BAB II LANDASAN TEORI. Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu

BAB II LANDASAN TEORI II.1. Sistem Kontrol Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel, parameter) sehingga berada pada suatu harga atau dalam suatu rangkuman harga (range) tertentu. Dalam istilah lain disebut juga teknik pengaturan sistem pengendalian atau sistem pengontrolan. Ditinjau dari segi peralatan, sistem kontrol terdiri dari berbagai susunan komponen fisis yang digunakan untuk mengarahkan aliran energi ke suatu mesin atau proses agar dapat menghasilkan prestasi yang diinginkan. Tujuan utama dari suatu sistem pengontrolan adalah untuk mendapatkan optimisasi dimana hal ini dapat diperoleh berdasarkan fungsi daripada sistem kontrol it u sendiri yaitu : pengukuran (measurement), membandingkan (comparison), pencatatan dan perhitungan (computation), dan perbaikan (correction). Secara umum sistem kontrol dapat dikelompokkan sebagai berikut : 1.

Dengan operator (manual) dan otomatis.

2.

Jaringan tertutup (closed loop) dan jaringan terbuka (open loop). Pengontrolan secara elektrik dan pneumatik atau kombinasinya lebih

banyak ditemukan dalam industri maupun aplikasi teknis lainnya. Hal ini disebabkan beberapa kelebihan yang diberikannya yaitu pemakaian daya yang lebih kecil, kemampuan untuk pengontrolan jarak jauh, lebih mudah diperoleh dan responnya lebih cepat. Disamping itu dimensi peralatan dapat dibuat lebih kecil.

Universitas Sumatera Utara

II.1.1. Manual dan Otomatis Pengontrolan secara manual adalah pengontrolan yang dilakukan oleh manusia yang bertindak sebagai operator, sedangkan pengontrolan secara otomatis adalah pengontrolan yang dilakukan oleh mesin-mesin atau peralatan yang bekerja secara otomatis dan operasinya di bawah pengawasan manusia. Pengontrolan secara manual banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari seperti pada penyetelan suara radio, televisi, pengaturan cahaya televisi, pengaturan aliran air melalui kran, pengaturan kecepatan kendaraan, dan lainnya. Pengontrolan secara otomatis banyak ditemui dalam proses industri, pengendalian pesawat, pembangkit tenaga listrik. Sebagai contoh adalah pengaturan aliran, temperatur dan tekanan dengan menggunakan katup pengatur, pengontrolan suhu ruangan oleh thermostat, pengontrolan daya listrik oleh relay, circuit-breaker (pemutus arus). II.1.2. Jaringan Terbuka dan Tertutup Sistem terbuka adalah sistem kontrol dimana keluaran tidak memberikan efek terhadap besaran masukan, sehingga variabel yang dikontrol tidak dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan seperti Gambar 2.1. x Sistem

y

G(s)

Gambar 2.1. Sistem Kendali Terbuka Dimana : X = Sinyal Masukan Y = Sinyal Keluaran


Hubungan antara fungsi masukan, fungsi alih sistem dan fungsi keluaran : Y =G X

Sistem kontrol dengan jaringan tertutup adalah sistem pengontrolan dimana besaran keluaran memberikan efek terhadap besaran masukan sehingga besaran yang dikontrol dapat dibandingkan terhadap harga yang diinginkan melalui alat pencatat (indicator atau recorder) seperti pada Gambar 2.2. Selanjutnya perbedaan harga yang terjadi antara besaran yang dikontrol dan penunjukan alat pencatat digunakan sebagai koreksi yang pada gilirannya akan merupakan sasaran pengontrolan. Sistem kontrol tertutup mempunyai banyak keunggulan dibanding sistem kontrol terbuka, yaitu mempunyai tingkat ketepatan yang lebih t inggi dan t idak peka terhadap gangguan dan perubahan pada lingkungan.

Gambar 2.2. Sistem Kendali Tertutup Hubungan antara fungsi masukan, fungsi alih sistem, fungsi umpan balik dan fungsi keluaran : Z = HY, mempunyai nilai negatif dan harus dikurangkan dari tegangan masukan sehingga menghasilkan masukan pada penguat itu sebesar:

E=X–Z


G =

=

X Y

Y

Y + HY G Y = Y + GHY G

Y G = G 1 + GH

II.2. Karakteristik Sistem Kontrol Beberapa karakteristik penting dari sistem kontrol otomatis adalah sebagai berikut : 1. Sistem kontrol otomatis merupakan sistem dinamis (berubah terhadap waktu) yang dapat berbentuk linear maupun non linear. Secara matematis kondisi ini dinyatakan oleh persamaan-persamaan yang berubah terhadap waktu, misalnya persamaan differensial linear maupun tidak linear. 2. Bersifat menerima informasi, memprosesnya, mengolahnya dan kemudian mengembangkannya. 3. Komponen yang membentuk sistem kontrol ini akan saling mempengaruhi (berinteraksi). 4. Bersifat mengembalikan sinyal ke bagian masukan (feedback) dan ini digunakan untuk memperbaiki sifat sistem. Karena adanya pengembalian sinyal ini (sistem umpan balik) maka pada sistem kontrol otomatis selalu terjadi masalah stabilisasi.


