SISTEM ATAP DAN PENERANGAN STADION SEPAK BOLA OTOMATIS

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR SISTEM ATAP DAN PENERANGAN STADION SEPAK BOLA OTOMATIS Disusun Oleh : Ahmad Abdul Muiid NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI BATAM Batam 2012

2

3 LEMBAR PENGESAHAN SISTEM ATAP DAN PENERANGAN STADION SEPAK BOLA OTOMATIS TUGAS AKHIR Diajukan Guna Memenuhi Sebagian Persyaratan Memperoleh Gelar Ahli Madya Pada Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Batam Batam, 10 - Juli Mengetahui / Menyetujui : Dosen Pembimbing Heru Wijanarko, ST NIK :

4 KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan syukur Alhamdulillah kehadirat Allah SWT, atas limpahan karunia dan ilmu sehigga penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini dengan baik. Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan akademis yang harus dilaksanakan oleh mahasiswa jurusan Teknik Elektro dengan program studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Batam. Untuk memenuhi persyaratan tersebut maka penulis mencoba untuk mengaplikasikan sebuah sistem simulasi dalam bentuk maket stadion sepak bola. Fungsi dari sistem simulasi ini untuk mengetahui cara kerja alat saat terjadinya perubahan cuaca. Penulisan Laporan Tugas Akhir ini dapat disusun dan diselesaikan dengan baik tidak terlepas dari bantuan dan dukungan dari semua pihak yang ikut dalam membimbing penulis untuk menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terkma kasih kepada: 1. Allah SWT, atas anugerah yang telah diberikan kepada penulis. 2. Orang tua dan keluarga, yang telah memberikan dorongan, perhatian, doa dan pengorbananya. 3. Bapak Dr. Priyono Eko Sanyoto, selaku Direktur Politeknik Negeri Batam. 4. Bapak Susanto, SST. selaku Ka. Prodi Teknik Elektro Politeknik Negeri Batam. 5. Bapak Heru Wijanarko, ST. selaku dosen pembimbing dalam pembuatan alat dan tugas akhir. 6. Bapak Daniel Soetopo, MT. selaku dosen pengampuh tugas akhir. 7. Seluruh Dosen-dosen Teknik Elektronika Politeknik Negeri Batam. 8. Seluruh teman-teman yang telah membantu atas terselesaikannya buku laporan ini. Penulis menyadari dalam menyusun laporan tugas akhir ini masih terdapat kelemahan atau kekurangan, baik tata bahasa, isi maupun sistem penulisanya. Hal ini dikarenakan kemampuan penulis yang sangat terbatas dalam meyusun laporan ini. Untuk itu penulis dengan segala kerendahan hati mengharapkan kritik dan saran sebagai pihak yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan ini. i

5 Akhir kata, penulis berharap laporan tugas akhir ini memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca umumnya. Batam, 05-Agustus-2012 Penulis ii

6 ABSTRAK Saat ini sistem peralatan sarana olahraga menuntut terpenuhinya kenyamanan dan keamanan bagi para penonton maupun olahragawan itu sendiri, salah satu contoh penerapannya dengan sistem otomasi dimana sistem ini diterapkan dalam sebuah stadion sepak bola. Sistem tersebut berupa atap dan penerangan stadion yang bekerja secara otomatis, sistem atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis merupakan sistem simulasi kontrol atap dan lampu yang dapat bekerja secara otomatis bila terjadi perubahan cuaca. Perubahan cuaca tersebut terdiri dari cuaca terang, cuaca gelap dan cuaca hujan. Dari ketiga cuaca tersebut maka sistem dapat bekerja dan disimulasikan dalam bentuk maket stadion sepak bola. Rancangan dalam bentuk maket ini menggunakan sebuah motor dc, bearing housing, belting, gear dan plat alumunium sebagai penggerak mekanik. Sedangkan untuk elektroniknya menggunakan rangkaian sensor hujan dan rangkaian sensor lampu. Dan sebagai kontroller menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) OMRON CPM1A. Setelah proses pembuatan, sistem dapat bekerja jika terjadi perubahan cuaca. Sistem bekerja pada saat cuaca hujan dengan meggunakan sistem array sebagai pengkondisi hujan rintik-rintik, ringan, sedang dan lebat. Sistem penerangan bekerja pada saat terjadinya perpindahan cuaca terang ke cuaca gelap. Setelah simulasi bekerja secara otomatis maka sistem atap dan penerangan sangat bermanfaat bagi penunjang sarana dan fasilitas olahraga. Keyword: LDR (Light Dependent Resistor), Sensor Hujan, PLC dan Ladder Diagram. iii

7 DAFTAR ISI Kata Pengantar... i Abstrak... iii Daftar Isi... v Daftar Gambar... viii Daftar Tabel... x BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Rumusan Masalah Batasan Masalah Metode Penulisan Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI Pendahuluan Sejarah PLC Komponen-komponen PLC Unit Pengolah Pusat (CPU - Central Processing Unit) Memori Pemograman PLC Catu daya PLC Masukan-masukan PLC Pengaturan atau Antarmuka Masukan Keluaran-keluaran PLC Pengaturan atau Antarmuka Keluaran Menghubungkan Piranti Masukan dan Keluaran Operasional PLC Perangkat Lunak PLC Diagram Tangga (Ladder Diagram) Intruksi Pemograman v

8 2.2 Relay Prinsip Kerja Relay LDR (Light Dependent Resistor) Sensor Sensor Hujan Motor DC BAB III PERANCANGAN SISTEM Perancangan Elektronika Perancangan Blok Diagram Peralatan Masukan Input Kontrol Unit atau Programmable Logic Controller (PLC) Peralatan Keluaran (Output) Power Supply Rangkaian Sensor Lampu Rangkaian Sensor Hujan Rangkaian Lampu LED Perancangan Wiring Diagram Perancangan Input dan Output PLC Flowchart Program Perancangan Mekanik Perancangan Gambar Proyeksi Perancangan Optimasi Program Penjelasan Dengan Diagram Ladder BAB IV PENGUKURAN PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM Pengukuran Perangkat Keras Pengukuran Tegangan Power Supply Pengukuran Tegangan Input Rangkaian Sensor Hujan Pengukuran Tegangan Input Rangkaian Sensor Lampu Pengukuran Wiring Input dan Output PLC Pengukuran Wiring Input PLC Pengukuran Wiring Output PLC vi

9 4.2 Pengujian Perangkat Keras Pengujian Power Supply Pengujian Rangkaian Sensor Hujan Pengujian Rangkaian Sensor Lampu Pengujian Motor DC Pengujian Sistem Secara Keseluruhan Analisa Sistem Sistem Secara Keseluruhan Power Supply atau Catu Daya BAB V KESIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B vii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 PLC OMRON SYSMAC CPM1A... 4 Gambar 2.2 Elemen-elemen dasar PLC... 8 Gambar 2.3 Rangkaian antarmuka masukan PLC Gambar 2.4 Rangkaian antarmuka keluaran PLC Gambar 2.5 Proses scanning pada PLC Gambar 2.6 CX- Programmer Ver Gambar 2.7 Unit controller pada software Gambar 2.8 Diagram waktu DIF U dan DIF D Gambar 2.9 Relay Gambar 2.10 Skema relay elektromekanik Gambar 2.11 Rangkaian dan simbol logika relay Gambar 2.12 LDR dan simbol LDR Gambar 2.13 Sensor hujan Gambar 2.14 Konstruksi motor DC Gambar 2.15 Penentuan arah gaya pada kawat berarus listrik dalam medan magnet Gambar 2.16 Motor DC Gambar 3.1 Bagan blok diagram Gambar 3.2 Power supply 24 Volt DC Gambar 3.3 Rangkaian power supply 5 volt dan 12 volt Gambar 3.4 Rangkaian sensor lampu Gambar 3.5 Rangkaian sensor hujan Gambar 3.6 Rangkaian lampu LED Gambar 3.7 Wiring diagram Gambar 3.8 Wiring input dan output PLC Gambar 3.9 Flowchart program Gambar 3.10 Google sketchup Gambar 3.11 Tampak depan Gambar 3.12 Tampak atas Gambar 3.13 Tampak samping Gambar 3.14 Programmer version Gambar 3.15 Posisi original atau home viii

11 Gambar 3.16 LDR on dan Lampu on Gambar 3.17 Proses satu buah sensor on Gambar 3.18 Proses dua buah sensor on Gambar 3.19 Proses tiga buah sensor on Gambar 3.20 Proses 4 buah sensor on Gambar 3.21 Proses membuka dan menutup atap stadion sepak bola Gambar 4.1 Multimeter digital Gambar 4.2 Pengukuran input dan output tagangan power supply IDEC PS5R C Gambar 4.3 Pengukuran input dan output tagangan power supply 5 volt dan 12 volt Gambar 4.4 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor hujan Gambar 4.5 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor lampu Gambar 4.6 Display Indikator PLC CPM1A 30 CDR Gambar 4.7 Pengukuran wiring input PLC Gambar 4.8 Penjelasan aktifasi external output PLC Gambar 4.9 Pengukuran wiring output PLC Gambar 4.10 Pengujian Power Supply Gambar 4.11 Rangakain sensor hujan Gambar 4.12 Sensor hujan Gambar 4.13 Rangkaian sensor lampu Gambar 4.14 Pengukuran LDR Gambar 4.15 IC LM Gambar 4.16 Mekanik atap stadion Gambar 4.17 Driver motor DC ix

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Intruksi program Tabel 2.2 Intruksi program lanjutan Tabel 3.1 Tabel peralatan masukan (input) Tabel 3.2 Tabel peralatan keluaran (output) Tabel 3.3 Daftar komponen Tabel 4.1 Hasil pengukuran power supply IDEC PS5R C Tabel 4.2 Hasil pengukuran power supply 5 volt dan 12 volt Tabel 4.3 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor hujan Tabel 4.4 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor lampu Tabel 4.5 Pengukuran wiring input PLC Tabel 4.6 Pengukuran wiring output PLC Tabel 4.7 Cara kerja sensor hujan terhadap motor x

