Control Systems Service Center Jurusan Teknik Elektro ITS
Komponen Hardware
Programmable Logic Controller Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng. Jurusan Teknik Elektro ITS Telp. 5947302 Fax.5931237 Email:
[email protected]
Pelatihan PLC Dasar - 02
1
Objektif: CPU Perangkat Pemrograman Memori Power Supply Sistem Input Output Ukuran PLC Pemilihan PLC Bahasa Pemrograman dan Tipe Data Merek-merek PLC
Pelatihan PLC Dasar - 02
2
Tiga Fungsi Utama PLC proses (menjalankan instruksi logic program), memori (menyimpan hasil proses), input/output (menerima data dari luar dan mengeluarkan hasil proses).
Pelatihan PLC Dasar - 02
3
Hardware Penyusun PLC • • • • • •
CPU Perangkat Pemrograman Memori Power Supply Sistem Input Output Komunikasi dan Ekspansi
Pelatihan PLC Dasar - 02
4
Bagian-bagian CPU CPU terdiri dari tiga komponen utama: Processor Memory Power Supply
Pelatihan PLC Dasar - 02
5
Kecerdasan PLC Kecerdasan PLC ditentukan oleh tipe prosesor (mikroprosesor) yang digunakan. Prosesor ini bertugas untuk memerintah dan mengontrol kegiatan-kegiatan di seluruh sistem (melakukan semua pengerjaan matematika, penanganan data, dan diagnostik).
Pelatihan PLC Dasar - 02
6
Prinsip Kerja PLC PLC terdiri dari dua bagian pokok: CPU (Processor) Perangkat unit I/O.
Pelatihan PLC Dasar - 02
7
Interaksi Fungsional PLC
Pelatihan PLC Dasar - 02
8
Hubungan PLC dg Peralatan I/O
Pelatihan PLC Dasar - 02
9
CPU Sysmac C200H Indicators
Ada dua tipe: •
•
Power fuse
Memory unit connector Detachable terminal block
C200H-CPU01-E tegangan AC 100/240 Volt C200H-CPU031-E tegangan DC 24 Volt
SYSMAC C200H
OMRON
Peripheral device mounting h l
Programming console connectors
Pelatihan PLC Dasar - 02
10
Rak Ekspansi PLC Modular Bentuk PLC modular terdiri dari modul CPU dan modul I/O (merupakan bagian yang terpisahpisah).
Pelatihan PLC Dasar - 02
11
Macam Modul PLC Modul-modul pada PLC ini ditempatkan pada suatu perangkat mirip board PC yang dinamakan backplane. Modul-modul itu a.l.: Analog Input Analog Output Digital Input Digital Output Komunikasi dan Ekspansi
Pelatihan PLC Dasar - 02
12
PLC Compact PLC ini menggunakan sistem rak (CPU dan I/O jadi satu kesatuan), dengan kapasitas memori yang terbatas.
Pelatihan PLC Dasar - 02
13
PLC Mikro: MicroLogix 1000
• Dimensi 4,72”x 3,15” x 1,57” • Jumlah titik I/O 16 titik • Saluran komunikasi RS-232 Pelatihan PLC Dasar - 02
14
Processor Scan Proses yang secara alami dilakukan PLC, yaitu proses untuk membaca semua perangkat input lapangan dan melakukan control program yang menurut logic yang telah terprogram, mematikan dan menyalakan perangkat lapangan. Waktu yang dibutuhkan sekali proses scan dinamakan scan time.
Pelatihan PLC Dasar - 02
15
Proses Scan Time ♦ Memeriksa kondisi semua input baik yang benar maupun yang salah di dalam lokasi yang disebut I/O image table. ♦ Membaca instruksi dan data dari semua bagian memori dan menjalankan pekerjaan berdasarkan instruksi-instruksi tersebut. ♦ Melakukan diagnosa internal. ♦ Mengirim dan menerima informasi dari perangkat pemrograman. ♦ Mengatur semua output agar sesuai dengan informasi terbaru.
Pelatihan PLC Dasar - 02
16
Perangkat Pemrograman PLC Perangkat ini digunakan untuk memasukkan algoritma kontrol (program) ke dalam PLC. Perangkatnya dapat berupa Personal Computer atau tipe Handheld
Pelatihan PLC Dasar - 02
17
Factory Inteligent Terminal (FIT) Perangkat FIT ini bentuknya mirip dengan komputer laptop.
