BAB II DASAR TEORI. 2.1 Tinjauan Pustaka. Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi salah satunya bertujuan untuk

Transkripsi

1 7 BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi salah satunya bertujuan untuk mempermudah dalam menyelesaikan suatu pekerjaan manusia. Sistem pemindah bahan atau transportasi yang efektif dan efisien sangat dibutuhkan untuk menunjang kemajuan dibidang perindustrian dan pembangunan gedung bertingkat, seperti perhotelan, pusat perbelanjaan, perkantoran dan perumahan. Hal ini disebabkan karena jumlah penduduk yang terus meningkat sementara lahan yang tersedia semakin sempit, terutama didaerah lingkungan perkotaan sehingga gedung-gedung bertingkat menjadi semakin banyak menjulang tinggi. Maka dengan membuat gedung bertingkat bisa menjadi solusi dalam menanggulangi masalah kepadatan penduduk, terutama di lingkungan perkotaan karena jumlah penduduk akan selalu terus bertambah. Pada setiap gedung bertingkat dibutuhkan suatu mesin/alat sebagai mesin pengangkat untuk mendukung aktivitas pada gedung bertingkat dan disebut juga sebagai transportasi pemindah vertikal. Salah satu sistem pengangkat yang sangat penting dalam bidang perindustrian dan pembangunan gedung bertingkat dan fasilitas pendukung gedung bertingkat adalah elevator atau lift. Lift dipergunakan 7

2 8 untuk mengefisiensikan waktu, jarak tempuh dan tenaga bagi manusia untuk menuju lantai tujuan yang diinginkan dalam suatu gedung bertingkat tinggi. Untuk perancangan pergerakan lift yang diatur secara otomatis tentu saja akan merepotkan apabila simulasi kontrol otomatis dilakukan secara langsung pada lift yang sesungguhnya. Maka dibuatlah perangkat simulasi lift gedung 3 lantai dirancang sebagai simulator lift sehingga dapat diperhitungkan efisiensi, efektifitas, dan fleksibilitas metode kontrol pada lift. Materi yang berhubungan dengan sistem kendali simulasi lift banyak diangkat sebagai judul untuk menyelesaikan studi di bidang Teknik, baik jurusan Teknik Elektro, Teknik Informatika maupun Teknik Mesin. Tugas Akhir mahasiswa Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Purwokerto (Asron, 2006), mengangkat judul Simulasi Lift Berbasis Programmable Logic Controller (PLC) dalam tulisannya Asron tidak membahas software apa yang digunakan dalam membuat diagram ladder untuk mensimulasi lift dan tidak membahas karakteristik motor arus searah secara mendalam, walaupun secara fisik kelengkapan lift Tugas Akhirnya sudah cukup baik dengan adanya sensor berat, buka dan tutup pintu, serta LED indikator lantai lift. Tugas Akhir lainnya misalnya dibuat oleh mahasiswa Sekolah Tinggi Manajemen Informatika dan Teknik Komputer, Surabaya (Izuddin. Yasluk, 1998) dengan judul Simulasi Pengontrolan Lift Menggunakan Progammable Logic Controller (PLC). Tugas Akhir ini dibuat hanya sebagai cara kerja sistem lift yang sebenarnya tanpa menggunakan sensor berat dalam simulasi lift.

3 9 Tugas Akhir yang dibuat mahasiswa Teknik Informatika Fakultas Teknik Informatika Universitas Telkom, Bandung (Pernando, Diono, Tri Brotoharsono dan Maman Abdurohman. 2010) dengan judul Analisis dan Perancangan Miniatur Lift Menggunkan Mikrokontroler. Secara teknis pengontrolan mesin atau plant dengan mikrokontroler relative lebih sulit. Hal ini terkait dengan perangkat keras dan perangkat lunak dari mikrokontroler tersebut. Pengontrolan mesin atau plant dengan mikrokontroler memerlukan perancangan pengkondisi sinyal tambahan pada port I/O nya, dan umumnya pemrograman mikrokontroler ini dilakukan dengan menggunakan bahasa C atau assembly yang relatif sulit dipelajari Dalam penelusuran pustaka yang telah dilakukan, khususnya yang berhubungan dengan materi PLC, dalam Tugas Akhir ini dibahas secara mendalam tentang PLC yang digunakan dalam kendali lift dan software yang digunakan dalam pembuatan program kendali lift. 2.2 Catu Daya Catu daya atau power supply adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk menyediakan daya yang dibutuhkan oleh rangkaian. Catu daya yang digunakan dalam perancangan simulasi lift ini menggunakan transformator step down dengan menggunakan teknik penyearahan. Catu daya merupakan suatu rangkaian yang paling penting bagi sistem elektronika. Ada dua sumber catu daya yaitu sumber AC dan sumber DC. Sumber