13 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Melatar belakangi tuntutan sebuah teknologi modern yang semakin berkembang, salah satu tuntutan tersebut menciptakan suatu kenyamanan fasilitas olahraga dimana fasilitas tersebut adalah stadion sepak bola. Stadion sepak bola menuntut terciptanya suatu pertandingan yang nyaman dan kondusif bila meyaksikan suatu pertandingan dalam kondisi segala cuaca, baik cuaca hujan maupun cuaca gelap. Dalam kondisi cuaca yang tidak mendukung, suatu pertandingan tentulah akan ditunda dan dihentikan untuk sementara waktu. Untuk itu perlu adanya suatu sistem yang dapat menciptakan pertandingan tetap berjalan walaupun dalam kondisi cuaca yang tidak mendukung. Sistem tersebut berupa sestem otomasi dimana penerapanya dalam stadion sepak bola adalah sistem atap dan sistem penerangan. Sistem atap berfungsi jika terjadi perubahan cuaca cerah ke cuaca hujan, sehingga atap stadion bergerak secara otomatis dan menutup stadion agar air hujan tidak masuk dan membasahi ruangan stadion. Sedangkan sistem penerangan berfungsi menerangi ruangan stadion jika terjadi perubahan cuaca terang ke cuaca gelap. Dengan adanya sistem ini maka sangatlah membatu sarana olahraga, sehingga bermanfaat bagi masyarakat, terutama para penonton dan pemain sepak bola agar kenyamanan suatu pertandingan dapat berjalan dengan baik. 1.2 Tujuan dan Manfaat Adapun rincian tujuan dan dari Tugas Akhir ini dibuat adalah sebagai berikut: 1. Mensimulasikan sistem stadion sepak bola dalam bentuk maket stadion. 2. Simulasi sistem berupa sistem atap yang bekerja sesuai kondisi cuaca hujan dan cuaca cerah. 3. Simulasi sistem penerangan lampu stadion yang bekerja secara otomatis saat cuaca gelap dan terang. Sedangkan manfaat pembuatan alat sebagai berikut : 1. Menghasilkan suatu alat yang bekerja secara otomatis. 2. Menciptakan suatu kenyamanan pertandingan sepak bola. 1

14 1.3 Rumusan Masalah Mengacu pada permasalahan yang diuraikan pada latar belakang, maka rumusan masalah dalam pembuatan tugas akhir ini dapat ditekankan pada : 1. Bagaimana cara membuat sistem atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis dalam bentuk maket? 2. Bagaimana cara kerja sensor hujan terhadap cuaca hujan dan cuaca cerah? 3. Bagaimana cara kerja sensor lampu terhadap cuaca gelap dan cuaca terang? 4. Bagaimana perubahan performansi dari kinerja motor DC yang dipergunakan sebagai peggerak mekanik atap stadion sepak bola? 5. Bagaimana hasil analisa dengan data hasil pengukuran yang dibandingkan saat sebelum dan sesudah terjadinya perubahan cuaca sebagai input masukan PLC? 1.4 Batasan Masalah Dalam merancang sistem atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis ada beberapa batasan-batasan masalah yang dapat diuraikan sebagai berikut : 1. Stadion dibuat dalam bentuk maket. 2. Jumlah atap stadion hanya menggunakan satu atap. 3. Tidak menampilkan tampilan LCD ketika terjadinya perubahan cuaca di maket stadion. 4. Simulasi hanya sistem atap dan penerangan. 5. Simulasi hujan secara manual. 1.5 Metode Penulisan Dalam pembuatan laporan ini, penulis mendapatkan data dan informasi dari panduan buku dari perpustakaan Politeknik Negeri Batam, serta media lainnya yang menyangkut tentang materi yang dikerjakan. Sedangkan untuk mendapatkan data dari alat yang telah penulis kerjakan, penulis menggunakan metode pengujian dan pengamatan, dengan cara melakukan pengambilan data melalui alat ukur, pengetesan dengan program dan lain-lain. Hasil akhir dari pengujian, penulis melakukan perbandingan antara teori dan analisa praktek. 2

15 1.6 Sistematika Penulisan Sistematika Penulisan merupakan bagian dari penulisan laporan yang mempunyai tujuan untuk mempermudah pembaca terhadap pemahaman pembaca terhadap isi yang terkandung di dalamnya, hal ini untuk menghindari kesalahan penafsiran. Penulisan laporan ini dikelompokkan menjadi beberapa bagian antara lain: BAB I Pendahuluan berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat, batasan masalah, metode penulisan, sistematika penulisan. BAB II Dasar teori yang menunjang yang di peroleh dari referensi-referensi yang dipublikasi secara resmi BAB III Perancangan sistem mulai dari disain dan laporan. BAB IV Keluaran dan analisa sistem menjelaskan tentang cara pengujian dan menganalisa sistem. BAB V Kesimpulan dan saran merupakan ringkasan dari hasil analisa. 3

16 BAB II DASAR TEORI 2.1 PLC (Programmable Logic control) Sistem kontrol proses terdiri atas sekumpulan piranti-piranti dan peralatan-peralatan elektronik yang mampu menangani kestabilan, akurasi, dan mengeliminasi transisi status yang berbahaya dalam proses produksi. Masing-masing komponen dalam sistem kontrol proses tersebut. [1] Programmable Logic control seperti pada gambar 2.1 adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relay yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian memegang peranan pentingnya masing-masing, tidak peduli ukurannya. Misalnya saja, jika sensor tidak ada atau rusak atau tidak bekerja, maka sistem kontrol proses tidak akan tahu apa yang terjadi dalam proses yang sedang berjalan. [1] Gambar 2.1 PLC OMRON SYSMAC CPM1A [6] Sebuah PLC (kepanjangan Programmable melakukan proses dan melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan keluarannya (logika 0 atau 1, hidup atau mati). Pengguna membuat program (yang umumnya dinamakan diagram tangga atau ladder diagram) yang kemudian harus dijalankan oleh PLC yang bersangkutan, Dengan kata lain, PLC menentukan aksi apa yang harus dilakukan pada instrumen keluaran berkaitan dengan status suatu ukuran atau besaran yang diamati. [1] 4

17 PLC banyak digunakan pada aplikasi-aplikasi industri, misalnya pada proses pengepakan, penanganan bahan, perakitan, otomatis dan sebagainya. Dengan kata lain, hampir semua aplikasi yang memerlukan kontrol listrik atau elektronik membutuhkan PLC. [1] Guna memperjelas contoh penggunaan PLC ini, misalnya diinginkan saat suatu saklar ON, akan digunakan untuk menghidupkan sebuah selenoida selama 5 detik, tidak peduli berapa lama saklar tersebut ON. Kita bisa melakukan hal ini menggunakan pewaktu atau timer. Tetapi bagaimana jika yang dibutuhkan 10 saklar dan 10 selenoida, maka kita akan membutuhkan 10 pewaktu. Kemudian bagaimana jika kemudian dibutuhkan informasi berapa kali masing-masing saklar dalam kondisi ON, tentu saja akan membutuhkan pencacah eksternal. Demikian seterusnya, makin lama makin kompleks. [1] Dengan demikian, semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting penggunaan PLC untuk mempermudah proses-proses tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan). Selain itu sistem kontrol proses konvensional memiliki beberapa kelemahan, antara lain. [1] perlu kerja keras saat dilakukan pengkabelan. Kesulitan saat dilakukan penggantian dan/atau perubahan. Kesulitan saat dilakukan pelacakan kesalahan. Saat terjadi masalah, waktu tunggu tidak menentu dan biasanya lama. Sedangkan penggunaan kontroller PLC memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan sistem kontrol konvesional, antara lain. [1] Dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional, jumlah kabel yang dibutuhkan bisa berkurang hingga 80 %. PLC mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan dengan sistem control proses konvensional (berbasis relay). Fungsi diagnostik pada sebuah kontroler PLC membolehkan pendeteksian kesalahan yang mudah dan cepat. Perubahan pada aurutan operasional atau proses atau aplikasi dapat dilakukan dengan mudah, hanya dengan melakukan perubahan atau penggantian program, baik melalui terminal konsol maupun komputer PC. Tidak membutuhkan spare part yang banyak. 5

18 Lebih murah dibandingkan dengan sistem konvensional, khususnya dalam kasus penggunaan instrumen I/O yang cukup banyak dan fungsi operasional prosesnya cukup kompleks Sejarah PLC (Programmable Logic Controller) PLC pertama kali diperkenalkan pada tahun 1960-an. Alasan utama perancangan PLC adalah untuk menghilangkan beban ongkos perawatan dan penggantian sistem kontrol mesin berbasis relay. Bedford Associate (Bedford, MA) mengajukan usulan yang diberi nama MODICON (kepanjangan Modular Digital controller) untuk perusahaan-perusahaan mobil di Amerika. Sedangkan perusahaan lain mengajukan sistem berbasis komputer (PDP-8). MODICON 084 merupakan PLC pertama didunia yang digunakan pada produk komersil. [1] Saat kebutuhan produksi berubah maka demikian pula dengan sistem kontrol-nya. Hal ini menjadi sangat mahal jika perubahannya terlalu sering. Karena relay merupakan alat mekanik, maka, tentu saja, memiliki umur hidup atau masa penggunaan yang terbatas, yang akhirnya membutuhkan jadwal perawatan yang ketat. Pelacakan kerusakan atau kesalahan menjadi cukup membosankan jika banyak relay yang digunakan. Bayangkan saja sebuah panel kontrol yang dilengkapi dengan monitor ratusan hingga ribuan relay yang terkandung pada sistem kontrol tersebut. Bagaimana kompleks-nya melakukan pengkabelan pada relay-relay tersebut. [1] Dengan demikian "pengontrol baru" (the new controller) ini harus memudahkan para teknisi perawatan dan teknisi lapangan melakukan pemrograman. Umur alat harus menjadi lebih panjang dan program proses dapat dimodifikasi atau dirubah dengan lebih mudah. Serta harus mampu bertahan dalam lingkungan industri yang keras. Jawabannya penggunaan teknik pemrograman yang sudah banyak digunakan (masalah kebiasaan dan pada dasarnya bahwa 'people do not like to change') dan mengganti bagian-bagian mekanik dengan teknologi solid-state (IC atau mikroelektronika atau sejenisnya). [1] Pada pertengahan tahun 1970-an, teknologi PLC yang dominan adalah sekuenser mesin-kondisi dan CPU berbasis bit-slice. Prosesor AMD 2901 dan 2903 cukup populer digunakan dalam MODICON dan PLC A-B. Mikroprosesor konvensional kekurangan daya dalam menyelesaikan secara cepat logika PLC untuk semua PLC, kecuali PLC kecil. Setelah mikroprosesor konvensional mengalami perbaikan dan pengembangan, PLC yang besar-besar mulai banyak menggunakan-nya. Bagaimanapun juga, hingga saat ini ada yang masih berbasis pada AMD Kemampuan komunikasi pada PLC mulai muncul pada 6