Pelatihan PLC Dasar - 02
18
Perangkat Pemrograman dg PC Dibutuhkan perangkat lunak sebagai pelengkap pemrogramannya. Misal: CX Programming pada PLC Omron, STEP 7 dan WinCC pada PLC Siemens, RS Logic pada PLC Allen Bradley, dan GX Developer pada PLC Mitsubishi
Pelatihan PLC Dasar - 02
19
Perangkat Pemrograman C200H Untuk PLC SYSMAC C200H terdapat dua alternatif programming console, yaitu yang langsung menempel pada CPU, dan yang dihubungkan dengan kabel.
Pelatihan PLC Dasar - 02
20
Tugas Memori PLC Sistem memori PLC dibagi berdasarkan tugas yang diberikan: ♦ Executive Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan kumpulan program secara permanen yang merupakan instruksi software, yaitu relay instruction, block transfer, dan math instruction. Lokasi memori ini tidak tersedia bagi pemakai tetapi memori ini yang menjalankan sistem ♦ Application Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan kumpulan user program (program pemakai), yaitu area yang menyimpan ladder diagrams, timers, dan data-data yang telah dimasukkan.
Pelatihan PLC Dasar - 02
21
Tipe Memori PLC (1) ROM (Read Only Memory) • ROM di rancang untuk menyimpan secara permanen yang telah fixed. Isinya masih bisa di uji dan dibaca tetapi tidak bisa di ubah, ROM tidak memerlukan back up power untuk menjaga memorinya. Executive program biasanya disimpan di ROM.
RAM (Random Access Memory) • RAM dikenal sebagai read write memori dan dirancang supaya informasi dapat ditulis dan dibaca dari lokasi manapun. Ada 2 jenis RAM, Volatile dan Nonvolatile. Volatile memerlukan battery back-up kalau power hilang sedangkan nonvoltile RAM akan menjaga programmnya meskipun power hilang.
Pelatihan PLC Dasar - 02
22
Tipe Memori PLC (2) 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.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) • Memori ini mirip PROM, tetapi masih dapat dihapus dengan dengan membuka jendela di bagian atas IC dengan disinari UV selama beberapa menit. EPROM bisa dipertimbangkan sebagai alat penyimpanan semi permanen sehingga akan menyimpan sebuah program secara permanen sampai dirasakan perlu adanya perubahan.
Pelatihan PLC Dasar - 02
23
Tipe Memori PLC (3) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) • 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.
Pelatihan PLC Dasar - 02
24
Program Memori PLC Pembagian Program Memori PLC Allen Braley 5
File 0 Sistem Memuat passwords, nama Processor serta nama file
File 1 Sequential function Charts Tidak menyimpan diagram tangga atau daftar apapun
File 2
Menyimpan diagram tangga utama
File 3 sampai ??? Menyimpan langkah-langkah SFC dan transisi Subroutines Fault routines I/O Configurations dan lebih banyak lagi Umumnya mencapai 64k Words tergantung pada processor yang dipakai
Pelatihan PLC Dasar - 02
25
Data Memori PLC
File Type 0 output image table I input image table
Pembagian Data Memori PLC Allen Braley 5
S status file B3 bit file T4 timer file C5 counter file R6 control file N7 integer file F8 floating point file file 9 to 999 file-file ini bisa dimanfaatkan pada saat diperlukan
Pelatihan PLC Dasar - 02
26
Alamat Tabel Data Format umum alamat data tabel perlu menunjukkan jenis file, angka file, nomer rak, kelompok yang terdapat di dalam rak dan angka bit. X = jenis file : B = bit C = counter F = floating I = input O = output R = control S = status T = timer A = ASCII D = BCD (hanya display)
Xf : es/b f = angka file : = bagian akhir dari delimiter file e = angka elemen (angka rack) s = sub elemen (angka kelompok) / = delimiter setelah bit tertentu ditulis b = angka bit (angka bit dari address words
Pelatihan PLC Dasar - 02
27
Perangkat Input dan Output Perangkat ini merupakan bagian dari PLC yang berinteraksi dengan lingkungan luar. Perangkat ini terdiri dari perantara elektronik yang menyediakan fungsi pengkondisi sinyal dan fungsi isolasi. Ini memungkinkan PLC dihubungkan langsung ke aktuator proses dan sensor tanpa memerlukan rangkaian perantara.
Pelatihan PLC Dasar - 02
28
Macam Perangkat I/O Perangkat Input dan Output ini secara garis besar terdiri dari: • • • • •
Perangkat Digital Input (DI) Perangkat Digital Output (DO) Perangkat Analog Input (AI) Perangkat Analog Output (AO) Perangkat untuk Komunikasi (serial)
Pelatihan PLC Dasar - 02
29
Komponen Digital Output
(contact)
Perangkat hanya menghasilkan kondisi biner dengan pengolah sinyal berupa : – Contact Output : • • • • •
Komponen untuk mengeluarkan sinyal adalah relay. Umumnya untuk beban arus yang relatif besar. Supply beban bisa AC/DC. Kecepatan respon rendah. Ada contact bounch, menyebabkan ada noise.