4 10 AC yaitu sumber tegangan bolak balik, sedangkan sumber tegangan DC merupakan sumber tegangan searah. Gambar 2.1 Grafik Tegangan AC dan DC Sumber tegangan AC berayun sewaktu-waktu pada kutub positif dan sewaktuwaktu pada kutub negatif, sedangkan sumber DC selalu pada satu kutub saja, positif saja atau negatif saja. Dari sumber AC dapat disearahkan menjadi sumber DC dengan menggunakan rangkaian penyearah yang dibentuk dari dioda. Ada tiga macam rangkaian penyearah dasar yaitu penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh 2 dioda dan penyearah gelombang penuh sistem jembatan.

5 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Penyearah sistem jembatan (bridge rectifier) adalah sebuah penyearah yang menggunakan empat buah blok dioda yang disusun model jembatan. Penyearah sistem jembatan mampu menghasilkan output gelombang penuh dari satu gulungan transformator. Gambar 2.2 Penyearah dengan Sistem Jembatan Penyearah sistem jembatan disusun oleh empat blok dioda yang bekerja secara bergantian pada tiap fase sinyal sinus. Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui Gambar 2.3.

6 12 Gambar 2.3 Prinsip Kerja Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Pada rangkaian jembatan mendapatkan bagian positif dari siklus sinyal AC. Maka D1 dan D3 hidup (on), karena mendapat bias maju. D2 dan D4 mati (off), karena mendapat bias mundur. Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3. Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatif. Maka D2 dan D4 hidup (on), karena mendapat bias maju. D1 dan D3 mati (off), karena mendapat bias mundur. Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4. Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL sebagaimana terlihat Pada Gambar 2.3 adalah sama, yaitu dari ujung atas RL menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke beban merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing.

7 13 Bentuk gelombang yang dihasilkan oleh penyearah gelombang penuh sistem jembatan terkadang masih kasar, sehingga diperlukan adanya filter untuk membuang bagian yang kasar. Filter yang paling sederhana adalah dengan memasang kondensator paralel dengan beban. Misalnya dipasang pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan, maka rangkaiannya akan seperti gambar di bawah ini : Gambar 2.4 Filter Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Fungsi kapasitor pada rangkaian di atas untuk menekan ripple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka

8 14 output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) Regulator Tegangan Regulator tegangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan catu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply biasanya menggunakan sirkuit terintegrasi (IC) atau menggunakan dioda zener. IC regulator tegangan yang banyak dijumpai di pasaran antara lain IC regulator keluarga 78xx dan LM Saklar Tombol Tekan (Push Button Switch) Saklar tombol tekan (Push button switch) adalah saklar sederhana yang berfungsi untuk menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik dengan sistem kerja tekan unlock (tidak mengunci). Sistem kerja unlock disini berarti saklar akan bekerja sebagai device penghubung atau pemutus aliran arus listrik saat tombol

9 15 ditekan, dan saat tombol tidak ditekan (dilepas) maka saklar akan kembali pada kondisi normal. Berdasarkan fungsi kerjanya yang menghubungkan dan memutuskan, saklar tombol tekan mempunyai 2 tipe kontak yaitu NC (Normally Close) dan NO (Normally Open). 1. NO (Normally Open), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya terbuka (aliran arus listrik tidak mengalir). Dan ketika tombol saklar ditekan, kontak yang NO ini akan menjadi menutup (close) dan mengalirkan atau menghubungkan arus listrik. Kontak NO digunakan sebagai penghubung atau menyalakan sistem circuit (push button on). 2. NC (Normally Close), merupakan kontak terminal dimana kondisi normalnya tertutup (mengalirkan arus litrik). Dan ketika tombol saklar ditekan, kontak NC ini akan menjadi membuka (open), sehingga memutus aliran arus listrik. Kontak NC digunakan sebagai pemutus atau mematikan sistem circuit (push button off). Gambar 2.5 Kondisi Push Button Switch