II. 3. Pemakaian Sistem Kontrol Pemakaian sistem kontrol otomatis banyak ditemui dalam kehidupan seharihari baik dalam pemakaian langsung maupun tidak langsung. Pemakaian sistem kontrol ini dapat dikelompokkan sebagai berikut 1. Pengontrolan proses : temperatur, aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, viskositas. Misalnya pada industri kimia, makanan, tekstil, pengilangan, dan lain-lain. 2. Pembangkit tenaga listrik (pengontrolan distribusi tenaga). 3. Pengontrolan numeric (numerical control, N/C) : pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang. Misalnya : pengeboran, pembuatan lubang, tekstil, pengelasan. 4. Transportasi : elevator, escalator, pesawat terbang, kereta api, conveyor (ban berjalan), pengendalian kapal laut dan lain-lain. 5. Servomekanis. 6. Bidang non teknis, seperti : ekonomi, sosiologi, dan biologi.

+ Kontroller

PLC

Proses

-

Transmitter

Sensor

Gambar 2.3. Diagram Blok Sistem Pengontrolan


Pada Gambar 2.3. bagian kontroller summing junction dengan tanda positifnegatif,

dititik

inilah

langkah

membandingkan

dilakukan

dengan

mengurangi besaran set point dengan sinyal measurement variabel, hasilnya adalah sinyal yang disebut error. Hampir semua sistem pengendalian selalu dimulai dengan menampilkan blok diagram sistem pengontrolan otomatis. Secara umum elemen sistem kontrolnya ialah: 1. Feedback adalah sistem pengendali otomatis yang mempunyai dua summing junction yaitu positif feedback dan negatif feedback.

2. Proses (process) adalah tatanan peralatan yang mempunyai suatu fungsi tertentu. Input proses dapat bermacam-macam, yang pasti ia merupakan besaran yang dimanipulasi oleh final control element atau control valve agar measurement variabel sama dengan set point. Input proses ini juga disebut manipulated variabel.

3. Sensor

adalah

suatu

peralatan

yang

akan

memberitahukan

atau

mengindikasikan perubahan temperatur kepada sistem kontrol.

4.

Transmitter adalah alat yang berfungsi untuk membaca sinyal sensing element, dan mengubahnya menjadi sinyal yang dapat dimengerti oleh kontroller.

5.

Set point adalah besaran proses variabel yang dikehendaki. Sebuah kontroller akan selalu berusaha menyamakan controlled variabel dengan set point.

6. Error adalah selisih antara set point dikurangi measurement variable. Error bisa negatif dan bisa juga positif. Bila set point lebih besar dari measured variable, error akan menjadi positif, sebaliknya bila set


pointnya lebih kecil dari measured variable, error menjadi negatif. 7. Kontroller adalah elemen yang mengerjakan tiga dari empat tahap langkah pengendalian, yaitu membandingkan set point dengan measurement variable, menghitung berapa banyak koreksi yang perlu dilakukan, dan mengeluarkan sinyal koreksi sesuai dengan hasil perhitungan tadi, kontroller sepenuhnya menggantikan peran manusia dalam mengendalikan sebuah proses. II.4. Alat-alat Kontrol Jika sebuah sistem kontrol adalah stabil dan hanya memerlukan perbaikan respons misalnya mengurangi atau menghilangkan (penyimpangan dalam keadaan mantap) atau memperbesar kecepatan respons maka yang dilakukan adalah penggunaan alat-alat kontrol dari jenis P (proportional), I (integral), atau D (differential). Jenis jenis alat kontrol ini terdiri dari a. Alat kontrol tipe P (proportional) b. Alat kontrol tipe I (integral) c. Alat kontrol tipe D (differential) Kontroller Proportional, Integral, dan Diffential dalam prakteknya dapat digabung menjadi satu kontroller yang disebut kontroller Proportional plus Integral plus Derivative (P + D + I) II.4.1. Alat Kontrol Tipe Proporsional (Proportional Control) Pada jenis ini terdapat hubungan kesebandingan antara keluaran terhadap kesalahan yaitu : m(t) = K e(t), dimana K disebut konstanta kesebandingan.


