belah ketupat yang mempunyai 2 jalur keluaran (lihat Gambar 2.9), kondisi masukan berupa masukan
16 bilangan biner tunggal dan ekspresi Boolean. Sebuah jalur keluaran akan terpakai jika kondisi masukan adalah True (1), dan jalur keluaran yang satunya lagi akan terpakai jika kondisi masukan adalah False (0).
Entry
0
Condition
Exit 0
1
Exit 1
Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 9. Scalar Decision Box
3. Conditional Output Box Digambarkan dengan bentuk kotak oval, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.10. Bentuk ujung yang melengkung, membedakannya dengan State Box. Jalur masukan ke sebuah Conditional Output Box dari sebuah State Box, harus melalui satu atau lebih Decision Box. Jika kondisi pada jalur Decision Box (yang berasal dari State Box) ke sebuah Conditional Output Box terpenuhi, maka transfer register atau keluaran yang tercantum didalam Conditional Output Box akan aktif.
17 Entry From Decision Box
Register Operation Or Output
Exit
Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 10. Conditional Output Box
Untuk memberi kemudahan, maka ditambahkan elemen ke-4 yaitu, Vector Decision Box (lihat Gambar 2.11). Menggambarkan pengaruh dari suatu fungsi vektor dari masukan-masukan pada pengendali. Vector Decision Box digambarkan dengan kotak bentuk segi enam yang memiliki jalur keluaran sebanyak 2n, untuk suatu n-bit masukan. Kondisi masukannya berupa suatu data dengan n-bit bilangan biner atau ekspresi Boolean dari n > 1. Jalur keluaran digunakan jika nilai dari data sesuai dengan label yang dicantumkan pada jalur keluaran.
Entry
Exit 0 Exit 1
...
n-bit Condition
... Exit 2n-1
Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 11. Vector Decision Box
18 ASM Chart merupakan suatu bentuk dari state diagram untuk rangkaian unit pengendali sekuensial. Setiap State Box sama dengan lingkaran yang terdapat pada State Diagram. Decision Box sama dengan nilai-nilai masukan pada garis-garis yang menghubungkan lingkaran-lingkaran dalam State Diagram. Transfer register dan keluaran yang terdapat di dalam State Box dan Conditional Output Box dapat disamakan dengan keluaran dari rangkaian sekuensial. Lihat Gambar 2.12, keluaran yang terdapat di dalam State Box dan juga yang terdapat dalam lingkaran pada State Diagram disebut sebagai model Moore.
S0
00
0
0 [0] 0
1
F
IN
T
S1
01
1 0
[0]
T
2
S2
10 H OUT
[1]
1
F
IN
1
F
IN
T
Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html
Gambar 2. 12. ASM Chart model Moore
Lihat gambar 2.13, keluaran yang terdapat di dalam Conditional Output Box sama dengan nilai-nilai masukan pada garis-garis yang menghubungkan an-
19 tar state dalam State Diagram. Karena tergantung pada masukan-masukan, maka disebut sebagai model Mealy.
S0
0
0/ 0 0/0
F
IN
0
1/0
S1
T
1
1 IN 1/1
F
T H OUT
Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html
Gambar 2. 13. ASM Chart model Mealy
Jadi, jika suatu ASM Chart adalah model Moore maka tidak terdapat Conditional Output Box dan jika dalam suatu ASM chart adalah model Mealy maka terdapat Conditional Output Box.
2.4
FSM based PLC (Finite State Machine based Programmable Logic Controller) FSM adalah suatu model sistem yang memiliki banyak cara untuk merancangnya seperti berbasiskan mikrokontroler, PLC, PC, dan sebagainya. Jika sebuah sistem membutuhkan sebuah pengendali yang menghubungkan keluaran
20 dari suatu state ke state lain berdasarkan kondisi masukan saat itu, salah satu caranya adalah dengan menggunakan sebuah metode yang disebut FSM (Finite State Machine). Jika desain sistem yang diinginkan hanya membutuhkan suatu pengendali untuk menerima sejumlah masukan dan mengendalikan sejumlah keluaran yang sudah ditentukan, maka cara terbaik untuk desain tersebut adalah menggunakan PLC. Jadi FSM based PLC adalah sebuah PLC yang menggunakan konsep FSM sebagai dasar dalam merancang unit pengendali. FSM based PLC ditujukan untuk mempermudah perubahan sebuah proses, dari suatu produk tertentu menjadi produk yang lain dengan menggunakan mesin yang sama tanpa perlu merubah rangkaian, melainkan hanya dengan mengubah program.
