BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Programmable Logic Controller
Proses di berbagai bidang industri manufaktur biasanya sangat kompleks dan melingkupi banyak subproses. Setiap subproses perlu dikontrol secara seksama agar sinkron dengan subproses lain. Beberapa dekade yang lalu, pengontrolan berbagai proses di industri masih menggunakan cara konvensional, yaitu dengan menggunakan ratusan atau bahkan ribuan relai yang disusun sedemikian rupa untuk mengkonstruksi logika kontrol yang dirancang. Relai-relai tersebut memerlukan pengabelan yang rumit sehingga menimbulkan berbagai masalah. Programmable Logic Controller ( PLC ), adalah sebuah perangkat yang dirancang untuk menggantikan sistem kontrol elektrik berbasis relai yang mulai digunakan pada tahun 1970-an. Ide utamanya adalah untuk mensubtitusi relai yang digunakan untuk mengimplementasikan logika kontrol. Sesuai namanya, PLC dapat dengan mudah di program ulang. Programmable Logic Controller ( PLC ) menyerupai komputer elektronik yang mudah digunakan ( user friendly ) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam.
6
Perangkat PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami, dapat diprogram, dikendalikan dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer sekalipun. PLC dapat digambar dengan garis dan diagram ladder. PLC menyederhanakan pengawatan dari sistem yang sebenarnya lebih rumit. Pada PLC keadaannya dinyatakan dengan 1 ( ON ) dan 0 ( OFF ). Satu menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi, sedangkan nol berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak. PLC memiliki beberapa keuntungan sebagai berikut : •
Fleksibel Sebelumnya tiap perangkat elektronik dikendalikan dengan pengendali yang berbeda – beda. Untuk tiga mesin membutuhkan tiga pengendali, tetapi kini hanya dengan satu PLC ketiga mesin tersebut dapat dijalankan.
•
Perubahan pengkabelan dan pengoreksian kesalahan lebih mudah
PLC dihubungkan dengan komputer, dan outputnya adalah beberapa sistem. Bila salah satu sistem ini akan diubah maka pengubahannya hanya dilakukan pada program yang terdapat pada komputer, dalam waktu yang relatif singkat. Apabila menggunakan relay maka perubahannya dilakukan dengan cara mengubah pengkabelannya. Cara ini tentunya memakan waktu yang lama.
7
Komponen dasar PLC terdiri dari beberapa bagian diantaranya adalah : •
CPU (Central Processing Unit)
•
Input
•
Output
•
Memori
•
Fasilitas Komunikasi
•
Fasilitas Ekstensi
•
Catu Daya
Komponen dasar PLC tersebut dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini : Perangkat Input
Komputer/ Konsol Komunikasi
Input
CPU
Ekstensi
Catu Daya
Memori
Output
Perangkat Output
Gambar 2.1 Komponen dasar PLC
8
2.1.1 CPU ( Central Processing Unit ) Yaitu otak dari PLC yang mengerjakan berbagai operasi, antara lain mengeksekusi program, menyimpan dan mengambil data dari memori, membaca kondisi/nilai input serta mengatur nilai output, memeriksa adanya kerusakan ( self diagnostic ), serta melakukan komunikasi dengan perangkat lain. CPU Module membaca sinyal inputan yang berupa sinyal ON/OFF yang kemudian akan diolah sesuai dengan program kontrol yang disimpan di memori. Program tersebut akan menentukan sinyal keluaran dari CPU yang akan diteruskan ke output module.