19 awal-awal tahun Sistem yang pertama adalah Modbus-nya MODICON. Dengan demikian PLC bias berkomunikasi dengan PLC lain dan bisa ditempatkan lebih jauh dari lokasi mesin sesungguhnya yang dikontrol. Sekarang kemampuan komunikasi ini dapat digunakan untuk mengirimkan dan menerima berbagai macam tegangan untuk membolehkan dunia analog ikut terlibat. Sayangnya, kurangnya standarisasi mengakibatkan komunikasi PLC menjadi mimpi buruk untuk protokol-protokol dan jaringa-jaringan yang tidak kompatibel. Tetapi bagaimanapun juga, saat itu merupakan tahun yang hebat untuk PLC. [1] Pada tahun 1980-an dilakukan usaha untuk menstandarisasi komunikasi dengan protokol otomasi pabrik milik General Motor (General Motor's Manufacturring utomation Protocol MAP). Juga merupakan waktu untuk memperkecil ukuran PLC dan pembuatan perangkat lunak pemrograman melalui pemgromaman smbolik dengan komputer PC dari pada terminal pemrogram atau penggunaan pemrogram genggam (handled programmer). Sekarang PLC terkecil seukuran dengan sebuah kontrol relay tunggal (seperti produk ZEN Programmable Relay dari Omron). [1] Tahun 1990 dilakukan reduksi protokol baru dan modernisasi lapisan fisik dari protokol-protokol populer yang bertahan pada tahun 1980-an. Standar terakhir (IEC ), berusaha untuk menggabungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu standar internasional. Sekarang bisa dijumpai PLC-PLC yang diprogram dalam diagram fungsi blok daftar instruksi, C dan teks terstruktur pada saat bersamaan. [1] 7

20 2.1.2 Komponen-Komponen PLC PLC sesungguhnya merupakan sistem mikrokontroller khusus untuk industri, artinya seperangkat perangkat lunak dan keras yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi dalam dunia industri. Elemen-elemen dasar sebuah PLC ditunjukkan pada gambar 2.2 berikut: Gambar 2.2 Elemen-elemen dasar PLC. [6] Unit Pengolah Pusat (CPU - Central Processing Unit) Unit pengolah pusat atau CPU merupakan otak dari sebuah kontroler PLC. CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah mikrokontroler (versi mini mikrokontroler lengkap). Pada awalnya merupakan mikrokontroler 8-bit seperti 8051, namun saat ini bisa merupakan mikrokontroler 16 atau 32 bit. Biasanya untuk produk-produk PLC buatan Jepang, mikrokontrolernya adalah Hitachi dan Fujitsu, sedangkan untuk produk Eropa banyak menggunakan Siemens dan Motorola untuk produk produk Amerika. CPU ini juga menangani komunikasi dengan piranti eksternal, interkonektivitas antar bagian-bagian internal PLC, eksekusi program, manajemen memori, mengawasi atau mengamati masukan dan memberikan sinyal ke keluaran (sesuai dengan proses atau program yang dijalankan). Kontroler PLC memiliki suatu rutin kompleks yang digunakan untuk memeriksa agar dapat dipastikan memori PLC tidak rusak, hal ini dilakukan karena alasan keamanan. Hal 8

21 ini bisa dijumpai dengan adanya indikator lampu pada badan PLC sebagai indikator terjadinya kesalahan atau kerusakan. [2] Memori Memori sistem (saat ini banyak yang mengimplementasikan penggunaan teknologi flash) digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol proses. Selain berfungsi untuk menyimpan sistem operasi, juga digunakan untuk menyimpan program yang harus dijalankan, dalam bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang dibuat oleh pengguna atau pemrogram. Isi dari memori Flash tersebut dapat berubah (bahkan dapat juga dikosongkan atau dihapus) jika memang dikehendaki seperti itu. Tetapi yang jelas, dengan penggunaan teknologi Flash, proses penghapusan dan pengisian kembali memori dapat dilakukan dengan mudah (dan cepat). Pemrograman PLC, biasanya, dilakukan melalui kanal serial komputer yang bersangkutan. Memori pengguna dibagi menjadi beberapa blok yang memiliki fungsi khusus. Beberapa bagian memori digunakan untuk menyimpan status masukan dan keluaran. Status yang sesungguhnya dari masukan maupun keluaran disimpan sebagai logika atau bilangan 0 dan 1 (dalam lokasi bit memori tertentu). Masing-masing masukan dan keluaran berkaitan dengan sebuah bit dalam memori. Sedangkan bagian lain dari memori digunakan untuk menyimpan isi variabel-variabel yang digunakan dalam program yang dituliskan. Misalnya, nilai pewaktu atau nilai pencacah bisa disimpan dalam bagian memori ini. [2] Pemrograman PLC Kontroller PLC dapat diprogram melalui komputer, tetapi juga bisa deprogram melalui program manual, yang biasa disebut dengan konsol (console). Untuk keperluan ini dibutuhkan perangkat lunak, yang biasanya juga tergantung pada produk PLC-nya. Dengan kata lain, masing-masing produk PLC membutuhkan perangkat sendiri-sendiri. [2] Saat ini fasilitas PLC dengan komputer sangat penting sekali artinya dalam pemrograman-ulang PLC dalam dunia industri. Sekali sistem diperbaiki, program yang benar dan sesuai harus disimpan ke dalam PLC lagi. Selain itu perlu dilakukan pemeriksaan program PLC, apakah selama disimpan tidak terjadi perubahan atau sebaliknya, apakah program sudah berjalan dengan benar atau tidak. Hal ini membantu untuk menghindari situasi berbahaya dalam ruang produksi (pabrik), dalam hal ini beberapa pabrik PLC telah membuat fasilitas dalam PLCnya berupa dukungan terhadap 9

22 jaringan komunikasi, yang mampu melakukan pemeriksaan program sekaligus pengawasan secara rutin apakah PLC bekerja dengan baik dan benar atau tidak. [2] Hampir semua produk perangkat lunak untuk memprogram PLC memberikan kebebasan berbagai macam pilihan seperti memaksa suatu saklar (masukan atau keluaran) bernilai ON atau OFF, melakukan pengawasan program (monitoring) secara real-time termasuk pembuatan dokumentasi diagram tangga yang bersangkutan. Dokumentasi diagram tangga ini diperlukan untuk memahami program sekaligus dapat digunakan untuk pelacakan kesalahan. Pemrogram dapat memberikan nama pada piranti masukan dan keluaran, komentar-komentar pada blok diagram dan lain sebagainya. Dengan pemberian dokumentasi maupun komentar pada program, maka akan mudah nantinya dilakukan pembenahan (perbaikan atau modifikasi) program dan pemahaman terhadap kerja program diagram tangga tersebut. [2] Catu Daya PLC Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan catu daya ke seluruh bagian PLC (termasuk CPU, memori dan lain-lain). Kebanyakan PLC bekerja pada catu daya 24 VDC atau 220 VAC. Beberapa PLC catu dayanya terpisah (sebagai modul tersendiri). Yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan yang medium atau kecil, catu dayanya sudah menyatu. Pengguna harus menentukan berapa besar arus yang diambil dari modul keluaran/masukan untuk memastikan catu daya yang bersangkutan menyediakan sejumlah arus yang memang dibutuhkan. Tipe modul yang berbeda menyediakan sejumlah besar arus listrik yang berbeda. [2] Catu daya listrik ini biasanya tidak digunakan untuk memberikan catu daya langsung ke masukan maupun keluaran, artinya masukan dan keluaran murni merupakan saklar (baik relay maupun opto isolator). Pengguna harus menyediakan sendiri catu daya terpisah untuk masukan dan keluaran PLC. Dengan cara demikian, maka lingkungan industri dimana PLC digunakan tidak akan merusak PLC-nya itu sendiri karena memiliki catu daya terpisah antara PLC dengan jalur-jalur masukan dan keluaran. [2] Masukan-Masukan PLC Kecerdasan sebuah sistem terotomasi sangat tergantung pada kemampuan sebuah PLC untuk membaca sinyal dari berbagai macam jenis sensor dan piranti-piranti masukan lainnya. untuk mendeteksi proses atau kondisi atau status suatu keadaan atau proses yang sedang terjadi, misalnya, berapa cacah barang yang sudah diproduksi, ketinggian 10

23 permukaan air, tekanan udara dan lain sebagainya, maka dibutuhkan sensor-sensor yang tepat untuk masing-masing kondisi atau keadaan yang akan dideteksi tersebut. Dengan kata lain, sinyal-sinyal masukan tersebut dapat berupa logika (ON atau OFF) maupun analog. PLC kecil biasanya hanya memiliki jalur masukan digital saja, sedangkan yang besar mampu menerima masukan analog melalui unit khusus yang terpadu dengan PLC-nya. Salah satu sinyal analog yang sering dijumpai adalah sinyal arus 4 hingga 20mA (atau mv) yang diperoleh dari berbagai macam sensor. Lebih canggih lagi, peralatan lain dapat dijadikan masukan untuk PLC, seperti citra dari kamera, robot (misalnya, robot bisa mengirimkan sinyal ke PLC sebagai suatu informasi bahwa robot tersebut telah selesai memindahkan suatu objek dan lain sebagainya) dan lain-lain. [3] Pengaturan atau Antarmuka Masukan Antarmuka masukan berada di antara jalur masukan yang sesungguhnya dengan unit CPU. Tujuannya adalah melindungi CPU dari sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki yang bisa merusak CPU itu sendiri. Modul antar masukan ini berfungsi untuk mengkonversi atau mengubah sinyal-sinyal masukan dari luar ke sinyal-sinyal yang sesuai dengan tegangan kerja CPU yang bersangkutan (misalnya, masukan dari sensor dengan tegangan kerja 24 VDC harus dikonversikan menjaid tegangan 5 VDC agar sesuai dengan tegangan kerja CPU). Hal ini dengan mudah dilakukan menggunakan rangkaian opto-isolator sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.3 berikut. [3] Gambar 2.3 Rangkaian antarmuka masukan PLC. [9] 11