10 Programmable Logic Controller (PLC) Programmable logic controller (PLC) adalah perangkat untuk melaksanakan fungsi kendali dan juga monitor yang dapat diprogram. Selain dikenal sebagai PLC, perangkat ini juga disebut sebagai programmable controller atau programmable binary system. Pada dasarnya PLC merupakan suatu bentuk komputer. Perbedaan dengan komputer pada umumnya (PC) adalah PLC ditujukan khusus untuk aplikasi industri sehingga mempunyai beberapa karakteristik khusus. PLC telah dilengkapi dengan I/O digital dengan koneksi dan level sinyal yang standar sehingga dapat langsung dihubungkan dengan berbagai macam perangkat seperti saklar, lampu, relay ataupun berbagai macam sensor dan aktuator. Konstruksi PLC bersifat modular sehingga memudahkan dalam penggantian dan penambahan fasilitas yang diperlukan. PLC juga relatif lebih tahan terhadap keadaan di pabrik, misalnya kelembaban dan temperatur yang tinggi, serta gangguan dan derau yang mungkin terdapat pada berbagai peralatan industri. Rangkaian kontrol menggunakan PLC dibuat dengan software, sehingga bersifat fleksibel dan mudah untuk dimodifikasi.

11 Struktur PLC Komponen dari suatu PLC tidak jauh berbeda dengan komponen komputer pada umumnya. Struktur dasar suatu PLC terdiri atas central processing unit, memori dan modul input/output Central Processing Unit Central Processing Unit (CPU) adalah otak dari suatu PLC yang bertugas mengendalikan dan memonitor seluruh operasi PLC dengan cara melaksanakan program yang terdapat pada memori. Sistem bus internal digunakan untuk menghubungkan antara CPU dengan memori dan modul I/O di bawah kendali CPU. CPU memerlukan detak (clock) dengan frekuensi tertentu yang dapat dihasilakan oleh krisal kuarts eksternal ataupun rangkaian osilator RC. Detak tersebut menentukan kecepatan operasi PLC dan dapat digunakan untuk sinkronisasi semua elemen dalam sistem. Seluruh PLC modern menggunakan mikroprosesor sebagai CPU Memori Memori adalah peranti yang digunakan sebagai media penyimpanan, baik program maupun data. PLC menggunakan piranti memori semikonduktor berupa RAM ataupun ROM. Pada kebanyakan PLC RAM digunakan untuk pengembangan program dan uji coba karena kemudahan dalam perubahan program. Untuk mencegah hilangnya program dari RAM saat dilepas catu

12 18 dayanya sering kali PLC dilengkapi dengan batere. Setelah program dibuat dan diuji coba, program dapat dimasukan ke EEPROM yang bersifat tetap. Selain untuk menyimpan program memori pada PLC juga digunakan untuk penyimpanan sementara status jalur I/O dan variabel fungsi internal seperti timer, counter, penanda relay, hasil operasi aritmatika/logika dan lain-lain. Untuk keperluan ini digunakan RAM Modul I/O Modul I/O adalah pintu keluar/masuknya informasi dari dan ke PLC. Modul ini dapat bergabung menjadi satu unit PLC ataupun berupa modul yang terpisah. Modul input dan output berfungsi sebagai antarmuka antara komponen internal PLC dengan piranti lain di luar PLC sehingga didalamnya terdapat fungsi pengkondisian sinyal dan isolasi. Modul I/O yang paling umum adalah modul I/O digital yang hanya menerima/mengirim sinyal on/off saja. Meski kebanyakan komponen internal PLC bekerja pada level tegangan TTL dan CMOS, yang berkisar antara 5 15 Volt, namun sinyal yang diproses dari/ke I/O digital biasanya berkisar antara 24 Volt sampai 240 Volt pada arus besar (hingga beberapa ampere). Dengan adanya unit I/O ini PLC dapat langsung dihubungkan dengan piranti input dan output tanpa harus melalui rangkaian perantara atau relay.

13 19 Setiap modul I/O dirancang untuk memudahkan proses koneksi peranti input dan output dengan PLC. Untuk itu seluruh PLC dilengkapi dengan terminal sekrup standar sehingga mudah dan cepat saat proses pengkabelan. Setiap terminal I/O mempunyai alamat ataupun nomor jalur yang unik yang digunakan saat pemrograman untuk mengidentifikasi masing-masing input dan output Operasi PLC PLC mempunyai 3 operasi dasar yang dilakukan secara berurutan, yaitu : 1. Monitor input, yaitu membaca keadaan piranti input dan menyalin nilainya ke memori. 2. Eksekusi program, yaitu melaksanakan program berdasarkan nilai input yang terdapat pada memori untuk menghasilakan nilai output. Program berupa diagram ladder dieksekusi dari kiri ke kanan, dari atas ke bawah. 3. Mengubah kondisi output berdasarkan hasil eksekusi program. Ketiga proses tersebut membentuk siklus yang disebut proses scanning, proses ini dilaksanakan secara berulang-ulang selama PLC beroperasi. Waktu yang dibutuhkan pada satu kali scanning disebut waktu scanning (scanning time).