2.1.2 Input Merupakan bagian PLC yang berhubungan dengan perangkat luar yang memberikan masukan kepada CPU. Perangkat luar input dapat berupa tombol, switch, sensor atau peranti ukur lain. Pada modul ini sinyal masukan dalam bentuk keadaan ON atau OFF dari peralatan luar yang berfungsi sebagai input akan diteruskan ke CPU (Central Processing Unit). Pemakai dapat menggunakan tegangan 24 V AC, 100 V AC, 200 V AC, 5 V DC, 12 V DC, 24 V DC sebagai sinyal masukan. Sinyal masukan tersebut tidak dapat secara langsung diteruskan ke CPU, oleh karena itu input module mengubah tegangan tersebut ke tegangan 5 V DC dan mengirimkan sinyal tersebut ke CPU. Input module terdiri dari terminal - terminal yang akan menghubungkan peralatan luar dengan PLC. Jumlah terminal tergantung dari jenis
9
input module yang digunakan, ada yang terdiri dari 16 buah terminal (16 point input module), 32 buah terminal dan 64 buah terminal.
2.1.3 Output Merupakan bagian dari PLC yang berhubungan dengan perangkat luar yang memberikan keluaran dari PLC. Perangkat luar output dapat berupa lampu, solenoid valve, relai, kontaktor dan lain lain. Modul ini meneruskan hasil dari program PLC yang sudah berupa sinyal ON atau OFF ke peralatan luar yang berfungsi sebagai output. Seperti pada input module, output module juga terdiri dari terminal terminal yang akan menghubungkan PLC dengan peralatan luar. Jumlah terminal tergantung dari tipe output module yang digunakan.
2.1.4 Memori Yaitu tempat untuk menyimpan program dan data yang akan dijalankan dan diolah oleh CPU. Dalam pembahasan PLC, memori sering disebut sebagai file. Dalam PLC memori terdiri atas memori program yang digunkan untuk menyimpan program yang akan dieksekusi, memori data untuk menyimpan nilai-nilai hasil operasi CPU, nilai timer dan counter, serta memori yang menyimpan nilai kondisi input dan output. Secara umum memori merupakan bagian dari PLC yang menyimpan program kontrol yang telah dibuat oleh pemakai. Pada saat PLC dioperasikan, CPU bekerja berdasarkan perintah program yang telah disimpan di memori.
10
2.1.5 Fasilitas Komunikasi Alat yang membantu CPU dalam melakukan pertukaran data dengan perangkat lain, termasuk juga berkomunikasi dengan komputer untuk melakukan pemograman atau pemantauan.
2.1.6 Fasilitas Ekstensi Untuk menghubungkan modul PLC dengan modul pengembangan input/output sehingga jumlah input/output dapat ditingkatkan.
2.1.7 Catu Daya Untuk menyuplai daya kepada semua komponen dalam PLC, biasanya catu daya PLC adalah 220 VAC atau 24 VDC. CPU,
memori, Input/Output module dan peralatan pendukung
dari PLC
membutuhkan tegangan 5 V DC untuk beroperasi. Power supply module memberikan 5 V DC kepada peralatan tersebut. Power supply module mengubah tegangan sumber 110/220 V AC atau 24 V DC menjadi 5 V DC. Pada dasarnya sinyal yang diterima/dibangkitkan oleh unit input/output PLC berupa sinyal digital, yang bernilai biner 0 atau 1. Perangkat input/output yang memiliki sinyal analog memerlukan peranti ADC (Analog to Digital Converter) atau DAC (Digital to Analog Converter) agar dapat dihubungkan ke PLC. Biasanya peranti ini terdapat dalam modul analog yang diproduksi pabrik pembuat PLC. Sinyal analog yang biasanya digunakan dalam PLC mengikuti standar industri,
11
yaitu arus 4-20 mA atau tegangan dalam mV. Tegangan input digital biasanya adalah 5 VDC, 12VAC, atau 24 VAC, sedangkan terminal output dapat berupa relai atau transistor.
2.2 Cara Kerja Programmable Logic Controller ( PLC ) PLC beroperasi secara kontinyu dalam 4 langkah ( disebut 1 scan ) seperti terlihat pada gambar 2.2 dibawah ini.
4. Output Scan
1. Self Scan
3. Solve Logic
2. Input Scan
Gambar 2.2 Cara kerja PLC
2.2.1 Self Test PLC memulai setiap scan dengan memeriksa apakah terdapat kesalahan program yang akan dieksekusi serta mereset semua timer.