24 Penggunaan opto-isolator artinya tidak ada hubungan kabel sama sekali antara dunia luar dengan unit CPU. Secara optik dipisahkan (perhatikan gambar diatas), atau dengan kata lain, sinyal ditransmisikan melalui cahaya. Kerjanya sederhana, piranti eksternal akan memberikan sinyal untuk menghidupkan LED (dalam opto osilator), akibatnya photo transistor akan menerima cahaya dan akan menghantarkan arus (ON), CPU akan melihatnya sebagai logika nol (catu antara kolektor dan emitor drop dibawah 1 volt). Begitu juga sebaliknya, saat sinyal masukan tidak ada lagi, maka LED akan mati dan photo transistor akan berhenti menghantar (OFF), CPU akan melihatnya sebagai logika satu. [3] Keluaran-Keluaran PLC Sistem otomatis tidaklah lengkap jika tidak ada fasilitas keluaran atau fasilitas untuk menghubungkan dengan alat-alat eksternal (yang dikendalikan). Beberapa alat atau piranti yang banyak digunakan adalah motor, selenoida, relay, lampu indikator, speaker dan lain sebagainya. Keluaran ini dapat berupa analog maupun digital. Keluaran digital bertingkah seperti sebuah saklar, menghubungkan dan memutuskan jalur. Keluaran analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog (misalnya, perubahan tegangan untuk pengendalian motor secara regulasi linear sehingga diperoleh kecepatan putar tertentu). [3] Pengaturan atau Antarmuka Keluaran Sebagaimana pada antarmuka masukan, keluaran juga membutuhkan antarmuka yang sama yang digunakan untuk memberikan perlindungan CPU dengan peralatan eksternal yang menyalakan dan mematikan LED didalam optoisolator sekarang adalah CPU, sedangkan yang membaca status photo transistor, apakah menghantarkan arus atau tidak, adalah peralatan atau piranti eksternal yang ditujukkan pada gambar 2.4 berikut. [3] Gambar 2.4 Rangkaian antarmuka keluaran PLC [9] 12

25 Menghubungkan Piranti Masukan dan Keluaran Sebagaimana sudah dijelaskan sebelumnya, PLC yang berdiri sendiri tidak ada artinya, agar berfungsi sebagaimana mestinya, PLC haruslah dilengkapi dengan pirantipiranti masukan dan keluaran. Untuk masukan, diperlukan sensor untuk memperoleh informasi yang dibutuhkan. Kemudian apa yang dikendalikan atau dikontrol, inilah fungsi dari keluaran, dihubungkan dengan berbagai macam piranti yang akan dikendalikan seperti motor, selenoida dan lain sebagainya. [3] Operasional PLC Sebuah PLC bekerja secara kontinyu dengna cara men-scan program. Ibaratnya kita bisa mengilustrasikan satu siklus scan ini menjadi 3 langkah atau 3 tahap. Umumnya lebih dari 3 tetapi secara garis besarnya ada 3 tahap tersebut, sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.5. [3] Gambar 2.5 Proses scanning pada PLC [9] Keterangan : 1. Periksa status masukan, pertama PLC akan melihat masing-masing status Keluaran apakah kondisinya sedang ON atau OFF. Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubungkan dengan masukan pertama ON. Bagaimana dengan yang terhubungkan pada masukan kedua. Demikian seterusnya, hasilnya disimpan ke dalam memori yang terkait dan akan digunakan pada langkah berikutnya. [3] 13

26 2. Eksekusi Program, berikutnya PLC akan mengerjakan atau mengeksekusi program Anda (diagram tangga) per instruksi. Mungkin program Anda mengatakan bahwa masukan pertama statusnya ON maka keluaran pertama akan di-on-kan. Karena PLC sudah tahu masukan yang mana saja yang ON dan OFF, dari langkah pertama dapat ditentukan apakah memang keluaran pertama harus di-on-kan atau tidak (berdasarkan status masukan pertama). Kemudian akan menyimpan hasil eksekusi untuk digunakan kemudian. [3] 3. Perbaharui Status Keluaran Akhirnya PLC akan memperbaharui atau mengupdate status keluaran. Pembaharuan keluaran ini bergantung pada masukan mana yang ON selama langkah 1 dan hasil dari eksekusi program di langkah 2. Jika masukan pertama statusnya ON, maka dari langkah 2, eksekusi program akan menghasilkan keluaran pertama ON, sehingga pada langkah 3 ini keluaran pertama akan diperbaharui menjadi ON. [3] Setelah langkah 3, PLC akan menghalangi lagi scanning program-nya dari langkah 1, demikian seterusnya. Waktu scan didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan 3 langkah tersebut. Masing-masing langkah bisa memiliki waktu tanggap (response time) yang berbeda-beda, waktu total tanggap atau total response time adalah jumlah semua waktu tanggap masing-masing langkah. [3] waktu tanggap masukan + waktu eksekusi program + waktu tanggap keluaran = waktu tanggap total Perangkat Lunak PLC CX-Programmer merupakan software yang dirancang khusus sebagai software pendukung dalam pemograman PLC OMRON. Dengan menggunakan software kita dapat mengetahui kesalahan dalam pemograman dengan mudah dan cepat seperti pada gambar 2.6 adalah software cx-programmer. Gambar 2.6 CX- Programmer Ver 9.1 [6] 14

27 Diagram Tangga (Ladder Diagram) Diagram ladder adalah bahasa yang dimiliki oleh setiap PLC. Diagram ladder menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontakkontak relay secara terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertical dimana garis vertical sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positif power supply dan garis vertical sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatif power supply. [2] Program ladder ditulis menggunakan bentuk simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian control relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemmen-elemen seperti new contact, new closed contact, new contact OR, new closed contact OR, new vertical, new horizontal, new coil, new closed coil, new PLC intruction dan lain-lain...[2] Dibawah kondisi yang benar, listrik dapat mengalir dari rel sebelah kiri ke rel sebelah kanan, jalur rel seperti ini disebut sebagai ladder line. Peraturan secara umum didalam menggambarkan program ladder diagram adalah. [2] a. Daya mengalir dari rel kiri ke kanan. b. Output Coil tidak boleh dihubungkan secara langsung direl sebelah kiri. c. Tidak ada kontak yang diletakkan disebelah kanan output coil. d. Hanya diperbolehkan satu output coil pada ladder line Intruksi Pemograman Tahap dasar untuk persiapan awal dapat memudahkan dalam membuat program dalam PLC. Dengan mempersiapkan daftar seluruh peralatan input dan output beserta lokasi I/O bit, penempatan lokasi word dalam penulisan data dan berikut adalah gambar 2.7 unit controller pada software. [6] Gambar 2.7 Unit controller pada software [6] 15

28 1. Dasar-dasar Pemograman PLC Instruksi dasar dalam pemogramman adalah suatu masukan apapun dengan cara menekan sesuai dengan programming consule atau dengan penggunaan kode fungsi. Instruksi mnemonic, simbol dan fungsi dalam pembuatan program dapat dilihat seperti tabel 2.1 dan tabel 2.2 di bawah ini. [3] Tabel 2.1 Intruksi program [3] Mnemonic Data Simbol Keterangan LD LD NOT AND AND NOT B: Bit IO, HR, AR, LR B: Bit IO, HR, AR, LR, TC B: Bit IO, HR, AR, LR B: Bit IO, HR, AR, LR, TC Dipergunakan untuk memulai pembentukan sembarang blok logik dalam diagram ladder, aktif bila kondisi eksekusi ON Dipergunakan untuk memulai pembentukan sembarang blok logik dalam diagram ladder, aktif bila kondisi eksekusi OFF Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun seri pada line instruksi yang sama, aktif bila kondisi eksekusi ON Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun seri pada line instruksi yang sama, aktif bila kondisi eksekusi OFF AND LD OR OR NOT OR LD NA B: Bit IO, HR, AR, LR, TC B: Bit IO, HR, AR, LR, TC NA Dipergunakan untuk menggabungkan dua buah resultan kondisi yang terhubung secara serial. Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun secara paralel pada line instruksi yang berbeda, aktif bila kondisi eksekusi ON Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun secara paralel pada line instruksi yang berbeda, aktif bila kondisi eksekusi OFF Dipergunakan untuk menggabungkan dua buah resultan kondisi yang terhubung secara paralel. OUT B: Bit IO, HR, AR, LR, TC Digunakan untuk mengontrol status bit operand sesuai dengan kondisi eksekusi. OUT NOT B: Bit IO, HR, AR, LR, TC Instruksi ini merupakan instruksi keluaran, aktif bila kondisi ekseksui OFF. 16

29 Tabel 2.2 Intruksi program lanjutan [3] Mnemonic Data Simbol Keterangan TIM N:TIM/CNT Number SV: IR, SR, DM,EM, HR,LR, # Operasi pengatur waktu, menunda( pengurangan) DIFU B: HR, AR, LR, IR Satu putaran naik yang ditunjuk untuk satu siklus masukan DIFD CNT B: HR, AR, LR, IR N:TIM/CNT Number SV: IR, SR, DM,EM, HR,LR, # Satu putaran turun yang ditunjuk untuk satu siklus masukan Digunakan untuk menghitung mundur Set Value (SV) ketika kondisi eksekusi pada CP berubah dari OFF ke ON LD (Load) Dipergunakan untuk memulai pembentukan sembarang blok logik dalam diagram ladder, aktif bila kondisi eksekusi ON. Instruksi ini memerlukan sebuah line kode mnemonic. [3] LD NOT (Load Not) Dipergunakan untuk memulai pembentukan sembarang blok logik dalam diagram ladder, aktif bila kondisi eksekusi OFF. Instruksi ini memerlukan sebuah line kode mnemonic. [3] AND Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun seri pada line instruksi yang sama, aktif bila kondisi eksekusi ON. Instruksi ini juga memerlukan sebuah line kode mnemonic. [3] AND NOT Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun seri pada line instruksi yang sama, aktif bila kondisi eksekusi OFF. Instruksi ini juga memerlukan sebuah line kode mnemonic. [3] AND LD (And Load) Instruksi ini dipergunakan untuk menggabungkan dua buah resultan kondisi yang terhubung secara serial. [3] 17