14 Pemrograman PLC TWIDO Pada PLC ada empat metode/tipe bahasa pemrograman yang bisa digunakan, namun keempat bahasa pemrograman tersebut tidak semua didukung oleh suatu PLC, bahasa pemrograman yang digunakan tersebut adalah ladder diagram languages (LD), Instruction list languages (IL)/statement list (SL), sequential function chart (SFC)/grafcet languages, dan high-level languages (biasanya Visual Basic). Namun umumnya bahasa pemrograman yang banyak didukung oleh PLC adalah ladder diagram languages (LD) dan instruction list languages (IL). Bahasa diagram ladder pada dasarnya adalah suatu perangkat simbol dari perintah yang digunakan untuk menciptakan program pengontrol. Bahasa pemrograman tersebut dirancang untuk mewakili sedekat mungkin penampakan sistem relay yang diberi pengawatan yang secara garis besar berfungsi untuk mengontrol output yang didasarkan pada kondisi input. Program diagram ladder dapat ditampilkan pada layar monitor kemudian elemen-elemen seperti kontak normally open, kontak normally closed, timer, counter, compare blok, relay, dan lain-lain dinyatakan dalam bentuk gambar Pemrograman Menggunakan Diagram Ladder Diagram ladder merupakan salah satu bahasa pemrograman yang didukung oleh PLC Twido yang pembuatannya dapat dibuat melalui software TwidoSuite. Pembuatan diagram ladder pada TwidoSuite terdiri dari beberapa rung, dan dari

15 21 masing-masing rung tersebut dapat dibuat diagram ladder yang dimulai dari bar sisi kiri dan berakhir pada bar sisi kanan. Untuk menggunakan Twidosuite, klik icon Twidosuite pada desktop seperti pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Icon Twidosuite Untuk pertama kalinya, Twidosuite akan menampilkan tampilan seperti pada Gambar 2.7. Pilihlah Programming Mode untuk memprogram PLC. Gambar 2.7 Tampilan Menu Twidosuite

16 22 Layar program akan menuju ke Gambar 2.8, yaitu layar project management. Programmer diberi pilihan untuk membuat program baru atau membuka program yang sudah jadi. Pilih Create a new Project. Gambar 2.8 Pilihan Project Management Tentukan nama project dan directory tempat project disimpan pada menu project information seperti pada Gambar 2.9, kemudian klik tombol Create.

17 23 Gambar 2.9 Mengisikan Nama Project dan Directory Pada tampilan berikutnya pilih Describe seperti pada Gambar Gambar 2.10 Pilih Describe Untuk Setting PLC Tampilan berikutnya adalah layar untuk setting PLC seperti pada Gambar 2.11.

18 24 Gambar 2.11 Layar Setting PLC Pada Layar Setting PLC, pilih di kotak sebelah kanan (catalog) Bases Compact TWDLCAE40DRF, kemudian lakukanlah drag and drop ke kotak sebelah kiri pada gambar PLC-nya. Setelah setting PLC selesai, pilih pada bagian kiri atas Program untuk menuju editor program PLC. Gambar 2.12 Pilih Program Untuk Membuat Program PLC Hasilnya akan tampil editor diagram ladder seperti Gambar 2.13.

19 25 Gambar 2.13 Tampilan Pertama Editor Diagram Ladder Untuk memulai menggambar ladder, klik icon add section seperti pada objek yang dilingkari pada Gambar 2.13, sampai muncul tampilan pada Gambar 2.14.