P er t a m ba ha n

har g a K ak a n

me na ikk a n p e ngu at a n s is t e m

(penyimpangan dalam keadaan mantap). Pemakaian alat kontrol jenis ini saja sering tidak memuaskan karena penambahan K selain akan membuat sistem lebih sensitif, tetapi juga cenderung mengakibatkan ketidakstabilan. Disamping itu pertambahan K adalah terbatas dan tidak cukup untuk mencapai respons sampai suatu harga yang diinginkan. Kenyataannya dalam usaha mengatur harga K terdapat keadaan-keadaan yang bertentangan. Di satu pihak diinginkan mengurangi sebanyak mungkin, tetapi hal ini akan mengakibatkan osilasi bagi respons yang berarti memperlama "settling-time", sedang dipihak lain respons terhadap setiap perubahan masukan harus terjadi secepat mungkin. Respons yang cepat memang dapat diperoleh dengan memperbesar K, tetapi hal ini juga akan mengakibatkan ketidakstabilan sistem. Untuk mengatasi masalah-masalah ini, alat pengontrol yang akan digunakan harus mempunyai persyaratan berikut : a.

Penguatan yang tinggi pada frekuensi-frekuensi yang sangat rendah untuk mengurangi kesalahan-kesalahan.

b. Penguatan yang tinggi pada frekuensi-frekuensi tinggi yakni dengan secepatnya mengikuti perubahan masukan bila laju perubahan transien adalah yang paling cepat. Hal ini perlu untuk menjamin respons yang cepat. c. Pada frekuensi-frekuensi menengah yakni dalam bagian terakhir respons transien dan sebelum "on set" (kondisi-kondisi mantap) penguatan sebaiknya cukup rendah agar terjamin respons yang tidak mengalami lonjakan yang berlebihan dan juga setiap kecenderungan berosilasi akan


direndam dengan cepat. II.4.2. Alat Kontrol Tipe Differential (D) Alat kontrol jenis ini (disebut juga "rate-control") digunakan untuk memperbaiki atau mempercepat prestasi respons transien sebuah sistem kontrol. Alat ini selalu disertai oleh tipe P, sedang tipe I hanya digunakan bila diperlukan. Diikutsertakannya tipe D ini sebagai alat kontrol memberikan efek menstabilkan sistem dengan cara memperbesar "phase-lead" terhadap penguatan loop kontrol yakni dengan mengurangi "phase-lead"' terhadap penguatan loop kontrol yakni dengan mengurangi "phase-lag " penguatan tersebut. Alat kontrol ini sangat bermanfaat sebab responnya terhadap laju perubahan kesalahan menghasilkan koreksi yang berarti sebelum kesalahan t ersebut bert ambah besar, jad i efeknya adalah meng hasilkan t indakan pengontrolan yang cepat. Hal ini sangat penting bagi sistem kontrol yang perubahan bebannya tejadi secara tiba-tiba, karena dapat menghasilkan sinyal pengontrol selama kesalahan (error) berubah. Karena tipe D ini melawan perubahanperubahan yang terjadi dalam keluaran yang dikontrol, efeknya adalah menstabilkan sistem loop tetutup dan ini dapat meredam osilasi yang mungkin terjadi. Penting diperhatikan bahwa tipe D ini tidak dapat dipakai secara tersendiri karena tidak akan memberi jawaban (respons) terhadap suatu kesalahan dalam kondisi mantap. Dengan demikian alat ini harus digabung dengan tipe P atau P + I, sehingga konfigurasi atau bentuknya adalah P + D atau P + D + I. II.4.3. Alat Kontrol Tipe Integral (I) Alat ko nt ro l jenis in i (int egral cont rol, I) dimaksudkan unt uk menghilangkan kesalahan posisi dalam kondisi mantap (steady position error) tanpa


mengubah karakteristik-karakteristik frekuensi tinggi dan hal ini dapat dicapai dengan memberikan penguatan tak terhingga pada frekuensi nol yakni pada kondisi mantap. Alat kontrol biasanya digunakan bersama tipe P dan D, namun dalam hal-hal dimana kecepatan respons dan ketidakstabilan bukan merupakan masalah, tipe P + I adalah cukup. Walaupun demikian, penambahan tipe P perlu mendapat perhatian karena efeknya mengurangi kestabilan yakni karena mengakibatkan bertambahnya keterlambatan fasa (phase-lag). Alat kontrol jenis I dapat berupa peralatan pneumatic, hidraulik; elektronik. Bagian integral (I) menunjukkan bahwa tindakan pengontrolan akan terus bertambah selama terjadi kesalahan dan bila sinyal penggerak (actuating signal)m(t) yang cukup telah terakumulir, maka sinyal e(t) akan menurun menuju nol. Melalui pemilihan komponen rangkaian yang tepat, lokasi frekuensi nol dan frekuensi pojok dapat direncanakan agar pengontrolan secara integral (I) hanya efektif pada frekuensi-frekuensi rendah sedang tipe P nya memilik i penguatan yang konstan serta menghasilkan kestabilan pada frekuensi menengah dan frekuensi yg lebih tinggi. II. 5 Mesin filler Proses pengisian air ke dalam kemasan pada mesin filler ini dilakukan dengan pengeboran sumur bawah tanah, dimana air yang diperoleh dialirkan ke water treatment / tangki penampungan (sebagai bahan pencampuran), lalu dialirkan ke bagian-bagian lainnya. Air yang sudah melalui proses pensterilan, proses pemasakan, proses pencampuran dan yang sudah di supply ke dalam tangki penampung akan