12
2.2.2 Input Scan PLC membaca nilai / kondisi dari terminal input dan menyimpannya dalam memori input. Pengolahan nilai input selanjutnya didasarkan pada nilai pada memori input. Hal ini dimaksudkan agar nilai input tetap konsisten selam 1 scan. Apabila terjadi perubahan nilai input maka baru akan berpengaruh pada scan berikutnya. Namun terdapat instruksi khusus apabila hendak mengambil nilai langsung dari terminal input.
2.2.3 Solve Logic Selanjutnya PLC mengeksekusi program satu demi satu menggunakan nilai pada memori input dan memperbaharui nilai pada memori output. Pemograman PLC difokuskan pada bagian ini.
2.2.4 Output Scan Terakhir PLC mengeluarkan nilai dari memori output ke terminal output dan selanjutnya ke perangkat luar output. Setiap scan memerlukan waktu yang berbeda bergantung pada panjangnya program yang diterapkan, namun secara umum berlangsung sangat cepat.
13
2.3
Sistem Kontrol PLC
PLC menggunakan Ladder Diagram dalam menggambarkan rangkaian kontrol, yang dapat menggantikan secara langsung kontak-kontak relai atau kontaktor seperti tabel 2.1 di bawah ini. Tabel 2.1 Perbandingan Simbol Sistem PLC dan Konvensional
Konvensional
PLC
Keterangan
Kontak Normal Open
Kontak Normal Close
Output
Tim
Output Timer
14
Meskipun PLC dapat menggantikan seluruh rangkaian kontrol konvensional dengan relay-relay kontak, tetapi terdapat beberapa permasalahan yang menjadi perbandingan dalam penggunaannya sesuai dengan karakteristik dan fungsi masing-masing. Diantara permasalahan-permasalahan tersebut dapat dikategorikan seperti yang tercantum pada tabel 2.2 di bawah ini. Tabel 2.2 Perbandingan System Kontrol PLC dan Konvensional
NO
Permasalahan
Konvensional
PLC
1
Kaidah penulisan
Dari atas ke bawah
Dari kiri ke kanan
Dari atas ke bawah
Dari kiri ke kanan
Hubungan kontak-
Secara elektrik, dengan
Secara elektronik, tanpa
kontak peralatan
kabel penghubung
kabel penghubung
Terbatas
Tak terbatas (sesuai
rangkaian kontrol 2
Pembacaan rangkaian kontrol
3
kontrol 4
Kapasitas kontak peralatan kontrol
5
jumlah memori)
Hubungan rangkaian
Umumnya dilakukan
Penginstalasian dapat
kontrol dengan
bersamaan
dilakukan terpisah
Perawatan Rangkaian
Meliputi peralatan I/O
Lebih banyak
kontrol
luar dan relay kontrolnya
menyangkut I/O saja
peralatan 6
15
7
8
9
Pengecekan rangkaian
Lebih sulit, karena tidak
Lebih mudah, dapat
kontrol
dapat dimonitor
dimonitor
Merangkai rangkaian
Lebih sulit karena harus
Lebih mudah & cepat
kontrol
dilakukan pengawatan
karena dilakukan dengan
antar komponen
pemrograman
Modifikasi rangkaian
Sulit dilakukan karena
Mudah dilakukan dengan
kontrol
harus mengubah
mengubah program
pengawatan 10
Keandalan kontak
Kurang baik karena
Baik, tidak mengalami
rangkaian
kontak-kontaknya
aus
mudah aus/korosi 11
Respon operasi kontak
12
Biaya pembuatan
Relatif lambat (ms)
Sangat cepat (ns)
panel kontrol • Untuk kontrol yang
•
Relatif mahal
•
Relatif murah
•
Lebih murah
•
Lebih mahal
komplek • Untuk kontrol yang sederhana
16
2.4 Dasar-dasar Pemrograman dan Perancangan kontrol dengan PLC Sebuah perangkat PLC memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami, dapat diprogram, dapat dikendalikan dan dioperasikan sesuai dengan sistem yang telah ada, dimana dalam penggunaannya PLC merupakan konversi dari kontrol konvensional kemudian dirubah menjadi sebuah program kontrol berupa bahasa diagram ladder dan grafis, data pernyataan (list), maupun berupa bahasa instruction list. Program yang telah siap dalam bentuk salah satu diatas maka dimasukan ke CPU PLC untuk dieksekusi melalui Handle Programing Consule yang nantinya PLC tersebut dihubungkan ke peralatan-peralatan kontrol yang telah ada. Pemahaman dasar–dasar pemrograman Ladder Diagram perlu dilakukan sebelum menggunakan bahasa program PLC pada level yang lebih tinggi, agar dapat mengetahui prinsip dasar dari kerja PLC. Pemrograman dengan Handheld Programming Console merupakan sarana yang tepat untuk mengetahui proses kerja dasar program CPU PLC.
