BAB II LANDASAN TEORI Pengenalan Programable Logic Control (PLC)

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. PLC Pengenalan Programable Logic Control (PLC) Pada awalnya, sistem kontrol industri menggunakan cara konvensional yaitu dengan sistem sambungan menggunakan beberapa komponen seperti timer, relay, counter dan kontaktor. Generasi selanjutnya, sistem kontrol industri sudah menggunakan mikroprocessor dengan bahasa pemrograman assembler. PLC pertama kali digunakan pada tahun 1968-an, yaitu pada saat tuntutan automatisasi industri semakin besar. Perusahaan yang pertama kali merealisasikan kriteria rancangan PLC adalah General Motors ( GM ), meskipun hanya berupa sekuensial kontrol, tidak seperti PLC yang dikenal sekarang, mampu untuk menangani pengendalian proses proses yang kompleks, seperti temperatur, posisi, tekanan, aliran. Bahkan modul modul dengan kemampuan yang telah dikembangkan lebih lanjut. Secara definisi, Programmable Logic Controller ( PLC ) adalah suatu rangkaian micro controller yang terdiri dari beberapa bagian, yaitu CPU, Memory, Data Register, Internal relay, Input / Output Counter dan Timer yang terintegrasi dalam satu perangkat Alasan Penggunaan PLC dalam industri - Penghematan komponen seperti timer, relay dan counter. - Tidak memerlukan pekerjaan wiring kabel yang rumit. - Kecepatan respon yang tinggi dan efisinesi. - Mudah untuk modifikasi system. 6

2 7 - Dapat digunakan untuk system yang kompleks ( MMI atau HMI ) dan dapat di komunikasikan antar PLC Cara Kerja PLC Untuk dapat menggunakan PLC, cukup dengan menguhubungkan sensor pada bagian input device PLC dan alat alat yang dikontrol pada bagian output device PLC. Kemudian program yang ada dalam PLC akan memproses data dari masukan input device PLC dan outputnya akan bekerja sesuai dengan program yang dibuat dan tersimpan di dalam memory PLC. Peralatan input dapat berupa sensor photo-elektrik, push button dan panel kontrol, limit switch atau peralatan lainnya dimana dapat menghasilkan suatu sinyal yang dapat diterima PLC. Peralatan output dapat berupa switch yang menggerakkan lampu indikator, relai yang menyalakan motor atau peralatan lain yang dapat digerakkan oleh sinyal output dari PLC. Selain itu, PLC juga menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang melaksanakan fungsi-fungsi khusus seperti : logika, pewaktuan, sekuensial dan aritmetika yang dapat mengendalikan suatu mesin atau proses melalui modul modul I/O baik analog maupun digital Cara memprogram PLC PLC dapat diprogram dengan dua cara yaitu dengan menggunakan Handy Programmer atau dengan menggunakan Personal Computer melalui software khusus. Metoda programnya menggunakan program yang berbentuk Ladder atau Statement list.

3 Perangkat Keras PLC Bagian Bagian Dasar PLC Sebagai perangkat pengendali proses, PLC mempunyai bagian bagian penting yang mendukung unjuk kerja sistemnya. Bagian bagian itu adalah: a. CPU b. Memory c. I/O d. Power Supply 1. Central Processing Unit ( CPU ) CPU berfungsi untuk mengontrol dan mengawasi semua pengoperasian dalam PLC, melaksanakan program yang disimpan di dalam memori. 2. Memory Memori yang terdapat pada PLC berfungsi untuk menyimpan program dan memberikan lokasi-lokasi dimana hasil hasil perhitungan dapat disimpan di dalamnya. 3. Input/Output Setiap input/output memiliki alamat dan nomor urutan khusus yang digunakan selama membuat program untuk memonitor satu persatu aktivitas input dan output didalam program. 4. Power Supply PLC tidak akan beroperasi apabila tidak ada supply daya listrik. Power Supply merubah tegangan input menjadi tegangan listrik yang dibutuhkan oleh PLC. Dengan kata lain, sebuah supply daya listrik mengkonversikan supply daya PLN (220 V) ke daya yang dibutuhkan CPU atau modul input/output.