dialirkan ke bawah melalui nozzle-nozzle yang untuk mengisi botol minuman seperti coca-cola dan minuman berkarbonat lainnya. Dalam proses pengisian ini ada kalanya penampungan air tertutup apabila ketinggian level air di atas kapasitas yang sudah ditentukan. Produk akan diisi dengan cara memutar oleh gear-gear untuk membantu proses pengisian botol yang sudah diisi penuh (diisi sesuai ketentuan) dengan botol yang baru dan selanjutnya diteruskan ke proses pengemasan produk. Mesin filler atau mesin pengisi adalah suatu mesin yang berfungsi sebagai pengisi minuman ke dalam kemasan seperti botol Coca-cola. Mesin ini mampu mengisi air (minuman) ke dalam botol secara tepat dan cepat. Jadi sangat baik untuk produksi masal. Dalam proses kerjanya mesin filler ini mempunyai beberapa komponen utama yang diatur dan diawasi melalui suatu alat kontrol mekanik yakni : rangkaian kontrol mesin filler. Yang terdiri dari beberapa unit peralatan yang digunakan dan berbagai jenis rangkaian kontrol mesin filler dan motor listrik penggerak. Setiap rangkaian penggerak mesin filler ini mempunyai fungsi yang berbeda jenis rangkaian kontrol mesin filler tetapi di kontrol dalam satu unit dan motor listrik penggeraknya. Di bawah ini dapat di lihat skematik mesin filler.


Gambar 2.4 Skematik Mesin Filler Mesin Filler adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengisi produk dalam kemasan seperti botol. Pengisian dilakukan oleh mesin filler (bottle filler) tergantung dari jenis kemasan minuman tersebut. Adapun gambar dari konstruksi mesin filler dapat dilihat seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.5 Konstruksi Mesin filler


II.6 Mesin Induksi Motor induksi merupakan motor arus bolak – balik ( AC ) yang paling luas digunakan dan dapat dijumpai dalam setiap aplikasi industri maupun rumah tangga. Penamaannya berasal dari kenyataan bahwa arus rotor motor ini bukan diperoleh dari sumber tertentu, tetapi merupakan arus yang terinduksi sebagai akibat adanya perbedaan relatif antara putaran rotor dengan medan putar (rotating magnetic field) yang dihasilkan arus stator. Motor ini memiliki konstruksi yang kuat, sederhana, handal, serta berbiaya murah. Di samping itu motor ini juga memiliki effisiensi yang tinggi saat berbeban penuh dan tidak membutuhkan perawatan yang

banyak. Akan tetapi jika

dibandingkan dengan motor DC, motor induksi masih memiliki kelemahan dalam hal pengaturan kecepatan. Dimana pada motor induksi pengaturan kecepatan sangat sukar untuk dilakukan, sementara pada motor DC hal yang sama tidak dijumpai. Secara umum motor induksi terdiri dari rotor dan stator. Rotor merupakan bagian yang bergerak, sedangkan stator bagian yang diam. Diantara stator dengan rotor ada celah udara yang jaraknya sangat kecil. Gambar penampang rotor dan stator dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 2.6 Penampang Rotor dan Stator Motor Induksi


Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang merupakan bagian yang diam dan mengalirkan arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi inti yang memiliki alur yang menjadi tempat kumparan dililitkan yang berbentuk silindris. Tiap elemen laminasi inti dibentuk dari lembaran besi. Tiap lembaran besi tersebut memiliki beberapa alur dan beberapa lubang pengikat untuk menyatukan inti. Tiap kumparan tersebar dalam alur yang disebut belitan phasa dimana untuk motor tiga phasa, belitan tersebut terpisah secara listrik sebesar 120º. Kawat kumparan yang digunakan terbuat dari tembaga yang dilapis dengan isolasi tipis. Kemudian tumpukan inti dan belitan stator diletakkan dalam cangkang silindris Rotor motor induksi tiga phasa dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu rotor sangkar (squirrel cage rotor) dan rotor belitan (wound rotor). Rotor sangkar terdiri dari susunan batang konduktor yang dibentangkan ke dalam slot – slot yang terdapat pada permukaan rotor dan tiap