2.5 Pemograman PLC Pada PLC rangkaian kontrol konvensional diubah menjadi program kontrol Mneumonic untuk dapat diproses di CPU. Sebelum membuat suatu program dalam bentuk Mneumonic biasanya kita membuat Ladder diagram terlebih dahulu. Pemahaman dasar – dasar dalam membuat suatu Ladder diagram perlu dilakukan sebelum kita dapat membuat program dalam bentuk Mneumonic, oleh karena itu perlu diketahui terlebih dahulu tentang langkah – langkah pemrograman pada PLC .
17
Secara umum untuk membuat suatu program PLC diperlukan langkah – langkah sebagai berikut : 1. Membuat lay out atau gambaran dari objek yang akan dibuat kontrolnya. 2. Menentukan semua peralatan input dan output serta alamatnya yang akan digunakan pada pemrograman, termasuk posisi alat tersebut. 3. Membuat flowchart (diagram alir), timechart (diagram fungsi waktu) dari sistem kontrol yang akan kita buat. 4. Dari bentuk flowchart dan timechart dapat dibuat Ladder diagram dengan menggunakan aturan pembuatan Ladder diagram yang ada. 5. Memasukkan program ke PLC. Dalam hal ini ada dua cara untuk memasukan program ke PLC baik menggunakan konsole ataupun komputer, yaitu : a.
Dalam bentuk Ladder diagram
b.
Dalam bentuk Data Mneumonic
6. Mengecek kesalahan program yang dibuat. 7. Mengeksekusi program (Running program). 8. Memonitor program. Pada sistem kontrol elektrik konvensional berbasis relai, hubungan pengkabelan antar relai
yang menentukan logika kontrolnya. Saat merancang, hubungan ini
digambarkan dalam bentuk diagram koneksi relai. Pada PLC hubungan pengkabelan relai ini diwujudkan dalam bentuk program. Untuk mempermudah dalam konversi dari sistem kontrol relai ke PLC, pemograman PLC dilakukan dengan cara yang
18
mirip dengan pembuatan diagram pengkabelan relai. Program pada PLC disebut program ladder.
2.5.1 Ladder Diagram Ladder diagram merupakan salah satu cara dalam membuat konversi dari kontrol konvensional yang terdiri dari satu garis lurus vertikal di sisi kiri dan garis–garis percabangan yang menuju ke kanan. Garis vertikal ini disebut busbar. Garis–garis percabangan disebut garis instruksi. Instruksi–instruksi di garis percabangan akan menentukan kondisi output pada sisi kanan, yaitu ON atau OFF. Pembacaan Ladder Diagram adalah dari sebelah kiri (busbar) ke kanan dan seterusnya menuju ke bawah. Sistem pembacaan ini merupakan aturan dalam pembuatan program PLC. Garis instruksi pada ladder diagram dapat bercabang lagi untuk membentuk garis instruksi baru. Pembacaan relay–relay dinyatakan dengan istilah–istilah logika, seperti Load (LD), AND dan OR, dan dapat digunakan dalam kondisi kebalikan seperti Load Not (LD NOT), AND NOT dan OR NOT. Dalam melakukan pemrograman dengan menggunakan Instruksi Ladder diagram ada beberapa tahapan yaitu sebagai berikut : •
Ladder Diagram pada dasarnya berasal dari rangkaian logika. Sistem kontrol yang akan dibentuk perlu dibuat per blok fungsinya dengan deskripsi kerja sedetail mungkin, yaitu saat ON dan OFF-nya.