4 Sensor Pengertian Sensor Sensor adalah suatu peralatan yang berfungsi untuk mendeteksi gejala gejala atau sinyal sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi biologi, energi mekanik dan sebagainya. Suatu peralatan yang memberitahukankepada sistem kontrol tentang apa yang sebenarnya terjadi dinamakan sensor atau juga dikenal sebagai transduser. Sebagai contoh tubuh manusia mempunyai sistem sensor luar biasa yang memberitahukan kepada otak manusia secara terus menerus dengan gambar gambar yang layak dan lengkap disekitar lingkungan. Untuk system kontrol si pembuat harus memastikan parameter apa yang dibutuhkan untuk di monitor sebagai contoh :posisi, temperatur, dan tekanan, kemudian tentukan sensor dan rangkaian data interface untuk melakukan pekerjaan ini. Sebagai contoh, kita ingin mengukur aliran cairan dalam suatu pipa dengan menggunakan flowmeter, atau kita ingin mengukur aliran secara tidak langsung dengan seberapa lama cairan mengisi suatu tangki dengan ukuran tertentu. Kebanyakan sensor bekerja dengan mengubah beberapa parameter fisik seperti temparatur atau posisi ke dalam sinyal listrik. Ini sebabnya mengapa sensor juga dikenal sebagai transduser yaitu suatu peralatan yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain Klasifikasi Sensor Berdasarkan parameter parameternya sensor dapat dibagi menjadi : 1. Sensor Posisi (position sensors) Contoh : potensiometer, optical rotary encoders, dan LVDT.

5 10 2. Sensor Kecepatan (velocity sensors) Contoh : optical dan direct current tachometers. 3. Sensor Proximity (proximity sensors) Contoh : limit switches, optical proximity switches, dan hall effect switches. 4. Sensor beban (load sensors) Contoh : bonded wire strain gauges, semiconductor force strain gauges, dan low force sensors. 5. Sensor Tekanan (pressure sensors) Contoh : tabung bourdon, bellows, dan semiconductor pressure sensors. 6. Sensor Temperatur (temperature sensors) Contoh : sensor temperatur bimetal, termokopel, resistance temperature detectors (RTD), termistor, dan IC temperature. 7. Sensor Aliran (flow sensors) Contoh : pelat orifice, tabung venture, tabung pitot, turbin, dan flowmeter magnetik (magnetic flowmeters). 8. Sensor Permukaan Cairan (liquid level sensors) Contoh : discrete, dan lain lain Sensor Proximity Secara bahasa Proximity switch berarti, proximity artinya jarak atau kedekatan, sedangkan switch artinya saklar jadi definisinya adalah sensor atau saklar otomatis yang mendeteksi logam berdasarkan jarak yang diperolehnya, artinya sejauhmana kedekatan object yang dideteksinya dengan sensor, sebab karakter dari sensor ini, mendeteksi object yang cukup dekat dengan satuan mili meter, umumnya sensor ini mempunyai jarak deteksi yang bermacam-macam seperti 5,7,10,12, dan 20 mm tergantung dari type sensor yang digunakan, semakin besar angka yang tercantum pada typenya,maka semakin besar pula jarak deteksinya, selain itu sensor ini mempunyai tegangan kerja antara Vdc atau ada juga yang menggunakan tegangan AC Vac.

6 Cara Kerja Proximity Sensor Seperti yang telah disebutkan diatas, sensor ini bekerja berdasarkan jarak object terhadap sensor, ketika ada object logam yang mendekat kepadanya dengan jarak yang sangat dekat 5 mm misalkan, maka sensor akan bekerja dan menghubungkan kontaknya, kemudian melalui kabel yang tersedia bisa dihubungkan ke perangkat lainnya seperti lampu indikator, relay dll. Pada saat sensor ini sedang bekerja atau mendeteksi adanya logam (besi) maka akan ditandai dengan lampu kecil berwarna merah atau hijau yang ada dibagian atas sensor, sehingga memudahkan kita dalam memonitor kerja sensor atau ketika melakukan preventive maintenace. Hampir setiap mesin - mesin produksi yang ada di setiap industri, baik itu industri kecil ataupun besar, menggunakan sensor jenis ini, sebab selain praktis sensor ini termasuk tahan terhadap benturan ataupun goncangan, selain itu mudah pada saat melakukan perawatan ataupun penggantian, sebab talah dirancang demikian oleh produsennya, adapun salah satu contoh pengunaan atau penerapan dari sensor jenis ini adalah digunakan untuk mendeteksi gerakan cylinder up atau down pada sebuah mesin atau penggerak. Jarak Deteksi Jarak deteksi adalah, Jarak dari posisi referensi (permukaan referensi) untuk operasi yang diukur (reset) ketika obyek standar penginderaa n digerakkan oleh metode tertentu. Atur Jarak Jarak dari permukaan referensi yang memungkinkan penggunaan stabil, termasuk pengaruh suhu dan tegangan, ke posisi objek (standar) sensing transit. Ini adalah sekitar 70% sampai 80% dari jarak (nilai) normal sensing.