20 26 Gambar 2.14 Editor Ladder Beserta Fungsi Dasar PLC Instruksi Utama Diagram Ladder Kontak Memungkinkan untuk masukan kontak seperti tombol tekan dan internal variable contacts. Kontak terdiri dari dua jenis kontak yaitu : 1. Kontak Normally open (NO) dengan notasi :

21 27 2. Kontak Normally Closed (NC) dengan notasi : Coil Secara umum coil berhubungan langsung dengan keluaran yang akan mengerjakan semua perintah sesuai dengan yang diinginkan. Pada software TwidoSuite, coil terdiri dari empat jenis, yaitu : 1. Direct coils dengan notasi : 2. Reverse coils dengan notasi : 3. Set coils dengan notasi : 4. Reset coils dengan notasi :

22 Link Elements Berupa garis penghubung antara kontak dengan kontak atau sebagai garis penghubung antara kontak dengan coil. Ada dua jenis garis penghubung yang digunakan yaitu garis yang berbentuk vertikal dan garis berbentuk horizontal. 1. Horizontal conection Digunakan untuk hubungan secara seri. 2. Vertical Conection Digunakan untuk membuat hubungan secara paralel. Adapun cara membuat diagram ladder dengan Twidosuite sebagai berikut diagram ladder program dinyatakan dalam suatu bentuk umum simbolik untuk relay yang dikontrol oleh rangkaian elektrik. Program ditampilkan pada layer dan elemen-elemen seperti kontak normally open, kontak normally close, counter, sequencer (rotary switch), relay dan lain-lain, dinyatakan dalam bentuk gambar. Listrik mengalir dari sisi kiri ke sisi kanan yang disebut ladder line (terdiri dari beberapa rung). Adapun aturan umum menggambarkan suatu program diagram ladder adalah : 1. Aliran listrik/tenaga dari rel kiri ke rel kanan. 2. Suatu coil keluaran tidak dihubungkan langsung ke rel (rail) sebelah kiri. 3. Tidak ada kontak yang ditempatkan di kanan dari suatu coil keluaran. 4. Hanya satu dari coil keluaran dalam suatu ladder line. 5. Tiap coil keluaran umumnya hanya satu kali dalam suatu program Prinsip Pemrograman TwidoSuite

23 29 Pada dasarnya pemrograman PLC menggunakan TwidoSuite dibagi atas 7 dasar komponen, yaitu : input, output, internal bits, membuat pengalamatan (addressing), timer, counter, dan compare block Input Input merupakan masukan yang berupa signal yang diterima dari sensor luar. Sintaksis yang digunakan pada Twido adalah sebagai berikut : % I y. z % = Menunjukkan objek. I = Menunjukkan masukan. y = Nomor/jumlah modul. z = Nomor/jumlah saluran Output Output adalah sinyal yang dihasilkan oleh PLC yang dikirim ke relay dan lain sebagainya. Sintaksis yang digunakan adalah sebagai berikut : % Q y. z % = Menunjukkan objek. Q = Menunjukkan keluaran.

24 30 y = Nomor/jumlah modul. z = Nomor/jumlah saluran Internal Bits Internal bits merupakan wilayah memori yang dialokasikan oleh PLC. Internal bits ini dapat dipakai sebagai output internal dan hanya dapat digunakan untuk keperluan internal. Dengan kata lain, output internal tidak langsung mengendalikan peranti output. Pada PLC Twido compact type TWDLCAE40DRF internal bits yang bisa digunakan yaitu mulai dari %M0 sampai %M255. Sintaksis yang digunakan adalah sebagai berikut: % M n % = Menunjukkan objek. M = Menunjukkan bit di dalam memori internal. N = Nomor/Jumlah bit internal Membuat Pengalamatan (Addressing)

25 31 Pengalamatan adalah memberi notasi input dan output pada kontak dan coil diagram ladder. 1. Format umum pengalamatan I/O : % I, Q x. y. z I = Input Q = Output x = Master (0)/Slave (1 7) controller y = Base (0)/Expansion (1 7) I/O z = I/O chanel number 2. Format umum pengalamatan bit : % M, S, or X, i M = Internal bits S = Sistem bits X = Step bits i = Number 3. Format umum pengalamatan word :

26 32 % M, K, or S, W, i M = Internal word K = Konstanta word S = Sistem word W = Word (16 bit) i = Number Timer Timer digunakan sebagai pengatur waktu proses, dapat digunakan sebagai komponen tundaan (timer on delay). Umumnya merupakan kontak fungsi yang dapat diatur memberikan suatu keluaran kondisi on selama selang waktu tertentu (timer off delay). Dapat digunakan untuk membuat pulsa dengan lebar tertentu/timer pulsa (ini termasuk ke dalam fitur tambahan/hanya terdapat pada PLC tertentu saja). Dalam timer terdapat input, konstanta timer, output. Input berfungsi memulai aktifnya timer untuk mulai menghitung waktu. Konstanta timer memberikan nilai berapa lama timer aktif. Output memberikan keluaran logika 1 atau 0 bila waktu yang dinyatakan dalam konstanta timer telah tercapai.