2.5
Relay Relay adalah saklar elektromekanik sederhana yang dibuat dari elektromagnet dan satu set kontak, lihat Gambar 2.14. (Marshall Brain, 2004). Relay diaktifkan oleh arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terdapat di dalamnya dan menghasilkan medan magnet. Medan magnet tersebut akan menarik saklar yang ada, sehingga mengakibatkan saklar dapat terbuka atau tertutup. Relay banyak digunakan dalam aplikasi industri dikarenakan sifatnya yang sederhana, tahan lama, dan mempunyai kehandalan yang tinggi. Selain dibidang industri, relay juga banyak digunakan untuk melindungi sistem kelistrikan terhadap gangguan (noise). Selain terbuat dari rangkaian elektronik, ada juga relay
21 yang dihasilkan dengan memanfaatkan rangkaian pneumatic dan hidrolik, dimana masukannya berupa arus listrik dan keluarannya berupa mekanik.
Sumber : http://electronics.howstuffworks.com/relay.htm
Gambar 2. 14. Bagian dalam Relay
Relay terdiri dari sebuah sensing unit dan kumparan yang diaktifkan oleh arus DC ataupun AC, lihat Gambar 2.15. Ketika catu daya diberikan ke kumparan, kumparan akan menghasilkan suatu medan magnet yang akan menarik sensing unit. Pada saat sensing unit tertarik, maka sensing unit akan menutup kontak yang terbuka atau membuka kontak yang tertutup.
Sumber Tegangan 220V AC
Relay
Gambar 2. 15. Rangkaian relay sederhana
Sumber Tegangan 12V DC
22 2 fungsi dasar relay adalah : 1. Kendali aktif/non-aktif (On/Off control) Contohnya pada sebuah AC (Air Conditioning), relay digunakan untuk mengendalikan beban yang memerlukan daya besar seperti kompresor. 2. Pembatas (Limit control) Relay ini berfungsi sebagai pengendali kecepatan motor, yang akan menghentikan jika motor tersebut berputar lebih lambat atau lebih cepat dari kecepatan yang diinginkan.
Ada beberapa jenis relay elektromekanik, yaitu a. Relay umum Relay ini dibatasi oleh jumlah arus yang dapat mengalir pada kontak saklar. Pada umumnya, relay ini mempunyai 5 sampai 8 kaki dan dapat berupa satu atau dua jalur. b. Power Relay Power relay mampu mengendalikan beban dengan daya yang besar. Kontak saklar relay ini mampu dialiri arus 10 hingga 50 Ampere, bahkan lebih. c. Penghubung (Contactor) Relay ini merupakan jenis khusus dari power relay, yang digunakan dalam aplikasi industri untuk mengendalikan arus dan tegangan tinggi. d. Relay waktu tunda (Time Delay Relay) Pada relay ini, kontak tidak langsung terbuka atau tertutup setelah kumparan diaktifkan. Kontak akan membuka atau menutup selama interval waktu ter-
23 tentu setelah kumparan diaktifkan. Relay ini memiliki 2 jenis, yaitu delay-on operate dan delay-on-release.
2.5.1
Kontak (Contact) Kontak adalah bagian yang terpenting dari sebuah relay. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi karakteristik relay antara lain bahan-bahan dari kontak relay, besar tegangan dan arus yang melaluinya, jenis beban, dan frekuensi kerja (operating frequency). Untuk memperpanjang masa pakai sebuah relay, dibutuhkan sebuah rangkaian pelindung untuk mengurangi gangguan (noise) dan mencegah terjadinya penimbunan karbon pada permukaan kontak. Komponen-komponen yang dapat melindungi kontak antara lain resistor. Beberapa jenis susunan kontak relay, antara lain : a. Kontak bentuk A Merupakan sebuah kontak jenis Normally Open (NO), dimana kontak dalam keadaan terbuka ketika kumparan tidak diberi tegangan dan tertutup ketika kumparan diberi tegangan. b. Kontak bentuk B Merupakan sebuah kontak jenis Normally Closed (NC), dimana kontak dalam keadaan tertutup ketika kumparan tidak diberi tegangan dan terbuka ketika kumparan diberi tegangan. c. Kontak bentuk C Merupakan kombinasi dari kontak bentuk A dan bentuk B, dimana Normally Open dan Normally Closed terdapat pada sebuah relay.