19
•
Ladder Diagram bekerja dengan sinyal–sinyal digital. Seperti misalnya AND, OR maupun lawannya dari masing-masing logika.
•
Dengan rangkaian logika yang ada dapat langsung dirubah ke dalam bentuk Ladder Diagram dan dirubah menjadi data mneumonic yang siap dimasukkan menjadi sebuah program PLC.
2.5.2 Instruksi Umum Ladder Diagram Dalam pembuatan instruksi Ladder Diagram terdapat instruksi-instruksi dasar yang umum dipakai yaitu :
1. Load ( LD ) dan Load Not ( LD NOT ) Instruksi LD merupakan instruksi dalam memasukan input yang dikehendaki sebagai bagian awal dari
suatu garis instruksi. Sedangkan untuk LD NOT merupakan
instruksi untuk menandakan konak NC (Normally Close) pada instruksi awal. Untuk Instruksi LD dan LD NOT dapat dilihat pada Gambar 2.3 dibawah ini.
LD
LD NOT
Gambar 2.3 Instruksi LD dan LD NOT
20
2. AND dan AND NOT Instruksi AND digunakan untuk memasukan input yang diseri dengan input yang sebelumnya.dalam satu garis instruksi. Sedangkan untuk AND NOT merupakan lawan dari instruksi AND yang menandakan kontak dalam keadaan close atau tertutup (NC). Untuk Instruksi AND dan AND NOT dapat dilihat pada Gambar 2.4 dibawah ini.
LD
AND
AND NOT
Gambar 2.4 Instruksi AND dan AND NOT
3. OR dan OR NOT Instruksi OR digunakan untuk memasukan input yang diparalel dengan input yang sebelumnya pada garis instruksi yang terpisah, dimana instruksi yang pertama LD dan selanjutnya OR atau OR NOT. Untuk Instruksi OR dan OR NOT dapat dilihat pada Gambar 2.5 dibawah ini.
LD
LD
OR
OR NOT
Gambar 2.5 Instruksi OR dan OR NOT
21
4. Kombinasi AND dan OR Saat instruksi AND dan OR dikombinasikan dalam sebuah diagram, masing–masing akan membentuk operasi logika untuk menghasilkan output yang dikehendaki pada sisi kanan. Untuk Kombinasi AND dan OR dapat dilihat pada Gambar 2.6 dibawah ini. LD
AND
OR
Gambar 2.6 Kombinasi AND dan OR
5. Timer (TIM) Instruksi TIM (Timer) dapat digunakan sebagai pewaktu delay ON juga sebagai rangkaian relay. TIM adalah pengurangan instruksi pewaktu delay ON yang membutuhkan angka Timer dan nilai set (SV) yang berkisar dari 0000 sampai 9999 (0 sampai 9999 detik). Untuk Instruksi TIMER dapat dilihat pada Gambar 2.7 dibawah ini.
LD ANDNOT Tim 000
1000 Tim 000
Gambar 2.7 Instruksi Timer
22
6. Counter (CNT) CNT (Counter) adalah sebuah counter penurunan yang diset terlebih dahulu. Penurunan satu hitungan setiap kali saat sebuah sinyal input berubah dari OFF ke ON. Counter harus diprogram dengan input hitung, input reset angka counter, dan nilai set (SV). Nilai set ini dapat berkisar dari 0000 sampai 9999. Perlu diperhatikan bahwa pengalamatan TIM dengan CNT tidak boleh sama. Untuk Instruksi COUNTER dapat dilihat pada Gambar 2.8 dibawah ini.
LD
Input Hitung CP
R
CNT 001 # 10
Reset 1001 CNT 001
Gambar 2.8 Instruksi Counter
23