27 33 Gambar 2.15 Blok Fungsi Timer Counter Counter berfungsi untuk menghitung jumlah perubahan input, dapat untuk membatasi banyaknya perubahan input. Ada dua jenis counter yaitu menghitung naik (up-counter) dan turun (down-counter). Dalam kehidupan sehari-hari terdapat juga counter mekanik dan elektronik. Counter akan mengeluarkan nilai 0 atau 1 bila nilai preset telah tercapai. Ada juga step counter dimana perubahan input akan ditampilkan pada setiap alamat output tertentu. Gambar 2.16 Blok Fungsi Counter

28 Compare Block Instuksi compare block yang ada pada PLC Twido digunakan untuk membandingkan dua operand. Tabel dibawah ini merupakan daftar tipe dari instruksi perintah compare block. Tabel 2.1 Daftar Tipe Instruksi Compare Block Instruksi Fungsi > Digunakan jika operand satu lebih besar dari operand dua. >= Digunakan jika operand satu lebih besar atau sama dengan operand dua. < Digunakan jika operand satu lebih kecil dari operand dua. < = Digunakan jika operand satu lebih kecil atau sama dengan operand dua. = Digunakan jika operand satu lebih sama dengan operand dua. < > Digunakan jika operand satu lebih berbeda dengan operand dua. 2.5 Mikrokontroler ATTINY 2313 Mikrokontroler adalah komputer mikro dalam satu chip tunggal. Mikrokontroler memadukan CPU, ROM, RWM, I/O paralel, I/O seri, counter-timer, dan rangkaian clock dalam satu chip. Dengan kata lain, mikrokontroler adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan keluaran serta kendali dengan

29 35 program yang bisa ditulis dan dihapus dengan cara khusus. Cara kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data. Gambar 2.17 Blok Diagram Mikrokontroler Fungsi utama dari mikrokontroler adalah mengontrol kerja mesin atau sistem menggunakan program yang disimpan pada sebuah ROM. Mikrokontroler merupakan komputer didalam chip yang digunakan untuk mengontrol peralatan elektronik, yang menekankan efisiensi dan efektifitas biaya. Mikrokonktroler digunakan dalam produk dan alat yang dikendalikan secara automatis. Mikrokontroler adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroler telah mengandung beberapa periferal yang langsung bisa dimanfaatkan. ATtiny2313 merupakan seri mikrokontroler dengan arsitektur AVR 8 bit. ATTINY 2313 memiliki memori flash sebesar 2 KB. Kecepatan maksimal ATTINY 2313 sampai 8 MHz. Konfigurasi pin dari mikrokontroler ATTINY 2313 dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

30 36 Gambar 2.18 Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATtiny Relay Relay adalah saklar (switch) yang dioperasikan secara listrik dan merupakan komponen elektromekanikal yang terdiri dari 2 bagian utama yakni elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak saklar/switch). Relay menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakkan kontak saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Pada dasarnya, relay terdiri dari 4 komponen dasar, yaitu : 1. Electromagnet (Coil) 2. Armature 3. Switch Contact Point (Saklar) 4. Spring

31 37 Kontak poin (contact point) relay terdiri dari 2 jenis, yaitu : 1. Normally close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi close (tertutup). 2. Normally open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi open (terbuka). Gambar 2.19 Bagian-bagian Relay Berdasarkan gambar di atas, sebuah besi (iron core) yang dililit oleh sebuah kumparan coil yang berfungsi untuk mengendalikan besi tersebut. Apabila kumparan coil diberikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet yang kemudian menarik armature untuk berpindah dari posisi sebelumnya (NC) ke posisi baru (NO) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi barunya (NO). Posisi dimana armature tersebut berada sebelumnya (NC) akan menjadi open atau tidak terhubung. Pada saat tidak dialiri arus listrik, armature akan kembali lagi