30 OR Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun secara paralel pada line instruksi yang berbeda, aktif bila kondisi eksekusi ON. Instruksi ini memerlukan sebuah line kode mnemonic. [3] OR NOT Dipergunakan bila dua atau lebih kondisi tersusun secara paralel pada line instruksi yang berbeda, aktif bila kondisi eksekusi OFF. Instruksi ini memerlukan sebuah line kode mnemonic. [3] OR LD (Or Load) Instruksi ini dipergunakan untuk menggabungkan dua buah resultan kondisi yang terhubung secara paralel. [3] OUT Instruksi ini merupakan instruksi keluaran terletak di sebelah kanan. B akan aktif (ON) bila kondisi eksekusi ON dan B akan mati (OFF) bila kondisi eksekusi OFF, dengan kata lain instruksi ini digunakan untuk mengontrol status bit operand sesuai dengan kondisi eksekusi. [3] OUT NOT Merupakan instruksi keluaran, aktif bila kondisi ekseksui OFF. [3] Instruksi Timer Instruksi timer dapat digunakan sebagai timer/pewaktu ON Delay pada rangkaian relay. TIM memerlukan sebuah definer value dan operand data, yaitu N untuk nomor TC dan SV untuk set value. Timer aktif ketika kondisi eksekusinya ON dan direset ke SV ketika kondisi eksekusinya OFF. TIM berfungsi sebagai delay yang ketika ON akan menghitung mundur nilai SV ke 0 dengan tiap unitnya dihitung dalam 0,1 detik. Jika kondisi eksekusi tetap ON untuk waktu yang lebih lama dari yang dibutuhkan TIM untuk mengurangi nilai PV menuju 0, completion flag untuk nomor TC yang digunakan akan ON dan akan tetap ON hingga timer direset. TC dimulai dari [3] Nomor TC ini dapat ditujukan sebagai operand yang memerlukan data berupa bit atau word. Ketika ditujukan sebagai operand yang memerlukan data berupa bit, nomor TC mengakses bit yang berfungsi sebagai completion flag yang menunjukkan kapan waktu atau hitungan telah selesai, yaitu bit, yang dalam keadaan normal OFF, akan ON ketika SV telah habis. Ketika ditujukan sebagai operand yang memerlukan data berupa word, nomor TC mengakses lokasi memori yang menyimpan present value (PV) dari timer atau counter. 18

31 PV ini selanjutnya dapat digunakan sebagai operand di CMP(20) atau instruksi lainnya di mana TC area diperbolehkan. [3] Instruksi Counter atau penghitungan Tidak seperti TIM dan TIMH yang hanya memiliki satu input, CNT memiliki dua input, yaitu count pulse (CP) dan reset (R). CNT digunakan untuk menghitung mundur Set Value (SV) ketika kondisi eksekusi pada CP berubah dari OFF ke ON. Present value (PV) akan berkurang satu setiap kondisi eksekusi berubah dari OFF ke ON. CNT direset oleh input reset, R. Ketika R berubah dari OFF ke ON, PV direset ke SV. PV tidak akan didecrement ketika input R ON. Perhitungan mundur dari SV akan dilakukan lagi ketika input R OFF. Completion flag untuk counter akan ON ketika PV mencapai 0 dan akan tetap ON hingga counter direset. SV berharga 0000 sampai Alamat counter tidak boleh sama dengan alamat timer karena keduanya berada dalam area data yang sama dalam memory PLC. [3] Intruksi DIFU (Differentiate Up) dan DIFD (Differentiate Down) DIFU outputnya menjadi ON saat terjadi transisi OFF ke ON pada sinyal inputnya, sedangkan DIFD outputnya menjadi ON saat terjadi transisi ON ke OFF pada saat sinyal inputnya. Hal ini dapat dilihat secara jelas pada gambar 2.8 berikut. [3] Input DIF U DIF D Gambar 2.8 Diagram waktu DIF U dan DIF D. [3] 19

32 2.2 Relay Relay merupakan peralatan kontrol elektromagnetik yang dapat mengaktifkan dan mematikan kontaktor. Relay sendiri merupakan kontak elektronik, karena terdapat koil atau kumparan yang akan menggerakan kontak membuka atau menutup bila kumparan diberi aliran arus listrik. Berikut contoh dari beberapa jenis relay, seperti terlihat pada gambar 2.9 di bawah ini: Gambar 2.9 Relay [7] Relay juga dikenal sebagai komponen yang dapat mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70an, relay merupakan otak dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut. [7] 1. Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup atau membuka kontak saklar. 2. Saklar yang digerakkan secara mekanis oleh daya atau energi listrik Prinsip Kerja Relay Relay terdiri dari coil dan contact. Perhatikan gambar 2.10, coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). [5] Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari relay : ketika Coil mendapat energy listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik 20

33 armature yang berpegas, dan contact akan menutup. [5] Gambar 2.10 Skema relay elektromekanik [5] Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996) Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, relay juga mempunyai fungsi sebagai pengendali sistem. Sehingga relay mempunyai 2 macam simbol yang digunakan pada : Rangkaian listrik (hardware) Program (software) Berikut ini gambar 2.11 adalah simbol relay : Gambar 2.11 Rangkaian dan simbol logika relay [5] Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996). Simbol selalu mewakili kondisi relay tidak dienergized. 2.3 LDR (Light Dependent Resistor) Sebuah LDR atau Light Dependent Resistor seperti pada gambar 2.12, terdiri dari sebuah piringan bahan semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaanya. Secara fungsinya LDR merupakan jenis resistor yang nilainya dipengaruhi oleh cahaya. 21

34 Dalam keadaan lingkungan yang gelap atau di bawah cayaha redup, bahan piringan mengandung elektron bebas untuk mengalirkan muatan listrik. Hal ini berarti bahwa, bahan bersifat konduktor yang buruk untuk arus listrik. Dengan kata lain nilai bahan sangat tinggi. [10] Dalam keadaan lingkungan dengan cahaya cukup terang, lebih banyak elektron dapat melepaskan diri dari atom-atom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron bebas yang dapat mengalirkan muatan listrik. Dalam keadaan ini bahan bersifat sebagai konduktor yang baik dan tahanan listrik bahan rendah. Semakin terang cahaya yang mengenai bahan, samakin banyak pula elektron yang tersedia dan semakin rendah pula tahanan listrik bahan tersebut. [10] Gambar 2.12 LDR dan simbol LDR Kesimpulan LDR merupakan jenis resistor yang nilanya dipengaruhi oleh cahaya. Dalam keadaan gelap, nilai tahanan LDR sangat tinggi. Dalam keadaan terang, nilai tahanan LDR sangat rendah. 2.4 Sensor Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian tertentu. Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan. [4] 22

35 2.4.1 Sensor Hujan Sensor hujan seperti gambar 2.13 adalah sebuah sensor yang terbuat dari tembaga atau bahan yang bersifat konduktor dan dibuat terhubung seri secara terpisah. Dapat bekerja saat air hujan mengenai sensor dan akan terjadi proses elektrolisasi oleh air hujan tersebut, karena air hujan termasuk kedalam cairan elektrolit yaitu cairan yang dapat menghantarkan arus listrik. Gambar 2.13 Sensor hujan 2.5 Motor DC Motor DC merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut, motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal menentukan kecepatan motor. [8] Motor DC memiliki 2 bagian dasar : 1. Bagian yang tetap atau stasioner yang disebut stator. Stator ini menghasilkan medan magnet, baik yang dibangkitkan dari sebuah koil (elektro magnet) ataupun magnet permanen. 2. Bagian yang berputar disebut rotor. Rotor ini berupa sebuah koil dimana arus listrik mengalir. [8] 23

36 Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B dan gambar 2.14 adalah kontruksi motor dc. [8] Gambar 2.14 Kontruksi motor DC [8] Belitan stator merupakan elektromagnet, dengan penguat magnet terpisah F1-F2. Belitan jangkar ditopang oleh poros dengan ujung-ujungnya terhubung ke komutator dan sikat arang A1-A2. Arus listrik DC pada penguat magnet mengalir dari F1 menuju F2 menghasilkan medan magnet yang memotong belitan jangkar. Belitan jangkar diberikan listrik DC dari A2 menuju ke A1. Sesuai kaidah tangan kiri jangkar akan berputar berlawanan jarum jam. [8] Gaya elektromagnet pada motor DC timbul saat ada arus yang mengalir pada penghantar yang berada dalam medan magnet. Medan magnet itu sendiri ditimbulkan oleh megnet permanen. Garis-garis gaya magnet mengalir diantara dua kutub magnet dari kutub utara ke kutub selatan. Menurut hukum gaya Lourentz, arus yang mengalir pada penghantar yang terletak dalam medan magnet akan menimbulkan gaya. Gaya F, timbul 24

37 tergantung pada arah arus I, dan arah medan magnet B. Arah gaya F dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri seperti pada gambar 2.15 berikut ini. [8] Gambar 2.15 Penentuan arah gaya pada kawat berarus listrik dalam medan magnet [8] Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis meggunakan sebuah motor dc sebagai penggerak mekanik atap stadion dan motor dc yang digunakan berupa motor yang terdapat gear box didalamnya. Sehingga mampu menahan atap stadion ketika motor tersebut bergerak. Berikut gambar 2.16 motor dc. Gambar 2.16 Motor DC [8] 25