–

tiap ujungnya dihubung singkat dengan

menggunakan shorting rings. Rotor motor induksi dapat di lihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 2.7 Rotor Motor Induksi Sementara itu pada rotor belitan, rotornya dibentuk dari satu set belitan tiga


phasa yang merupakan bayangan dari belitan statornya. Biasanya belitan tiga phasa dari rotor ini terhubung Y dan kemudian tiap - tiap ujung dari tiga kawat rotor tersebut diikatkan pada slip ring yang berada pada poros rotor. Pada motor induksi rotor belitan, rangkaian rotornya dirancang untuk dapat disisipkan dengan tahanan eksternal, yang mana hal ini akan memberikan keuntungan dalam memodifikasi karakteristik torsi – kecepatan dari motor. II. 7 PLC (Programmable Logic Controller) Pada

awalnya,

mesin

merupakan

suatu

peralatan

sederhana

yang

menggantikan satu bentuk usaha menjadi usaha yang dapat dikendalikan atau diatur oleh manusia. Ini berarti mesin merupakan suatu teknologi yang maju dijamannya, yang mengantikan fungsi tertentu dalam suatu proses tertentu, dan yang menggantikan campur tangan manusia. Namun dalam pengoperasiannya, manusia yang mengendalikan mesin tersebut. Bagian terpenting yang dapat dirasakan pada otomasi modern adalah pada industrial robotics. Beberapa keuntungan yang didapat adalah repeatability, kontrol kualitas yang sangat baik, efisiensi yang lebih tinggi, dapat diintegrasikan dengan sistem – sistem yang berhubungan dengan bisnis, peningkatan produktifitas, dan mengurangi tenaga kerja/buruh. Sedangkan beberapa kerugian yang dapat dirasakan adalah modal yang dibutuhkan besar, dan menambah ketergantungan pada perawatan dan perbaikan. Sebagai contoh, Jepang harus menarik beberapa industri robot ketika mereka menyadari ketidakmampuan mereka terhadap perubahan kebutuhan produksi yang adalah penting sehingga tidak mampu untuk memberikan harga produksi awal mereka.


Pada kenyataannya, sistem otomasi dalam dunia industri tidak lepas dari berkembangnya teknologi dalam bidang elektris, yang dimulai pada awal abad ini, ketika motor mulai menggantikan bentuk sumber energi yang lain seperti manusia, hewan atau tenaga air. Sistem terotomasi apabila dilihat dari sudut pandang ilmu kendali merupakan sistem yang mempunyai harga sesaat dari nilai sebenarnya dibandingkan nilai yang diinginkan, sehingga selisih tersebut menghasilkan sinyal untuk mengoreksi dan mengontrol sistem tanpa campur tangan manusia . Pada pertengahan abad ke-20, otomasi telah ada untuk beberapa tahun dalam skala yang kecil, menggunakan devais atau peralatan mekanikal yang sederhana untuk mengotomasikan proses manufacturing yang sederhana. Sedangkan dunia elektronik mulai memasuki arena industri pada tahun 1940-an ketika berbagai komponen pengendali dibuat untuk meningkatkan kinerja sistem industri. Pada masa ini, motor – motor AC mulai muncul mendampingi motor DC sebagai tulang punggung sistem industri. Pada tahun 1950-an, penguat elektronik dan magnetik memberikan sumbangan besar pada sistem kendali, yaitu dengan memungkinkan umpan balik pada kendali posisi. Bagaimanapun juga, konsep akan menjadi benarbenar terwujud dalam prakteknya dengan adanya perubahan atau evolusi pada komputer digital, yang fleksibilitasnya memampukannya untuk mengatur hampir semua bagian dari tugas atau proses produksi. Komputer digital dengan kombinasi kecepatan, kemampuan untuk menghitung atau mengkalkulasi dengan cepat, harga, dan ukuran yang dibutuhkan secara keseluruhan, pertama kali muncul sekitar tahun 1960. Sebelumnya, komputer – komputer yang ada pada industri terdiri dari komputer analog dan komputer hybrid. Sejak tahun 1960, komputer digital telah mengambil alih kontrol secara luas dan sederhana, proses yang diulang-ulang, dan


proses – proses lain yang lebih kompleks.Pada periode ini juga muncul apa yang dinamakan PLC (Programmable Logic Controller), sebagai pengganti relai elektromagnetik pada sistem kendali yang bersifat sekuensial . Dalam perkembangannya hingga kini, otomasi dalam dunia industri makin lama makin bertambah kompleks. Perkembangan ini membentuk sistem otomasi menuju pada suatu struktur tertentu, dan membentuk suatu hirarki sistem otomasi.

II.7.1 Konsep Dasar Programmable Logic Controller Secara definitif, menurut NEMA (National Electrical Manufactures Association), PLC adalah suatu alat elektronika digital yang berbasis mikrokontroller dan menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan dan mengaplikasikan instruksi – instruksi dari suatu fungsi tertentu, seperti logika, sekuensial, pewaktuan (timing), pencacahan (counting), dan aritmatika dalam rangka mengendalikan mesin-mesin ataupun suatu proses. PLC merupakan elemen unit pengendali yang fungsi pengendaliannya dapat diprogram sesuai dengan keperluan. Jadi, sebelum digunakan PLC diprogram terlebih dahulu agar proses pengendalian yang terjadi sesuai dengan yang diinginkan. Piranti ini juga dirancang sedemikian rupa agar tidak hanya para programmer komputer saja yang dapat membuat dan mengubah program-program yang ada di dalamnya melainkan juga dapat dioperasikan oleh para insinyur yang