32 38 ke posisi awal (NC). Coil yang digunakan oleh relay untuk menarik contact point ke posisi close pada umumnya hanya membutuhkan arus listrik yang relatif kecil. Relay merupakan salah satu jenis dari saklar, maka istilah pole dan throw yang dipakai dalam saklar juga berlaku pada relay. Pole adalah banyaknya kontak yang dimiliki oleh sebuah relay, sedangkan throw adalah banyaknya kondisi yang dimiliki oleh sebuah kontak. Berdasarkan penggolongan jumlah pole dan throw-nya sebuah relay, maka relay dapat digolongkan menjadi : 1. Single Pole Single Throw (SPST). Relay golongan ini memiliki 4 terminal, 2 terminal untuk saklar dan 2 terminalnya lagi untuk coil. 2. Single Pole Double Throw (SPDT). Relay golongan ini memiliki 5 terminal, 3 terminal untuk saklar dan 2 terminalnya lagi untuk coil. 3. Double Pole Single Throw (DPST). Relay golongan ini memiliki 6 terminal, diantaranya 4 terminal yang terdiri dari 2 pasang terminal saklar sedangkan 2 terminal lainnya untuk coil. Relay DPST dapat dijadikan 2 saklar yang dikendalikan oleh 1 coil. 4. Double Pole Double Throw (DPDT). Relay golongan ini memiliki terminal sebanyak 8 terminal, diantaranya 6 terminal yang merupakan 2 pasang relay SPDT yang dikendalikan oleh 1 (single) coil. Sedangkan 2 terminal lainnya untuk coil.

33 39 Selain golongan relay diatas, terdapat juga relay-relay yang pole dan throw-nya melebihi dari 2. Misalnya 3PDT (Triple Pole Double Throw) ataupun 4PDT (Four Pole Double Throw) dan lain sebagainya. Beberapa fungsi relay yang diaplikasikan kedalam peralatan elektronika diantaranya adalah : 1. Relay digunakan untuk menjalankan fungsi logika (logic function) 2. Relay digunakan untuk memberikan fungsi penundaan waktu (time delay function) 3. Relay digunakan untuk mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan bantuan dari sinyal tegangan rendah. 4. Relay berfungsi untuk melindungi motor atau komponen lainnya dari kelebihan tegangan ataupun hubung singkat (short). 2.7 Sensor Reed Switch Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu, yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya. Salah satu sensor yang sering digunakan dalam pengaplikasian dunia elektronika adalah sensor magnet. Sensor reed switch atau disebut juga relai buluh, merupakan

34 40 alat yang akan terpengaruh medan magnet dan akan memberikan perubahan kondisi pada keluaran. Seperti layaknya saklar dua kondisi (on/off) yang digerakkan oleh adanya medan magnet di sekitarnya. Biasanya sensor ini dikemas dalam bentuk kemasan yang hampa dan bebas dari debu, kelembaban, asap ataupun uap. Sensor reed switch adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai saklar magnetik dimana saklar membuka/menutup tergantung pada keberadaan medan magnet di dekatnya. Dengan demikian komponen ini dapat berfungsi sebagai sensor magnetik dan dapat diaplikasikan untuk berbagai kebutuhan. Komponen elektronika ini dibuat dengan kontak berbahan Rutenium (Ru, elemen logam dengan nomor atom 44) dalam selubung gelas yang sepenuhnya terisolasi (hermetically sealed). Ukuran dari komponen ini sepanjang 4,5 cm (termasuk kawat terminal) dengan selubung gelas berdiameter 2 mm sepanjang 14 mm. Gambar 2.20 Magnetic Reed Switch

35 Motor Stepper Motor stepper adalah motor yang digunakan sebagai penggerak/pemutar. Prinsip kerja motor stepper mirip dengan motor DC, sama-sama dicatu dengan tegangan DC untuk memperoleh medan magnet. Bila motor DC memiliki magnet tetap pada stator, motor stepper mempunyai magnet tetap pada rotor. Motor stepper tidak dapat bergerak sendirinya, tetapi bergerak secara per-step sesuai dengan spesifikasinya, dan bergerak dari satu step ke step berikutnya memerlukan waktu, serta menghasilkan torsi yang besar pada kecepatan rendah. Motor stepper juga memiliki karakteristik yang lain yaitu torsi penahan, yang memungkinkan menahan posisinya. Hal ini sangat berguna untuk aplikasi dimana suatu sistem memerlukan keadaan start dan stop. Motor stepper tidak merespon sinyal clock dan mempunyai beberapa lilitan dimana lilitan-lilitan tersebut harus dicatu (tegangan) dahulu dengan suatu urutan tertentu agar dapat berotasi. Membalik urutan pemberian tegangan tersebut akan menyebabkan putaran motor stepper yang berbalik arah. Jika sinyal kontrol tidak terkirim sesuai dengan perintah maka motor stepper tidak akan berputar secara tepat, mungkin hanya akan bergetar dan tidak bergerak. Untuk mengontrol motor stepper digunakan suatu rangkaian driver yang menangani kebutuhan arus dan tegangan. Karakteristik dari motor stepper adalah sebagai berikut:

36 42 1. Tegangan Tiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet masing-masing motor stepper. Tegangan ratarata ini harus diperhatikan dengan seksama karena bila melebihi dari tegangan ratarata ini akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putarannya tidak maksimal atau bahkan motor stepper akan rusak dengan sendirinya. 2. Resistansi Resistansi per lilitan adalah karakteristik yang lain dari motor stepper. Resistansi ini akan menentukan arus yang mengalir, selain itu juga akan mempengaruhi torsi dan kecepatan maksimum dari motor stepper. 3. Derajat per step Derajat per step adalah faktor terpenting dalam pemilihan motor stepper sesuai dengan aplikasinya. Tiap-tiap motor stepper mempunyai spesifikasi masingmasing, antara lain: 0.72 per step, 1.8 per step, 3.6 per step, 7.5 per step, 15 per step, dan bahkan ada yang 90 per step. Dalam pengoperasiannya kita dapat menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut.

37 43 Motor stepper dibedakan menjadi dua kategori, yaitu magnet permanen dan reluktansi variabel. Tipe magnet permanen terbagi menjadi dua motor stepper yaitu motor stepper unipolar dan bipolar. Motor stepper unipolar sangat mudah untuk dikontrol dengan menggunakan rangkaian counter -n. Motor stepper unipolar mempunyai karakteristik khusus yaitu berupa lilitan center-tapped dan 1 lilitan sebagai common. Lilitan common akan mencatu tegangan pada center-tapped dan sebagai ground adalah rangkaian drivernya. Motor stepper unipolar dapat dikenali dengan mengetahui adanya lilitan center-tapped. Jumlah phase dari motor stepper adalah dua kali dan jumlah koilnya. Umumnya pada motor stepper unipolar terdapat dua buah koil. Gambar 2.21 Susunan Koil Motor Stepper Unipolar

38 44 Tabel 2.2 Pola 1-Phase Putaran Motor Stepper Unipolar Index 1a 1b 2a 2b Pada prinsipnya ada dua macam cara kerja motor stepper unipolar, yaitu fullstep dan half-step. Tabel 2.3 Pemberian Tegangan untuk Operasi Full-Step Full-Step Tegangan yang diberikan pada lilitan Arah putar searah jarum jam Arah putar melawan jarum jam L3 L2 L1 L0 L3 L2 L1 L Pada full step, suatu titik pada sebuah kutub magnet di rotor akan kembali mendapat tarikan medan magnet stator pada lilitan yang sama setelah step ke-4, dan berikutnya dapat diberikan lagi mulai dari step 1. Setiap step, rotor bergerak searah atau berlawanan dengan jarum jam sebesar spesifikasi derajat per step dari motor stepper. Setiap step hanya menarik sebuah kutub saja. Tegangan 1 adalah menunjukkan logika dalam level transistor-transistor logic (TTL). Besar tegangan sesungguhnya diatur dengan spesifikasi motor stepper yang dipakai.

39 45 Tabel 2.4 Pemberian Tegangan untuk Operasi Half-Step Half-Step Tegangan yang diberikan pada lilitan Arah putar searah jarum jam Arah putar melawan jarum jam L3 L2 L1 L0 L3 L2 L1 L Untuk half step, setiap kutub magnet pada rotor akan kembali mendapatkan tarikan dari medan magnet lilitan yang sama setelah step ke 8, berikutnya kembali mulai step 1. Setiap step posisi rotor berubah sebesar setengah derajat dan spesifikasi derajat per step motor stepper. 2.9 Light Emitting Diode (LED) Pada dasarnya Light emitting diode (LED) merupakan komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor jenis dioda yang mampu memencarkan cahaya. LED memiliki 2 kutub yaitu anoda dan katoda. Dalam hal ini LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari anoda menuju katoda. Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik karena apabila terbalik kutubnya maka LED tersebut tidak akan menyala.

40 46 Gambar 2.22 Susunan LED LED memiliki karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang pula cahaya yang dihasilkan, namun perlu diperhatikan bahwa besarnya arus yang diperbolehkan 10mA-20mA dan pada tegangan 1,6 V 3,5 V menurut karakter warna yang dihasilkan. Apabila arus yang mengalir lebih dari 20 ma maka LED akan terbakar. Untuk menjaga agar LED tidak terbakar perlu kita gunakan resistor sebagai penghambat arus.