38 BAB III PERANCANGAN SISTEM Perancangan sistem, Sistem Atap dan Penerangan Stadion Sepak Bola Otomatis dengan menggunakan PLC terbagi menjadi tiga bagian yakni perancangan wiring atau pengkabelan, perancangan mekanik, dan perancangan programming. 3.1 Perancangan Elektronika Dalam pembuatan tugas akhir penulis merancang perancangan elektronika sebagai perancangan sistem Perancangan Blok Diagram Perancangan blok diagram merupakan proses penjelasan sistem kerja alat, dimana sistem kerja tersebut berupa power supply sebagai tegangan masukan sensor hujan, sensor lampu, PLC, motor dc dan lampu LED sebagai sistem penerangannya. Sensor hujan dan sensor lampu sebagai masukan input PLC dan ouput-nya berupa motor dc dam lampu LED sedangkan PLC merupakan kontrol sistem secara keseluruhan. Berikut adalah gambar 3.1 blok diagram. Power Supply Sensor Hujan & Sensor Lampu PLC Motor dc & Lampu LED Gambar 3.1 Bagan blok diagram Peralatan Masukan (Input) Pada gambar 3.1 diatas peralatan input adalah perintah untuk operasional Sistem Atap dan Penerangan Stadion Sepak Bola Otomatis. Pada peralatan masukan terdapat 4 buah rangkaian sensor hujan, rangkaian sensor lampu dan 2 buah limit switch. Tabel 3.1 dibawah ini merupakan rincian ringkas dari input PLC. 26

39 Tabel 3.1 Tabel peralatan masukan (input) NO DESCRIPTION INPUT 1 Rangkaian Sensor Lampu X000 2 Rangkaian Sensor Hujan 1 X001 3 Rangkaian Sensor Hujan 2 X002 4 Rangkaian Sensor Hujan 3 X003 5 Rangkaian Sensor Hujan 4 X004 6 Limit Switch 1 X005 7 Limit Switch 2 X Kontrol Unit atau Programmable Logic Controller ( PLC ) PLC merupakan alat yang akan mengontrol semua perintah input (masukan) untuk di proses dengan menggunakan ladder diagram (diagram tangga), untuk menjalankan perintah, kemudian akan di keluarkan pada peralatan output (keluaran). PLC yang di gunakan adalah CPM1A 30 CDR, terdiri dari 18 untuk masukan, dan 12 untuk keluaran. [3] Peralatan Keluaran (Output ) Pada peralatan keluaran terdapat 3 buah rangkaian lampu LED, motor DC sebagai penggerak atap stadion, buzzer sebagai indikator hujan dan 4 buah lampu 24 volt sebagai indikator sensor hujan, seperti terlihat pada tabel 3.2 dibawah ini Tabel 3.2 Tabel peralatan keluaran (output) NO DESCRIPTION OUTPUT 1 Lampu 1 Y Lampu 2A Y Lampu 2B Y Motor DC CW positif 5V Y Motor DC CW nagatif 5V Y Motor DC CCW positif 5V Y Motor DC CCW negatif 5V Y Buzzer Y Lampu 1 sensor 24V Y Lampu 2 sensor 24V Y Lampu 3 sensor 24V Y Lampu 4 sensor 24V Y

40 3.1.5 Power Supply Catu daya seperti pada gambar 3.2 merupakan penyalur daya yang sudah di searahkan sehingga menjadi DC, dimana Power Supply disini berguna untuk pembagi tegangan untuk semua peralatan masukan dan keluaran. Power Supply yang digunakan adalah IDEC PS5R C-24, dengan keluaran tegangan 24 volt untuk men-supply tegangan ke PLC,dan Power Supply 12 volt serta 5 volt untuk men-supply tegangan ke rangkaian lampu, rangkaian sensor hujan dan motor DC. Gambar 3.2 Power supply 24 Volt DC [6] Gambar 3.3 Rangkaian power supply 5 volt dan 12 volt Dari gambar 3.3 rangkaian power supply 5 dan 12 volt dc menggunakan prinsip penyearah gelombang penuh dengan meggunakan 4 buah dioda sebagai sistem jembatan penyearah. 28

41 3.1.6 Rangkaian Sensor Lampu Rangkaian sensor lampu seperti gambar 3.4 pada sistem atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis berfungsi sebagai sistem penerangan stadion sepak bola. Dimana rangkaian ini menggunakan LDR (Light Dependent Resistor) sebagai komponen utamanya. Gambar 3.4 Rangkaian sensor lampu Rangkaian Sensor Hujan Rangkaian sensor lampu seperti gamabar 3.5 pada sistim atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis berfungsi sebagai penggerak atap stadion apabila terjadinya hujan turun yang mengenai sensor hujan tersebut Gambar 3.5 Rangkaian sensor hujan 29

42 3.1.8 Rangkaian Lampu LED Pada gambar 3.6 rangkaian lampu dengan LED pada sistim atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis. Rangkaian ini berfungsi sebagai sistem penerangan stadion sepak bola, dimana rangkaian ini terdapat 3 buah bagian rangkaian lampu yaitu lampu LED warna biru dan lampu LED warna putih. Gambar 3.6 Rangkaian lampu LED Perancangan Wiring Diagram Sumber power yang digunakan dalam pembuatan proyek menggunakan listrik dari jala-jala 220 volt AC. Berikut ini adalah ringkasan perlengkapan elektronika yang digunakan pada tugas akhir, seperti rincian tabel 3.3 berikut ini : 30

43 Tabel 3.3 Daftar komponen NO NAMA KOMPONEN MODEL / JENIS GAMBAR 1 Power Supply IDEC PS5R C-24 Volt DC 2 Power Supply 5 Volt dan 12 Volt DC 3 PLC OMRON CPM1A 30 CDR 4 Motor DC Gear Box 24 Volt DC 5 Rangkaian Sensor Hujan Input 12 Volt 6 Rangkaian Sensor lampu Input 5 Volt dan 12 Volt 31

44 7 Rankaian Lampu LED Input 5 Volt 8 Limit Switch NC / NO 5 Volt 9 Relay OMRON GW-2015N 24 Volt DC Sebelum melakukan assembly wiring, terlebih dahulu membuat gambar wiring connection untuk control utama pada perancangan elektronika, berikut gambar 3.7 wiring diagramnya: Gambar 3.7 Wiring diagram 32

45 Perancangan Input dan Output PLC Untuk mempermudah pembuatan program maka terlebih dahulu penulis membuat wiring diagram dan daftar Input PLC dengan penandaaan X (contoh X000 untuk alamat bit 00.00) dan daftar Output PLC yang beri penandaan Y (contoh Y1000 untuk alamat bit 10.00). Seperti terlihat pada gambar 3.8. Gambar 3.8 Wiring input dan output PLC Flowchart Program Dibawah ini merupakan rincian flowchart program, dimana antar signal saling tersambung seperti bagan flowchart pada gambar

46 Start Data Sensor LDR Data Sensor Hujan 1 Data Sensor Hujan 2 Data Sensor Hujan 3 Data Sensor Hujan 4 PLC Hujan PLC LDR T 1 Sensor Y 2 Sensor T Y 2 Menit T Cuaca Gelap 3 Sensor T Y Y 1 Menit 4 Sensor T Y 5 Detik 30 Detik Lampu ON Motor On Gambar 3.9 Flowchart program Finish 34

47 3.2 Perancangan Mekanik Dalam pembuatan tugas akhir, penulis merancang gambar mekanik meggunakan applikasi software google sketchup sebagai perancangan gambar proyeksi berikut gambar 3.10 software google sketchup. Gambar 3.10 Google sketchup Perancangan Gambar Proyeksi Perancangan gambar proyeksi yang penulis rancang meliputi gambar yang sesuai dengan hasil pembuatan alat sesungguhnya. Berikut hasil gambar yang dapat ditampilkan seperti gambar 3.11, gambar 3.12 dan gambar

48 Gambar 3.11 Tampak depan Gambar 3.12 Tampak atas 36

49 Gambar 3.13 Tampak samping 3.3 Perancangan Optimasi Program Dalam merancang pembuatan program Leader diagram PLC, penulis meggunakan software program cx-programmer version 9.1 sebagai programnya dan berikut gambar 3.14 software program version 9.1. Gambar 3.14 Programmer version 9.1 [6] 37

50 3.3.1 Penjelasan Dengan Diagram Ladder Indikator home atau origin posisi akan aktif apabila semua masukan (tidak terjadinya cuaca gelap dan cuaca hujan) dalam keadaan homing sehingga masing-masing dari output tidak menyala atau terhubung, berikut gambar 3.15 penjelasan program original atau home posisi. Gambar 3.15 Posisi original atau home 38

51 Pada gambar 3.16 sistem akan menyala apabila terjadi masukan ketika LDR dipengaruhi oleh cahaya, sehingga input X 0.00 akan terhubung. Dan pengkondisi signal memerintahkan output Y akan menyala kemudian timer 0,5 detik bekerja setelah itu output Y dan Y terhubung. Gambar 3.16 LDR on dan Lampu on Sistem pada gambar 3.17 sensor hujan akan bekerja apabila terjadinya cuaca hujan sebagai masukan input PLC. Terdapat 4 buah sensor hujan dimana setiap sensor terdiri dari alamat input X 0.01, X 0.02, X 0.03 dan X Dimana atap akan menutup saat salah satu masukan (X) akan tehubung dan timer akan bekerja selama 2 menit. 39

52 Gambar 3.17 Proses satu buah sensor on Pada gambar 3.18, sistem terhubung jika dua buah sensor on, ketika input PLC mengintruksikan adanya dua buah masukan (X 0.01, X 0.02, X 0.03 dan X 0.04) maka timer akan bekerja selama 1 menit. Gambar 3.18 Proses dua buah sensor on 40

53 Pada gambar 3.19, sistem terhubung jika tiga buah sensor on, ketika input PLC mengintruksikan adanya tiga buah masukan (X 0.01, X 0.02, X 0.03 dan X 0.04) maka timer akan bekerja selama 30 detik. Gambar 3.19 Proses tiga buah sensor on Pada gambar 3.20, sistem terhubung jika empat buah sensor on, ketika input PLC mengintruksikan adanya empat buah masukan (X 0.01, X 0.02, X 0.03 dan X 0.04) maka timer akan bekerja selama 5 detik. Gambar 3.20 Proses 4 buah sensor on 41