Pelatihan PLC Dasar - 02
30
Komponen Digital Output
(SSR)
– Solid State Output (SSR) • Komponen yang digunakan solid-state • Beban AC: outputnya menggunakan SCR. Respons lebih cepat dari contact output, dan lebih rendah dari transistor output. • Beban DC: outputnya menggunakan Transistor. Respons sangat cepat untuk beban arus kecil. Frekwensi kerja cukup tinggi.
Pelatihan PLC Dasar - 02
31
Komponen Digital I/O
(SSR-beban DC)
Sinyal output pada beban DC dapat berupa : – Output Tegangan: memberikan sinyal tegangan sebagai output dan tahanan beban harus cukup tinggi dengan konsumsi arusnya kecil. – Output Arus: mengolah sinyal arus (source/sink). Beban yang bekerja pada I/O-nya ada: • current source (PNP) : arus diberikan kebeban, beban dihubungkan keterminal output dan negatip catudaya. • current sink (NPN) : arus ditarik dari beban, beban dihubungkan keterminal positip catudaya dan terminal output.
Pelatihan PLC Dasar - 02
32
I/O PLC Model Compact Jumlah titik I/O yang ada pada model ini tidak terlalu banyak, perangkat I/O yang ada biasanya: • Digital Input (DI) → maks. 16 titik • Digital Output (DO) → maks. 16 titik • Perangkat untuk Komunikasi (serial RS232)
Pelatihan PLC Dasar - 02
33
Contoh I/O pada OMRON CPM1 PLC buatan OMRON dari kelas SYSMAC seri C nomer CPM1A10CDR.
• Digital Input (DI) → 6 titik • Digital Output (DO) → 4 titik • Ditambah CIF01 bisa komunikasi melalui serial RS232
Pelatihan PLC Dasar - 02
34
I/O PLC Model Modular Jumlah titik I/O yang terpasang ada pada model ini tergantung dari jumlah titik I/O sistem kontrol. Secara umum dalam satu backplane, biasanya mampu dipasang: • 1-5 modul Digital • 1-3 modul Analog • 1-4 modul Spesial (bisa analog,digital atau serial)
Jika masih kurang bisa ditambahkan modul ekspansi.
Pelatihan PLC Dasar - 02
35
Modul Digital Input Modul ini dapat digunakan untuk dua macam sinyal, AC dan/atau DC. Kisaran tegangan yang mampu diolah: • • • • • •
24 Volt AC/DC 48 Volt AC/DC 120 Volt AC/DC 230 Volt AC/DC TTL level 5 - 50 Volt DC (sink/source)
Pelatihan PLC Dasar - 02
36
Blok Rangkaian AC/DC Input Modul ini secara umum dilindungi oleh bagian isolator terhadap level tegangan yang tidak diinginkan.
Pelatihan PLC Dasar - 02
37
Modul DC Input Modul digunakan hanya untuk sinyal tegangan DC (searah), terutama model dengan komponen solid-state (SCR, transistor) jika dihubungkan dengan peralatan luar (sink/source). Jika modul ini memberikan arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current source. Jika modul ini menerima arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current sink.
Pelatihan PLC Dasar - 02
38
Arus pada Modul DC Input ♦ Arus dari peralatan luar (mis. sensor) masuk ke modul DC input. Bagi peralatan luar berfungsi sebagai source, sedang modul DC input sebagai sink.
♦ Arus dari modul DC input ke peralatan luar (mis. katup). Bagi modul DC input berfungsi sebagai source, sedang peralatan luar sebagai sink.
Pelatihan PLC Dasar - 02
39
Modifikasi Modul Sink ke Source • Melakukan perubahan modul sink ke source bisa dilakukan dengan menggunakan rangkaian berikut untuk arus Iout 50 mA.
Pelatihan PLC Dasar - 02
40
Koneksi Modul DC Output Modul ini biasanya diisolasi dari gangguan luar dengan rangkaian opto-coupler. Contoh hubungan untuk modul AC/DC input
Pelatihan PLC Dasar - 02
41
Modul Digital Output Pada modul ini tegangan yang digunakan bisa AC dan atau DC. Tegangan output yang mampu diolah: • 12 - 48 Volt AC/DC • 120 Volt AC/DC • 230 Volt AC/DC • contact (relay) • Isolated output • 5 - 50 Volt DC (sink/source)
Pelatihan PLC Dasar - 02
42
Blok Rangkaian Output AC Modul ini menggunakan rangkaian pengaman mirip modul input.