24 2.6
Motor Beberapa jenis motor DC, contohnya adalah motor stepper, motor servo, motor dengan sikat atau tanpa sikat.
2.6.1
Motor Stepper Motor stepper terdiri dari berbagai macam ukuran dan kekuatan torsi, mulai dari ukuran kecil yang digunakan pada floppy disc drive, sampai motor stepper dengan ukuran besar yang digunakan pada mesin-mesin industri. Pada umumnya motor stepper dibagi menjadi 2 jenis, yaitu jenis bipolar dan unipolar. Motor stepper bipolar mempunyai 4 kabel, sedangkan motor stepper unipolar mempunyai 5, 6, atau 8 kabel.
Sumber : http://www.stepperworld.com
Gambar 2. 16. Kumparan pada motor stepper
Gambar 2.16, menggambarkan bagian dalam dari sebuah motor stepper unipolar yang mempunyai dua kumparan dengan jumlah lilitan yang sama dan tidak terhubung satu sama lain. Setiap kumparan mempunyai center-tap, berupa sebuah kabel yang keluar di tengah kumparan antara dua terminal. Center-tap dapat diketahui dengan mengukur hambatannya (resistance) menggunakan ohmmeter yang sesuai (mampu mengukur hambatan lebih kecil dari 10 ohm). Besar-
25 nya hambatan dari terminal ke center-tap, setengah kalinya dari besar hambatan di antara dua terminal kumparan. Biasanya besar hambatan kumparan tertulis pada motor. Sebagai contoh tertulis ‘5 ohms/phase’, ini berarti hambatan dari center-tap ke terminal kumparan sebesar 5 ohm dan besar hambatan dari terminal ke terminal sebesar 10 ohm.
-
+
Sumber Tegangan DC S umber : h ttp ://www.stepp erworld .com
Gambar 2. 17. Konsep kerja motor stepper
Pada Gambar 2.17, arus mengalir melalui kumparan sehingga menghasilkan medan magnet yang menarik magnet permanen rotor yang terhubung dengan “AS” (shaft) dari motor. Prinsip dasar dari pengendalian motor stepper adalah membalikkan arah arus yang mengalir pada dua kumparan motor stepper secara berurutan. Dikarenakan memiliki dua kumparan dan dua arah, maka motor stepper memiliki urutan 4-phase. Dengan mendapatkan urutan terminal yang benar, maka motor akan berputar secara berurutan terus menerus.
26
T1A
T2A
V+
V+
V+
V+
CT
CT
CT
CT
T1B
T 1A
K umparan 2 T 2B
T2A
K umparan 1
CT V+
K umparan 1
K umparan 2
T1B
T1A
T2B
T2A
K umparan 1
K umparan 2
T1B
T 1A
T2B
T2A
K umparan 1
K umparan 2
CT
CT
CT
V+
V+
V+
T1B
T2B
Gambar 2. 18. Pola perpindahan tegangan positif dan Ground pada motor stepper unipolar
Pada pengendali motor stepper bipolar, arus balik dihasilkan dengan membalik polaritas kedua terminal kumparan.