memiliki

kemampuan terbatas mengenai pemograman bahasa komputer. Oleh sebab itu para perancang PLC sudah menempatkan sebuah program awal (pre-program) yang memungkinkan program-program kontrol dapat dimasukkan dengan menggunakan bahasa pemograman yang sederhana dan mudah dipahami. Prinsip kerja PLC sama dengan prinsip relay yaitu berupa saklar on-off, tetapi PLC dipandang lebih menguntungkan dari pada relay pada umumnya. Kemudahan –


kemudahan yang di dapat dengan menggunakan PLC sebagai unit pengendali adalah sebagai berikut : 1. Fleksibel Sebelum menggunakan PLC sebagian besar sistem kontrol mesin menggunakan alat kontrol berupa relay ataupun electronic card. Sistem tersebut tidak praktis karena tidak bisa digunakan secara umum. Sebagai contoh pada setiap mesin yang berbeda tipe, maka akan dibutuhkan electronic card yang berbeda pula sesuai dengan yang dibuat oleh pabrikannya. Sedangkan PLC bisa digunakan secara umum pada setiap tipe mesin dan kita cukup hanya menyediakan program palikasinya saja. 2. Kemudahan pembuatan dan pengeditan program. PLC mudah diprogram dengan menggunakan bahasa pemograman yang relatif sederhana dan mudah dipahami serta sebagian besar berhubungan dengan operasi-operasi logika dan penyambungan. Pengeditan program juga dapat dilakukan dengan mudah sesuai dengan kebutuhan. 3. Kemudahan pemeliharaan dan perbaikan Dibutuhkan banyak waktu pada saat hendak memodifikasi proses pengontrolan dengan menggunakan electronic card maupun relay-relay. Selain itu proses pelacakan pada saat terjadi gangguan akan cukup sulit dilakukan. Tetapi, dengan PLC proses modifikasi dapat dilakukan dengan hanya dengan pemograman ulang (Reprogram) tanpa perlu diinstalasi ulang. Proses pelacakan kesalahan juga dapat dimonitor langsung dengan menggunakan programming tools yang disediakan oleh masing-masing vendor PLC.


4. Dapat digunakan pada berbagai macam alat Proses pengontrolan dengan menggunakan PLC dapat dilakukan pada berbagai macam alat maupun mesin, walaupun mesin yang digunakan berbeda-beda jenis maupun tipe. Pemakai hanya perlu menyediakan program aplikasi sesuai dengan PLC yang digunakan dan memogram PLC tersebut agar beroperasi sesuai dengan proses yang diinginkan. 5. Memiliki jumlah kontak relay yang banyak Setiap PLC memiliki jumlah kontak relay yang cukup banyak. Sedangkan pada relay konvensional jumlah kontaknya terbatas. Pada satu koil internal relay PLC jumlah kontaknya bisa mencapai ratusan, tetapi hal ini juga tergantung pada kapasitas memori dari PLC yang digunakan. 6. Memiliki banyak fasilitas dan lebih fungsional Setiap PLC sudah memiliki fasilitas seperti timer, counter, latch, dan fungsi-fungsi lainnya. Sehingga tidak diperlukan lagi penggunaan timer dan counter dan fasilitas eksternal lainnya karena sudah ada dalam PLC. 7. Keamanan (security) yang baik Program PLC yang telah dirancang dapat diproteksi sehingga tidak dapat diubah orang sembarangan. Hal ini berbeda dengan sistem relay konvensional yang sistemnya cenderung lebih terbuka dan memungkinkan setiap orang melakukan perubahan pada sistemnya. 8. Program yang telah dibuat dapat disimpan Program aplikasi PLC yng telah dirancang dengan mudah dapat disimpan pada CD, disket, dan harddisc komputer seperti program komputer pada


umumnya. Sehingga program aplikasi yang asli dapat disimpan dan bisa digunakan kembali bila diperlukan. 9. Dapat dimonitoring secara visual Sebelum program aplikasi yang telah dirancang akan digunakan, maka program tersebut dapat dites terlebih dahulu dalam skala laboratorium dengan menggunakan lampu indikator yang ada pada PLC. Hal ini akan memudahkan proses evaluasi dan penyempurnaan program. Selain itu, program tersebut dapat dimonitoring secara visual dengan menggunakan programming device yang disediakan masing-masing PLC. 10. Bersifat kokoh dan dirancang untuk dapat beroperasi pada kondisi suhu, kelembaban, getaran, dan tingkat kebisingan yang lebih dari kondisi normal. Perkembangan PLC berhubungan erat dengan perkembangan mikroprosesor. Oleh karena itu, bila kemampuan mikroprosesor meningkat, maka kemampuan PLC yang menggunakan mikroprosesor tersebut meningkat juga. Saat ini PLC sudah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modul – modul khusus seperti PID, analog I/O, dan komputer untuk suatu proses pengendalian khusus. Hal – hal mendasar yang harus diketahui dalam pengenalan dan penggunaan PLC sesuai fungsi yang diinginkan adalah : •