54 Pada gambar 3.21, proses membuka dan menutup atap stadion terjadi apabila cuaca hujan sebagai masukan input sensor hujan (X 0.01, X 0.02, X 0.03 dan X 0.04) terhubung. Maka kondisi Y dan Y (menutup atap stadion sepak bola) akan terhubung menggerakan motor dan disaat itu output Y bekerja setelah delay waktu 1 detik. Gambar 3.21 Proses membuka dan menutup atap stadion sepak bola 42

55 BAB IV PENGUKURAN, PENGUJIAN DAN ANALISA SISTEM 4.1 Pengukuran Perangkat Keras Pengukuran mempunyai tujuan untuk mengetehui kinerja dari suatu sistem yang telah dirancang, apakah telah sesuai dengan spesifikasi. Adapun alat yang digunakan dalam pengukuran proyek ini ialah dengan menggunakan multimeter digital KRISBOW KW AC/DC METER (seperti pada gambar 4.1). untuk pengukuran tegangan (V) dan arus (A) dari rangkaian dan komponen yang telah dirancang. Gambar 4.1 Multimeter digital Pengukuran Tegangan Power Supply Dari pengukuran power supply Idec IDEC PS5R C-24 dan power supply 5 dan 12 volt yang akan diukur adalah tegangan masukan dan tegangan keluaran. Alat yang digunakan dalam melakukan pengukuran adalah multimeter digital. Dimana untuk test point 1 yaitu masukan (AC) dari power supply, dan test point 2 adalah tegangan keluarn (DC). Untuk pengukuran keluaran dari power supply menggunakan Multimeter digital dengan parameter Volt DC dengan skala otomatis, dengan cara menghubungkan kabel atau probe merah ke posisi Volt yang ada di multimeter dengan terminal tegangan positif (V+) pada power supply, dan menghubungkan kabel hitam ke com pada multimeter dengan tegangan negatif (V-) pada terminal keluaran dari power supply. Sedangkan untuk mengukur test point 1 dengan cara merubah set parameter Volt DC ke parameter Volt AC dengan skala otomatis. Seperti terlihat pada gambar 4.2 dan gambar 4.3 dibawah ini 43

56 Test Point 1 Test Point 2 Gambar 4.2 Pengukuran input dan output tagangan power supply IDEC PS5R C-24 Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan pada tabel 4.1 power supply Idec PS5R-D24, maka didapatkan hasil pengukuran seperti pada tabel berikut ini. No Tabel 4.1 Hasil Pengukuran power supply IDEC PS5R C-24 Test point Terminal (Tahapan pengukuran) Tegangan 1. Masukan 1 191,5 Volt AC 2. Keluaran 2 23,9 Volt DC 44

57 Test Point 1 Test Point 2 Test Point 3 Gambar 4.3 Pengukuran input dan output tagangan power supply 5 volt dan 12 volt Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan pada power supply Idec PS5R-D24, maka didapatkan hasil pengukuran seperti pada tabel 4.2 berikut ini. No Tabel 4.2 Hasil Pengukuran power supply 5 volt dan 12 volt Test point Terminal Tegangan (Tahapan pengukuran) 1. Masukan 1 191,1 Volt AC 2. Keluaran 2 4,93 Volt DC 3. Keluaran 3 11,85 Volt DC 45

58 4.1.2 Pengukuran Tegangan Input Rangkaian Sensor Hujan Pengukuran tegangan pada rangkaian sensor hujan dilakukan pada input terminal rangkaian sebagai penanda apakah tegangan sudah masuk dan mehidupkan rangkaian sensor hujan, berikut gambar 4.4 pengukuran tegangan input rangkaian sensor hujan. Test Point 1 Gambar 4.4 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor hujan Setelah pengukuran maka di peroleh hasil pengukuran seperti tabel 4.3 dibawah ini. Tabel 4.3 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor hujan No Test Point (Tahapan pengukuran) Tegangan ,80 Volt DC 46

59 4.1.3 Pengukuran Tegangan Input Rangkaian Sensor Lampu Pengukuran tegangan pada rangkaian sensor lampu dilakukan pada input terminal rangkaian pada gambar 4.5 berikut. Test Point 1 Test Point 2 Gambar 4.5 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor lampu Setelah melakukan pengukuran input rangkaian senson hujan maka diperoleh hasil pengukuran seperti pada tabel 4.4 berikut ini : Tabel 4.4 Pengukuran tegangan input rangkaian sensor lampu No Test Point (Tahapan pengukuran) Tegangan ,93 Volt DC ,80 Volt DC 47

60 4.1.4 Pengukuran Wiring Input dan Output PLC Untuk pengukuran wiring input dan output PLC dilakukan secara langsung dengan cara melihat indikator pada display PLC dan melakukan pengukuran pada masing-masing bit address pada PLC, berikut adalah gambar 4.6 Display Indikator PLC CPM1A 30 CDR. Gambar 4.6 Display Indikator PLC CPM1A 30 CDR Pengukuran Wiring Input PLC Untuk melakukan pengukuran wiring input, PLC terlebih dahulu dalam keadaan aktif atau ON, kemudian menekan masing-masing switch atau push button dan sensor yang digunakan. Jika kondisi push button atau sensor aktif maka indicator input PLC yang ada pada display bagian depan PLC akan menyala sesuai dengan alamat atau bit address masing-masing, berikut adalah gambar 4.7 Pengukuran wiring input PLC. Gambar 4.7 Pengukuran wiring input PL 48

61 Setelah melakukan proses pengukuran wiring input PLC maka diperoleh hasil data pengukuran seperti pada tabel 4.5 berikut ini : NO Bit Address Tabel 4.5 Pengukuran wiring input PLC Kondisi Input Tegangan (V) Keterangan Off 0.00 On Sensor Lampu Off 0.00 On Sensor Hujan 1 Off 0.00 On Sensor Hujan 2 Off 0.00 On Sensor Hujan 3 Off 0.00 On Sensor Hujan 4 Off 0.00 On Limit switch 1 Off 0.00 On Limit Switch Pengukuran Wiring Output PLC Untuk melakukan pengukuran pada wiring output, dengan cara menghubungkan PLC dengan counsule atau computer terlebih dahulu, kemudian pilih bit address yang akan diukur dengan memilih menu force pada software PLC selanjutnya pilih force on untuk mengaktifkan dan force off untuk mengnonaktifkan, dan berikut adalah gambar 4.8 Penjelasan aktifasi external output PLC 49

62 Gambar 4.8 Penjelasan aktifasi external output PLC Setelah proses penjelasan seperti pada gambar 4.8, maka proses selanjutnya adalah proses pengukuran secara langsung ke output PLC, dan berikut adalah gambar 4.9 pengukuran wiring output PLC. Gambar 4.9 Pengukuran wiring output PLC 50

63 Setelah proses pengukuran wiring output PLC maka diperoleh data pengukuran seperti pada tabel 4.6 berikut ini. Tabel 4.6 Pengukuran wiring output PLC NO Bit Address Kondisi Output Tegangan (V) Keterangan Force Set On Lampu 1 Force Set Off 0.00 (LED Biru) Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Force Set On Force Set Off 0.00 Lampu 2A (LED Putih) Lampu 2B (LED Putih) Motor CW Positif 5V Motor CW Negatif 5V Motor CCW Positif 5V Motor CCW Negatif 5V Buzzer Lampu 1 Sensor Lampu 2 Sensor Lampu 3 Sensor Lampu 4 Sensor 51

64 4.2 Pengujian Perangkat Keras Pengujian dilakukan untuk mengetahui kinerja dari sebuah rangkaian yang telah kita gunakan. Penulis menguji berdasarkan blok-blok sistem yang terdapat pada proyek yang penulis telah rancang. Diantaranya power supply, rangkaian sensor hujan, rangkaian sensor lampu, input dan Output PLC dan programmming Pengujian Power Supply Pengujian ini dilakukan dengan memberikan tegangan input 220 VAC jala-jala listrik ke input power supply dari hasil pengujian keluaran dari power supply menghasilkan tegangan, yaitu 24V DC untuk power supply IDEC PS5R C-24, 12V DC dan 5V DC untuk power supply ke input sumber rangkaian sensor hujan, rangkaian sensor lampu dan rangakaian lampu LED seperti pada gambar 4.10 berikut ini. Gambar 4.10 Pengujian Power Supply Pengujian Rangkaian Sensor Hujan Pengujian rangkaian pada gambar 4.11 sensor hujan terdiri dari empat buah rangkaian, dimana jika terjadi hujan maka akan menghubungkan sensor, sehingga diperoleh tegangan yang mengaktifkan relay. Dan output relay akan memberi sinyal on kepada PLC sehingga prosess atap akan bekerja. Gambar 4.11 Rangkaian sensor hujan 52

65 Sensor hujan yang terbuat dari tembaga papan PCB pada gambar 4.12 dibuat secara seri terpisah dan akan aktif jika air hujan mengenai sensor, sehingga sensor adalam kondisi aktif. Gambar 4.12 Sensor hujan Setelah proses terjadinya hujan maka empat buah sensor akan aktif secara sistem array, dimana proses ini juga akan mengaktifkan motor sebagai penggerak mekanik atap stadion dan lampu akan aktif sebagai sistem penerangan stadion, berikut adalah tabel 4.7 penjelasan cara kerja sensor hujan terhadap motor dan lampu. Tabel 4.7 Cara kerja sensor hujan terhadap motor dan lampu No Sensor Hujan (On) Waktu Motor Lampu Jumlah Sensor (On) 1. {(S1), (S2), (S3), (S4)} 2 menit On On 1 2. {(S1 S2), (S1 S3), (S1 S4), (S2 S3), (S2 S4), (S3 S4)} 1 menit On On 2 3. {(S1 S2 S3), (S1 S2 S4), (S2 S3 S4), (S3 S4 S1)} 30 detik On On 3 4. {(S1 S2 S3 S4)} 5 detik On On 4 53

66 4.2.3 Pengujian Rangkaian Sensor Lampu Rangkaian pada gambar 4.13 berfungsi sebagai sistem penerangan stadion sepak bola, dimana rangkaian ini menggunakan LDR sebagai sensornya. Karena LDR di pengaruhi oleh cahaya di sekitarnya, untuk pengujian rangkaian ini membutuhkan tegangan input sebesar 5V DC dan 12V DC. Gambar 4.13 Rangkaian sensor lampu Dari pengukuran LDR pada gambar 4.14 dapat disimpulkan bahwa ketika LDR terkena cahaya terang nilai tahanannya rendah dan ketika gelap tahanannya sangat tinggi. Gambar 4.14 Pengukuran LDR Dan dari pengukuran dapat disimpulkan persamaan perhitungan sebagai berikut : LDR Gelap (R=58K) Pin 6 LM339 =84,7 mvolt LDR Terang (R=1k) Pin 6 LM339 54