7 Limit Switches Suatu sensor proximity memberitahukan kepada kontroller jika suatu bagian yang bergerak berada pada posisi yang tepat. Limit switch adalah salah satu contoh dari sensor proximity. Limit switch adalah suatu tombol atau katup atau indicator mekanik yang diletakkan pada suatu tempat yang digerakkan ketika suatu bagian mekanik berada di ujung sesuai dengan pergerakan yang diinginkan. Sebagai contoh, dalam pembuka pintu otomatis garasi semua kontroller harus mengetahui apakah pintu terbuka atau tertutup sepenuhnya. Limit switch dapat mendeteksi kedua kondisi ini. Gambar 2.1 menunjukkan beberapa contoh limit switch. Limit switch sangat berperan untuk banyak aplikasi, tetapi mereka memiliki dua kekurangan yaitu digunakan secara terus menerus sebagai peralatan mekanik akhirnya akan rusak, dan limit switch membutuhkan sejumlah tekanan fisik untuk digerakkan. (a) Tombol tekan (b) Tombol fleksibel (c) Roller Gambar 2.1 Macam Macam Limit Switch

8 Optical Proximity Sensors Optical proximity sensors sering disebut dengan interrupters, menggunakan sumber cahaya dan sensor cahaya yang diletakkan pada suatu tempat dimana objek dapat dideteksi ketika memotong garis cahaya. Gambar 2.2(a) detektor cahaya menghitung sejumlah kaleng dalam suatu proses penyusunan. Gambar 2.2(b) detektor cahaya menentukan lubang read only pada floopiy disk terbuka atau tertutup. (a) Menghitung kaleng kaleng belt conveyor (b) Mendeteksi lubang floopy disk Gambar 2.2 Aplikasi Optical Proximity Sensor Detektor cahaya mempunyai empat tipe yang sering digunakan yaitu photo resistor, photodiodes, photo transistors, dan photovoltaic cells. 1. Photo resistor Photo resistor terbuat dari suatu material seperti cadmium sulfide (Cd S), mempunyai sifat bahwa resistansi akan menurun jika permukaan cahaya meningkat. Agak sensitif dan tidak mahal, resistansi dapat berubah oleh beberapa faktor dalam keadaan terang ataupun gelap. Gambar 2.3(a) menunjukkan rangkaian interface photo resistor, R pd menurun dan V out meningkat. 2. Photodiode Photodiode adalah dioda yang sensitif terhadap cahaya. Ketika sebuah cahaya mengenai langsung kepada titik PN akan mengakibatkan meningkatnya kebocoran

9 14 arus balik. Gambar 2.3(b) menunjukkan photodiode dengan rangkaian interface. Memberitahukan bahwa photodiode diberi tegangan reversed biased dan bahwa kebocoran arus balik yang kecil diubah ke dalam penguatan tegangan oleh operational amplifier. 3. Photo transistor Gambar 2.3(c) menunjukkan cahaya secara efektif menghasilkan arus base dengan membangkitkan sepasang rongga elektron pada titik CB, semakin banyak cahaya maka transistor akan bekerja semakin baik. 4. Photovoltaic cell Photovoltaic cell berbeda dengan sensor cahaya sebab Photovoltaic cell sebenarnya menghasilkan daya listrik dari cahaya. Semakin besar cahaya maka semakin besar pula tegangan atau dapat juga dinamakan solar cell. Ketika digunakan sebagai sensor tegangan output yang kecil biasanya dikuatkan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3(d). (a) Photoresistor (b) Photodiode (c) Phototransistor (d) Photovoltaic Cell Gambar 2.3. Macam Macam Detector Cahaya

10 15 Beberapa aplikasi menggunakan optical proximity sensor yang dinamakan dengan slotted coupler, juga disebut optointerrupter seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Peralatan ini terdiri dari sumber cahaya dan detektor. Ketika suatu objek bergerak ke dalam slot maka garis cahaya akan hancur. Peralatan ini diciptakan dengan bentuk standar yang bervariasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.4(a). Untuk mengoperasikannya daya harus disediakan untuk LED, dan sinyal output diambil dari phototransistor seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4(b), yang menyediakan TTL level (5 V atau 0 V) output. Ketika slotnya terbuka, cahaya mengenai transistor maka akan menyala. Ketika sinar terganggu maka transistor akan mati dan collector akan naik hingga 5 V melalui resistor. (a) Tipe bentuk (b) Rangkaian Gambar 2.4. Slotter Coupler Hall Effect Proximity Sensors Pada tahun 1879 E. H. Hall menetapkan efek yang dinamakan efek hall yang berasal dari namanya sendiri. Dia menemukan sifat khusus dari tembaga dan kemudian semikonduktor yang lain. Mereka dapat menghasilkan tegangan dalam medan magnet. Ini adalah merupakan sifat utama dari germanium dan indium. Efek hall sebenarnya digunakan untuk wattmeter dan gaussmeter, dan sekarang