Prinsip Kerja Dasar

PLC menerima sinyal input dari peralatan diskrit (on/off) atau analog (sensor). Modul input mengidentifikasi serta mengubah sinyal tersebut ke dalam bentuk tegangan yang sesuai dengan modul input dan mengirimkannya ke CPU (Central Processing Unit). Sinyal input tersebut diolah, kemudian dikirim ke modul


output berdasarkan program yang telah disimpan di CPU. Bentuk sinyal output diubah menjadi tegangan yang sesuai dan dipakai untuk menjalankan peralatan output (actuator) . Selama proses operasinya, CPU sebuah PLC melakukan tiga operasi utama yaitu (Ketiga proses di bawah dinamakan proses scanning): o

Membaca data masukan (input) melalui perangkat yang disebut modul input.

o Mengeksekusi program kontrol yang telah dirancang dan tersimpan pada memori PLC. o Memperbaharui data-data pada modul output PLC. Adapun gambar prinsip kerja dasar PLC dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 2.8 Prinsip kerja dasar PLC •

Sistem Aliran Daya

Sistem aliran daya merupakan prinsip yang digunakan pada pemrograman PLC. Seperti arus yang mengalir pada rangkaian listrik, garis vertikal pada posisi kiri dan kanan adalah rel daya yang diasumsikan sebagai sumber daya untuk mengaktifkan fungsi – fungsi yang terdapat di dalam program yang dibuat.


Fungsi – fungsi tersebut secara langsung berhubungan dengan rel daya. Kemudian dieksekusi setiap satu kali scan operasi. Gambar berikut merupakan sistem aliran daya yang menjelaskan fungsi-A aktif jika ada aliran daya melewatinya. Sedangkan agar fungsi-C dapat aktif, maka fungsi-B harus aktif terlebih dahulu untuk melewatkan daya ke fungsi-C. Gambar sistem aliran daya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

FUNGSI-A

FUNGSI-B

FUNGSI-C

Gambar 2.9 Sistem Aliran Daya

II.7.1 Komponen - komponen Penyusun PLC PLC pada dasarnya adalah komputer yang didesain untuk keperluan khusus, sehingga memiliki input dan output yang jelas. Persamaan antara komputer dan PLC dapat dilihat pada kemiripan struktur dasar yang membentuk keduanya. PLC memiliki empat komponen utama , yaitu : Power Supply (catu daya), Processor, Memori, dan Modul Input / Output. Kondisi input PLC dibaca, kemudian disimpan dalam memori. PLC akan memproses keadaan input tadi di CPU sesuai dengan instruksi logik yang sudah diprogram. Kondisi output digunakan untuk mengendalikan suatu peralatan tertentu, seperti motor, variabel speed drive, dan sebagainya.


Dalam hal ini prosessor akan mengontrol peralatan luar yang terkoneksi dengan modul output berdasarkan kondisi perangkat input serta program yang tersimpan di dalam PLC tersebut. Adapun komponen-komponen utama dari sebuah PLC dijelaskan sebagai berikut : 1. Power Supply Unit Power supply (catu daya) dibutuhkan untuk mengubah tegangan AC dari sumber menjadi tegangan rendah DC (5 Volt) yang akan digunakan oleh IC dalam CPU PLC untuk beroperasi. Jika terjadi block out Power supply (power off), maka rangkaian power supply pada PLC dilengkapi dengan baterai cadangan (Back-up Battery). Sehingga jika terjadi kegagalan power, maka secara otomatis baterai akan menggantikan power supply utama ke CPU agar program pada memori user tidak hilang. 2. Prosessor Prosessor merupakan otak PLC, yang berfungsi mengendalikan dan mengawasi jalannya operasi dalam PLC, dan juga melakukan operasi manipulasi data sesuai dengan instruksi program yang tersimpan dalam memori. Suatu jalur komunikasi internal akan membawa informasi dari dan ke CPU, memori dan unit I/O, dengan dikendalikan oleh Prosessor. Sistem pada CPU PLC berbasis mikroprosesor. Prosessor terintegrasi dengan CPU (Central Processing Unit) pada PLC. Jadi fungsi utama Prosesor pada PLC adalah mengatur tugas dari keseluruhan sistem PLC baik itu berupa fungsi matematis, manipulasi data, tugas-tugas diagnostik, dan lain sebagainya. Mikroprosesor dari sebuah PLC dikategorikan berdasarkan jumlah dan