Pelatihan PLC Dasar - 02
43
Modul DC Output Modul DC output ini mirip dengan modul DC input. Koneksi dengan peralatan luar dapat sebagai sink atau sebagai source untuk modul dengan solid-state output. Jika modul ini memberikan arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current source. Jika modul ini menerima arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current sink.
Pelatihan PLC Dasar - 02
44
Koneksi Modul DC Output Koneksi peralatan luar untuk modul DC solid-state output sebagai sink atau sebagai source.
Pelatihan PLC Dasar - 02
45
Arus Standar Arus adalah suatu bentuk sinyal analog disamping tegangan, standar yang sering digunakan untuk pengukuran adalah 4 - 20 mA. Tranduser berat atau kecepatan akan mengubah berat atau kecepatan ke dalam arus 4 - 20 mA. Contohnya : sebuah transduser berat menghasilkan arus 5 mA untuk beban seberat 1 kg. Jika timbangan tersebut mampu menimbang beban maksimum sampai 100 kg, maka arus yang terukur sebesar 20 mA.
Pelatihan PLC Dasar - 02
46
Pengolah Sinyal CPU PLC yang bekerja dengan data digital dapat mengolah besaran (tegangan/arus) analog, maka diperlukan perangkat pengubah sinyal. Dari analog ke digital (Analog to Digital Converter) dan dari digital to analog (Digital to Analog Converter). Pengolah sinyal ini memerlukan processor tersendiri agar tidak membebani tugas CPU, khususnya waktu scan PLC. Pengolah ini biasanya berupa modul tersendiri dan termasuk dalam modul spesial.
Pelatihan PLC Dasar - 02
47
Modul A/D Modul ini mengolah sinyal analog dari perangkat luar (sensor) ke sinyal digital. Sinyal input yang bisa diolah berupa arus dan atau tegangan seperti : • • • •
4 hingga 20 mA 0 hingga 5 Volt DC 0 hingga 10 Volt DC -10 hingga +10 Volt DC
Pelatihan PLC Dasar - 02
48
Modul D/A Modul ini mengolah data bit dari CPU ke perangkat luar (aktuator, motor, katup), atau representasi digital ke analog. Sinyal output yang dihasilkan berupa arus dan atau tegangan seperti : • • • •
4 hingga 20 mA 0 hingga 5 Volt DC 0 hingga 10 Volt DC -10 hingga +10 Volt DC
Pelatihan PLC Dasar - 02
49
Modul Spesial Modul ini mengolah sinyal secara khusus untuk kebutuhan kontrol, antar lain modul : • • • • • • •
Temperatur Sensor (mirip modul A/D) Temperatur Control (mirip modul D/A) Heat Temperatur Control (mirip modul D/A) PID Control (mirip modul A/D dan D/A) Fuzzy Logic (mempunyai modul A/D dan D/A) High Speed Counter (mengolah pulsa digital) Position Control (menghasilkan pulsa untuk servomotor)
Pelatihan PLC Dasar - 02
50
Ukuran PLC Ukuran PLC didasarkan atas jumlah titik Input dan Output. - PLC mikro - PLC kecil - PLC sedang - PLC besar - PLC sangat besar
Pelatihan PLC Dasar - 02
51
Perbandingan PLC Tabel Perbandingan Kelengkapan Perangkat Keras PLC PLC kecil
PLC menengah
Model
Mitsubishi F2-40
Allan-Bradley Mini PLC2
CPU
Intel 8031
Zilog Z80A
Waktu cari
7 m/s tiap 1 K memori
20 m/s tiap 1 K memori
Memori
CMOS RAM 1 K
CMOS RAM 1 K
Max I/O
40 titik
256 titik
Analog I/O
Tidak ada
128 Maks ditambah PID
Bahasa
Ladder/Statement List
Ladder
Pelatihan PLC Dasar - 02
52
Pemilihan PLC Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam memilih PLC adalah Kriteria Jumlah Masukan dan Keluaran Logika Memori Jumlah Modul I/O khusus Kemampuan Ekspansi
Scan Time Komunikasi
Software Pendukung Dana Pelatihan PLC Dasar - 02
53
Pemrograman dan Tipe Data IEC61131-3 menetapkan lima bahasa pemrograman: • Ladder Diagram (LAD) • Diagram Blok Fungsi (Function Block Diagram/FBD) • Urutan Chart Fungsi (Sequential Function Chart/SFC) • Daftar Instruksi (Statement List /STL) • Teks Terstruktur (Structured Text/ST)
Pelatihan PLC Dasar - 02
54
Tabel Bahasa Pemrograman IEC61131 Language
Abbrev.