Sedangkan pengendali motor
stepper unipolar menggunakan center-tap untuk menghasilkan arus balik. Center-tap tersebut dihubungkan ke kutub positif dari catu daya, dan salah satu dari empat terminal dihubungkan ke tanah untuk mendapatkan satu step pergerakan motor. Sedang untuk mendapatkan pergerakan motor yang continuous, hubungkan terminal lain ke tanah secara berurutan (lihat Gambar 2.18). Arus dapat mengalir dengan dua arah, tetapi dalam satu saat hanya boleh setengah kumparan yang aktif. Ini artinya keempat terminal tidak boleh dihubungkan ke tanah pada saat bersamaan. Sumber Daya 2 Sumber Daya 1
1a 2b 1b 2a
1
2b
a
b
a
b
2
1b
1a
2a Sumber : http://www.stepperworld.com
Gambar 2. 19. Skematik motor stepper unipolar
27 Center-tap kumparan dihubungkan ke sumber tegangan positif dan terminal dari tiap kumparan secara bergantian dihubungkan ke tanah dengan urutan yang benar agar dapat menarik rotor, seperti yang ditunjukan oleh Gambar 2.19 (ingat bahwa sebuah arus yang melalui sebuah koil menghasilkan medan magnet). Konsep diagram ini menggambarkan 90o step per phase. Dalam dasar urutan searah jarum jam “Wave Drive”, gulungan 1a tidak aktif dan 2a aktif untuk menuju ke fase berikutnya. Rotor diarahkan dari satu kumparan ke kumparan selanjutnya, menghasilkan sebuah siklus terus menerus. Perlu diketahui bahwa jika 2 kumparan aktif, maka rotor akan tertarik diantara 2 kumparan tersebut.
2.6.2 Motor DC Pada umumnya sebuah motor DC bila dilihat dari luar akan nampak seperti sebuah kaleng yang mempunyai bagian motor, poros, tutup yang terbuat dari bahan nilon, dan dua buah kabel (lihat Gambar 2.20). Jika kita hubungkan kedua kabel tesebut (positif-negatif) ke sebuah baterai, maka poros akan berputar (misalnya, maju). Dan jika kita balik hubungan kedua kabel (negatif-positif) tersebut, maka poros akan berputar berlawanan arah (mundur).
Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor2.htm
Gambar 2. 20. Bentuk motor DC
28
Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor2.htm
Gambar 2. 21. Tutup nilon motor DC
Tutup nilon pada motor DC ditahan oleh dua buah besi, bagian dari kaleng. Dengan membuka kedua besi tersebut, tutup nilon pada motor DC dapat ditarik. Pada tutup nilon, terdapat sikat-sikat yang berfungsi menyalurkan daya dari baterai ke commutator sehingga motor berputar, lihat Gambar 2.21.
Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor3.htm
Gambar 2. 22. Bagian Commutator dan Armature
Bagian-bagian lainnya dari motor DC adalah poros yang terdiri dari armature dan commutator (lihat Gambar 2.22). Armature merupakan satu set elektromagnet, pada contoh ini ada 3 buah elektromagnet. Armature pada motor ini merupakan suatu potongan besi-besi tipis yang disusun bersama-sama, de-
29 ngan kabel tembaga kecil yang dililit di setiap kutub dari tiga kutub Armature. Akhir dari setiap kabel (sebuah kabel untuk tiap kutub) disolder ke sebuah terminal, lalu setiap teminal dari 3 terminal dihubungkan ke sebuah Commutator.
Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor3.htm
Gambar 2. 23. Bagian medan magnet
Bagian terakhir dari motor DC adalah medan magnet (lihat Gambar 2.23). Medan magnet pada motor DC dihasilkan oleh kaleng itu dan dua buah magnet lengkung permanen. Di antara sela-sela magnet terdapat sebuah klip yang berfungsi untuk menekan ujung-ujung dari kedua magnet.
2.6.
Photodioda Photodioda merupakan sebuah komponen elektrik (lihat Gambar 2.24) dan sejenis Photodetector. Photodioda adalah suatu p-n junction yang dibuat agar responsif terhadap masukan cahaya (Optical Input).
Sumber : http://www.jiannwa.com.tw/con-29.htm
Gambar 2. 24. Photodioda
30 Photodioda dapat digunakan dalam bias nol (Zero Bias) maupun bias balik (Reverse Bias). Pada bias nol, cahaya yang jatuh pada dioda menyebabkan terbentuknya tegangan dan arus berarah bias maju (Forward bias). Sedangkan pada bias balik, dioda memiliki nilai hambatan yang sangat besar. Besar nilai hambatan akan berkurang ketika junction disinari oleh cahaya dengan frekuensi tertentu.