panjang ukuran bit dari register prosesor tersebut dan biasanya terdiri dari 8, 16, dan 32 bit. Semakin panjang ukuran jumlah bit, maka akan semakin cepat pula proses yang terjadi pada PLC tersebut. Setiap kali melakukan proses scanning, prosesor akan mengeluarkan sinyal pada akhir proses scan yang dinamakan sinyal end-of-scan (EOS). Waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu kali proses scan dinamakan waktu scan (scan time). Waktu scan dapat didefenisikan sebagai waktu total yang diperlukan prosesor unutk mengeksekusi program dan memperbaharui modul input/output nya. Waktu scan dipengaruhi oleh dua faktor yaitu jumlah memori yang diperlukan oleh program yang dirancang dan jenis instruksi yang digunakan dalam program. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu kali scan dapat bervariasi antara beberapa millidetik, sampai ratusan millidetik. 3. Memori Memori merupakan area dalam CPU PLC tempat data serta program rancangan disimpan dan dieksekusi oleh prosessor. Pada umumnya memori terbagi atas dua kategori yaitu : volatile memory dan unvolatile memory. Program atau data yang disimpan pada volatile memory kan hilang apabila catu daya PLC mati. Volatile memory juga sering disebut Random Acces Memory (RAM). Sebagian PLC yang menggunakan RAM dilengkapi dengan baterai cadangan apabila catu daya sumber mati. Tetapi hal ini juga akan menjadi masalah jika terjadi kegagalan baterai. Hal sebaliknya terjadi pada unvolatile memory. Yang termasuk dalam kategori unvolatile memory yaitu : •

Read-Only Memory (ROM)


Memori ini dirancang untuk menyimpan program secara permanen. Secara umum PLC jarang menggunakan ROM untuk menyimpan program pengguna kecuali untuk aplikasi khusus yang programnya tidak akan diubah. •

Programmable Read-Only Memory (PROM) Merupakan salah satu jenis ROM yang dapat diprogram ulang dengan menggunakan alat pemograman khusus. Memori ini jarang digunakan pada PLC unutk menyimpan program pengguna. Umumnya hanya digunakan pada back up program saja.

•

Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM) Ini merupakan memori sejenis PROM yang dapat diprogram ulang setelah program yang sebelumnya telah tersimpan dihapus dengan menggunakan sinar ultraviolet.

•

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM) Ini merupakan jenis ROM yang menyerupai RAM dan paling banyak digunakan pada PLC untuk menyimpan program pengguna. Hal ini disebabkan karena dalam mengubah program pada memori ini kita cukup menggunakan perangkat pemograman pada PLC itu sendiri, misalnya : komputer atau mini-programmer. Keunggulan lainnya dari memori jenis ini adalah kemampuan hapus-tulisnya yang berkisar 10.000 kali

Kapasitas memori tertentu yang dimiliki PLC berkisar antara 1 – 64 Kbyte, tergantung dari modul memori yang digunakan.


4. Modul Input/Output Unit modul ini berfungsi sebagai perantara/antarmuka PLC dengan proses yang dikendalikan. Unit I/O ini bermacam-macam, tergantung dari jenis PLC-nya, seperti : •

Input

: 5V, 24V, 110V, 240V.

•

Output

: 24V 100mA, 110V 1A, 240V 1A AC. (triac), 240V 2A AC

(relay). Tiap PLC, mempunyai satu macam input dan satu macam output. Agar penggunaan I/O mudah, digunakan terminal I/O yang berupa terminal dengan memakai sekrup atau plug-in. Tiap I/O memiliki suatu alamat tersendiri yang akan digunakan pada program pada PLC. 5. Modul-modul tambahan Pada penggunaannya, sering dipakai modul-modul tambahan, seperti : •

I/O analog, yang berfungsi sebagai unit I/O untuk sinyal-sinyal analog.

•

Pengendali PID, yang merupakan suatu modul pengendali proportional, integral, dan derivative, yang pada saat ini sudah terintegrasi pada program PLC.

•

Komunikasi, yang merupakan perantara PLC dengan PLC lain, komputer, printer, dan sebagainya.

•

I/O tambahan

•

Memori tambahan

Di samping modul-modul diatas, masih banyak lagi modul-modul tambahan yang dapat digunakan pada PLC.


II.7.2 Perangkat – perangkat Input-Output pada PLC Bagian Input/Output dari PLC terdiri dari modul input dan output. Sistem I/O membentuk interface dengan peranti medan yang dihubungkan pada pengontrol. Tujuan interface ini adalah untuk kondisi berbagai sinyal yang diterima dari atau dikirimkan ke peranti medan eksternal. Beberapa contoh peranti input pada PLC antara lain: 1. tombol-tekan / saklar-saklar mekanis 2. saklar pembatas / saklar jarak 3. sensor – sensor dan saklar-saklar fotoelektris 4. Enkoder 5. Pengukur regangan (strain gauge) 6. Detektor ketinggian cairan dan pengukur aliran cairan 7. Keypad Sedangkan peranti output seperti : 1. kontaktor 2. katup-katup kontrol direksional / keran solenoid 3. motor DC, motor AC, motor langkah ( stepper motor ) 4. lampu indikator.


BAB II LANDASAN TEORI. Sistem kontrol adalah proses pengaturan ataupun pengendalian terhadap satu

Recommend Documents