Type
Application best suited for
Ladder logic diagram
(LD)
Graphical Discrete control
Function Block Diagram
(FBD)
Graphical Continuous control
Sequential Function Chart (SFC)
Graphical Sequencing
Statement List
(STL)
Textual
Similar to ladder diagrams
Structured Text
(ST)
Textual
Complex logic, computations
Sumber: http://www.iica.org.au/letters/IEC1131.html http://www.isagraf.com/about/about1.htm
Pelatihan PLC Dasar - 02
55
Pemrograman yang sering Dipakai Meskipun secara fungsi dan struktur dari bahasa-bahasa ini sangat berbeda, mereka dikategorikan sebagai satu keluarga bahasa oleh IEC 61131-3 dengan pelengkapan elemen-elemen struktur (pernyataan variabel, bagianbagian organisasi seperti halnya fungsi dan blok fungsi, dll) dan elemen-elemen konfigurasi. Dari kelima bahasa
program diatas yang sering digunakan adalah:
Ladder Diagram (LAD), Diagram Blok Fungsi (Function Block Diagram/FBD) Daftar Instruksi (Statement List /STL)
Pelatihan PLC Dasar - 02
56
Merek-merek PLC OMRON Allen Bradley Siemens Mitsubishi Schneider (Modicon, Telemecanique, Square D) GE Fanuc Toshiba Automation Direct (Koyo) Hitachi
Pelatihan PLC Dasar - 02
57
Contoh : Tipe Sysmac C200H PLC modular buatan OMRON dari kelas Sysmac seri C nomer 200H Backplane
I/O connecting cable connector
Unit
Unit I/O
Pelatihan PLC Dasar - 02
CPU
58
Memori C200H Kapasitas memori yang dipunyai C200H ada dua macam, masing-masing 3K dan 7K word. Ada tiga macam memori yang bisa digunakan agar sesuai dengan variasi peralatan aplikasi : - RAM (Random Acces Memory) - EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)
Pelatihan PLC Dasar - 02
59
Backplane C200H Fungsi backplane mirip board pada personal computer, adalah rak di mana unit CPU dan I/O ditempatkan atau dipasang dan antara lain berguna untuk memperbanyak pemakaian unit I/O. Ada tiga model backplane, yaitu : - model C200H-BC03 berisi 3 slot unit I/O - model C200H-BC05 berisi 5 slot unit I/O - model C200H-BC08 berisi 8 slot unit I/O
Pelatihan PLC Dasar - 02
60
Modul Standar I/O C200H Untuk modul standar sistem C200H disediakan jenis dan fungsi : • Unit input AC (C200H-IAxxx) • Unit input DC (C200H-IDxxx) • Unit input AC/DC (C200H-IMxxx) • Unit output Relay (C200H-OCxxx) • Unit output Triac (C200H-OAxxx) • Unit output Transistor (C200H-ODxxx) • Unit Link (Host Link, PC Link, master/slave Remote I/O)
Pelatihan PLC Dasar - 02
61
Modul Spesial I/O C200H Untuk modul spesial/intelligent sistem C200H disediakan jenis dan fungsi : • Unit Multipoint I/O (C200H-MDxxx) • Unit Analog Input (C200H-ADxxx) • Unit Analog Output (C200H-DAxxx) • Unit High Speed Counter (C200H-CTxxx) • Unit Positioning Control (C200H-NCxxx) • Unit ASCII (C200H-ASCxx) • Unit Temperatur Sensor (C200H-TSxxx)
Pelatihan PLC Dasar - 02
62
Konfigurasi Dasar Sysmac C200H Konfigurasi dasar dari PLC ini mempunyai backplane CPU dan backplane I/O ekspansi PLC, untuk kebutuhan kontrol dengan range maksimum 544 titik I/O jika menggunakan 10 unit I/O multipoint.
Pelatihan PLC Dasar - 02
63
Konfigurasi Dasar C200H Rak CPU
Rak I/O ekspansi pertama
Rak I/O ekspansi kedua Power supply
Pada sistem C200H, maksimum terdapat dua rak (backplane) ekspansi yang dapat dihubungkan pada satu rak CPU. Setiap rak terdapat 3, 5, atau 8 slot untuk menempatkan unit I/O. Panjang maksimum kabel yang menghubungkan tiap-tiap backplane adalah 10 meter, tetapi panjang totalnya tidak boleh lebih dari 12 meter.
Pelatihan PLC Dasar - 02
64