11 16 juga digunakan untuk sensor proximity. Gambar 2.5 menunjukkan beberapa tipe aplikasi. Dalam semua kasus sensor efek hall menghasilkan tegangan ketika medan magnetk meningkat dengan sendirinya. Ini dapat dilakukan dengan menggerakkan magnet atau mengubah garis medan magnet tetapi nilai dari tegangan hall tidak bergantung pada pergerakan magnetnya melainkan bergantung pada medan magnetnya. Gambar 2.6 menunjukkan bagaimana efek hall bekerja. Pertama tama sumber tegangan eksternal digunakan untuk menghasilkan arus (I) pada semikonduktor kristal. Tegangan output (VH) melewati bagian dari kristal secara tegak lurus dengan arah arus. Ketika medan magnet didekatkan maka tegangan negatif akan dibelokkan ke satu sisi untuk menghasilkan tegangan. Hubungan ini dapat dijelaskan pada rumus berikut ini : V H = D KIB..(2-1) Dimana : V H = Tegangan efek hall K = Konstanta (bergantung pada material) I = Arus dari sumber eksternal B = Medan magnet D = Konstanta ketebalan (a) Berhadapan (b) Bergeser

12 17 (c) Notch (d) Deteksi metal Gambar 2.5. Cara Kerja Efek Hall Rumus (2-1) menyatakan bahwa V H sebanding dengan I dan B. Jika I adalah konstan dan V H sebanding dengan medan magnet (B). Oleh karena itu output tidak sesungguhnya on atau off. Untuk memperoleh aksi switch maka output harus seperti deteksi ambang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7(a). Rangkaian ini menggunakan dua penguat pembanding (comparator amps) untuk menghasilkan tegangan swith yang tinggi dan rendah. Ketika V H mencapai 0,5 V penguat atas akan menyalakan R-S flip-flop dan ketika mencapai 0,25 V maka penguat bawah akan mematikan flip-flop. Untuk bekerjanya rangkaian ini, maka kita harus memastikan magnet cukup mendekati sensor agar V H mencapai 0,5 V dan magnet cukup menjauhi sensor agar V H mencapai 0,25 V. Sensor efek hall yang lengkap dapat dibeli dalam bentuk IC. Salah satu contoh adalah Allegro 3175 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.7(b). Allegro terdiri dari sensor (X), bagian arus silang, dan deteksi ambang. Transistor akan bekerja ketika medan magnet mencapai +100 gauss dan tidak bekerja ketika menurun hingga 100 gauss. Transistor dapat memuat 15 ma, yang dapat mengatur relay kecil atau rangkaian digital secara langsung. Sensor efek hall biasanya digunakan pada banyak aplikasi. Sebagai contoh, katup keyboard computer dan sensor proximity dalam mesin.

13 18 Gambar 2.6. (a) Deteksi Ambang (b) Allegro UGN Pneumatik Pneumatic berasal dari kata pneumatikos yang artinya sesuatu yang berasal dari angin. Dalam kaitannya dalam bidang kontrol pneumatic sampai saat ini dapat dijumpai pada berbagai industry manufacture. Pneumatic mempunyai beberapa keunggulan yaitu : jumlah udara berlimpah, transfer udara relative mudah dilakukan, dapat disimpan, tidak sensitive terhadap suhu, tahan ledakan, kesederhanaan konstruksi, kecepatan dan keamanan. Beberapa elemen dalam sistem pneumatic 1. Penggerak Pneumatik Berfungsi : memberikan gaya gerak dengan pemberian tekanan udara. Contohnya : silinder double acting

14 19 Gambar 2.7. Silinder Pneumatik 2. Solenoid valve Prinsip kerja mengarahkan aliran udara bertekanan. Contohnya : direction valve 3. Regulators Control Pressure Gambar 2.8. direction valve Prinsip kerja membatasi tekanan udara pada sistem pneumatic Gambar 2.9. Pressure Regulator

15 Prinsip Kerja Sistem Pneumatik Gambar Alur sistem pneumatic Keterangan Gambar : Angin dari compressor masuk ke reservoir tank sebagai tabung penyimpan udara bebas, angin dari reservoir tank akan digunakan apabila sistem dari solenoid valve bekerja dan solenoid valve member inputan untuk menggerakkan cylinder Macam Macam Sistem Penggerak 1. Single Acting: 2. Double Acting single ended:

16 21 3. Double Acting double ended: 4. Spring Return: Macam Macam Direction Valve

17 Metode Metode Penggerak Valve 22

18 Macam - Macam Power Supply 23

19 Struktur Sistem Kontrol Pneumatik Tabel 2.1. Struktur Sistem Kontrol Pneumatik

20 Contoh Aplikasi Sistem Kontrol Valve Gambar 2.11 Desain 3 Dimensi Deskripsi Problem Dengan menekan push button, piston rod akan mendorong barang ke depan, jika push button dilepas, maka piston rod kembali pada posisi awal Gambar 2.12 Rangkaian Kontrol Pneumatik