67 = 2,5 Volt Vout Reff = Pin 7 Vout Pin 1 LM339 akan On jika Input tegangan Pin 7 lebih besar dari Input Pin 6 dan sebaliknya Vout Pin 1 akan Off jika Input tegangan Pin 7 lebih kecil dari Input Pin 6. Dan berikut adalah gambar 4.15 IC LM LM Gambar 4.15 IC LM 339 Pada rangkaian transistor 2n2222 sebagai rangkaian switching saklar elektronik dapat diperoleh persamaan sebagai berikut : IC = 5mA, hfe = 50 maka Jika IB = 1mA dan Vin = 5V maka Jadi arus yang masuk ke A Sinyal yang masuk di Basis transistor (keadaan gelap maka output LM339 akan On dan lebih tinggi dari VBE 2n2222) maka transistor On, C dan E seakan-akan terhubung secara singkat sehingga relay akan On dan arus IC = IE. 55

68 4.2.4 Pengujian Motor DC Motor DC merupakan penggerak sistem atap stadion sepak bola otomatis, didalam pembuatan tugas akhir ini penulis meggunakan satu buah motor 24V DC yang dapat beputar searah jarum jam (CW) dan berlawanan arah jarum jam (CCW). Dan berikut adalah gambar 4.16 perancangan mekanik atap stadion. Gambar 4.16 Mekanik atap stadion Pada gambar 4.17 merupakan driver relay dimnana motor dc dapat bergerak searah jarum jam (CW) jika R1 dan R4 aktif dan bergerak berlawan arah jarum jam (CCW) jika R3 dan R2 aktif. Gambar 4.17 Driver motor DC 56

69 4.2.5 Pengujian Sistem Secara Keseluruhan Setelah semua komponen telah berfungsi dengan sebagaimana mestinya, wiring input dan output yang sesuai dengan perencanaan sistem keseluruhan dan selanjutnya pengujian program ladder diagram. Dengan cara mendapatkan trouble langsung melakukan perbaikan dan modifikasi. 4.3 Analisa Sistem Dari hasil pengukuran dan pengujian didapatkan hasil analisa dari masing-masing komponen pada alat sistim atap dan penerangan stadion sepak bola otomatis ini sebagai berikut Sistem Secara Keseluruhan Dari hasil pengujian dan pengukuran sistem secara keseluruhan telah bekerja sesuai dengan fungsi yang diharapkan, yang mana power supply telah cukup men-supply tegangan keseluruhan sistem. Fungsi Wiring input setelah dihubungkan online dengan PLC sebagai pemberi intruksi data pada CPU, kemudian CPU mengolah data input kemudian dikirim ke wiring output untuk menjalankan eksekusi data Power Supply atau Catu Daya Tegangan yang keluar dari rangkaian penyearah dan tegangan yang keluar dari trafo terdapat perbedaan, perbedaan hasil pengukuran disebabkan beberapa faktor, faktor-faktor tersebut terdapat pada alat pengukur yang mempunyai nilai toleransi, faktor yang lainnya juga dari penglihatan, dan faktor skala alat ukur. Perbedaan tegangan yang dihasilkan masih mampu men-supply perangkat dari peroyek yang penulis buat dan tidak menyebabkan kerusakan pada mesin maupun sistem. 57

70 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Dari pembuatan proyek akhir ini penulis dapat menarik kesimpulan yang didapat dari hasil pengukuran dan analisa sebagai berikut : 1. Sistem atap bekerja jika kondisi sensor hujan aktif yang dipengaruhi oleh cuaca hujan dan cuaca cerah. 2. Sensor hujan sistem array dapat digunakan sebagai delay waktu pengkondisi pada saat hujan rintik-rintik, ringan, sedang, dan lebat. 3. Sistem penerangan bekerja menggunakan LDR yang dipengaruhi oleh intensitas cahaya. 4. Kinerja motor DC sebagai penggerak mekanik atap stadion dipengaruhi oleh input sensor hujan dalam kondisi aktif. 5. PLC sebagai kontrol sistem bekerja dalam dua kondisi cuaca untuk menganalisa sistem dan data hasil pengukuran. 5.2 Saran Untuk sistem yang lebih baik kedepannya perlu ditambahkan beberapa hal diantaranya : 1. Untuk simulasi hujan secara manual sebaiknya diganti secara sistem elektronik. 2. Pengontrolan intensitas cahaya setiap lampu sebaiknya diatur sesuai kondisi cahaya ruangan stadion dengan menggunakan sistem fuzzy logic. Sistem secara keseluruhan dikembangkan untuk memudahkan sarana dan fasilitas yang ada di setiap stadion sepak bola. 58

71 DAFTAR PUSTAKA [1]. Bolton, William Programmable Logic Controller (PLC) Sebuah Pengantar Edisi Ketiga. Jakarta : Erlangga [2]. Husanto dan Thomas PLC (Programmable Logic Controller ) FP Sigma. Yogyakarta : Andi Yogyakarta [3]. Matsumoto Sysmac CPM1A Programmable Controller Edisi revisi. Mishimacity Shizuoka : Omron corporation [4]. Carr, Joseph Sensor and Circuit. New Jersey : PTR Prentce-Hall.Inc [5]. Petruzuella, Frank D Elektronik Industri. Yogyakarta : Andi Yogyakarta [6]. [7]. [8]. [9]. [10]. 59

72 Micro Programmable Controller CPM1A The CPM1A series micro controllers solve both basic and semi-complex applications. The brick style models include DC inputs/transistor or relay outputs to meet your design requirements. The base I/O for the CPUs ranges from 10, 20, 30, and 40 I/O points with maximum expansion to 100 I/O. Specialized expansion modules include mixed analog I/O, temperature sensor inputs and serial communications. D D D D D D D D D 10, 20, 30 and 40 point I/O CPUs Expandable up to 100 I/O points Peripheral communications port built in DC input models Analog expansion modules available Temperature sensor input expansion modules available Auxiliary 24 VDC supply (AC type only) Relay or Transistor outputs UL, CSA, CE approvals Basic Configuration CPM1-CIF01/CIF11 Serial Communications Adaptor A--22 Micro Programmable Controller CPM1A

73 Ordering Information J CPU Stock Note: Shaded models are normally stocked. Number of I/O terminals Inputs Outputs Power supply Part number Relay output Transistor output Sink type Source type 10 6 DC points 4 points AC CPM1A-10CDR-A-V1 CPM1A-10CDT-A-V1 CPM1A-10CDT1-A-V1 DC CPM1A-10CDR-D-V1 CPM1A-10CDT-D-V1 CPM1A-10CDT1-D-V DC points 8 points AC CPM1A-20CDR-A-V1 CPM1A-20CDT-A-V1 CPM1A-20CDT1-A-V1 DC CPM1A-20CDR-D-V1 CPM1A-20CDT-D-V1 CPM1A-20CDT1-D-V DC points 12 points AC CPM1A-30CDR-A-V1 CPM1A-30CDT-A-V1 CPM1A-30CDT1-A-V1 DC CPM1A-30CDR-D-V1 CPM1A-30CDT-D-V1 CPM1A-30CDT1-D-V DC points 16 points AC CPM1A-40CDR-A-V1 CPM1A-40CDT-A-V1 CPM1A-40CDT1-A-V1 DC CPM1A-40CDR-D-V1 CPM1A-40CDT-D-V1 CPM1A-40CDT1-D-V1 J EXPANSION I/O MODULES Stock Note: Shaded models are normally stocked. Description Max. number of Inputs Outputs Part number modules 20 I/O points 3max. 24 VDC Relays CPM1A-20EDR1 12 inputs, (See Note.) 24 VDC Sinking transistors CPM1A-20EDT 8 outputs t 24 VDC Sourcing transistors CPM1A-20EDT1 8 inputs 24 VDC CPM1A-8ED 8 outputs Relays CPM1A-8ER Sinking transistors CPM1A-8ET Sourcing transistors CPM1A-8ET1 Note: A maximum of 3 expansion modules can be used with the following CPUs: 30-point and 40-point with DC inputs. Micro Programmable Controller CPM1A A--23

74 J DEDICATED I/O MODULES Stock Note: Shaded models are normally stocked. Description Max. number Inputs Outputs Part number of modules Analog I/O Module 3max. 2 analog inputs 1 analog output CPM1A-MAD01 2 analog inputs (2 words) 1 analog output (1 word) CPM1A-MAD11 Temperature Sensor Input Modules Thermocouple inputs CompoBus/S I/O Link Module 8 inputs and 8 outputs DeviceNet I/O Link Module 32 inputs and 32 outputs Profibus--DP Slave Module 16 inputs and 16 outputs Note: Platinum resistance thermometert inputs 3max. 2 inputs (Types J and K) CPM1A-TS001 1max. 4 inputs (Types J and K) CPM1A-TS002 (See Note.) 3max. 2 inputs (Pt100, JPt100) CPM1A-TS101 3max. 2 inputs (Pt100, JPt100) 1 analog output CPM1A-TS101-DA 1max. 4 inputs (Pt100, JPt100) CPM1A-TS102 (See Note.) 3max. 8bits 8bits CPM1A-SRT21 (Inputs from the Master.) (Outputs to the Master.) Flat cable, 4-core, 0.75 mm 2 ; 100 m length Twisted pair cable, 2-core, 0.75 mm 2 ; available commercially 3 max. 32 bits (Inputs from the Master.) 32 bits (Outputs to the Master.) Omron connector with screws (included with DeviceNet I/O Link Module). Omron Connector for multidrop connections using thick cables. 3 max. 16 bits (Inputs from the Master.) Shielded twisted pair cable, available commercially 16 bits (Outputs to the Master.) SCA1-4F10 Belden #9409 cable CPM1A-DRT21 XW4B-05C1-H1-D XW4B-05C4-TF-D CPM1A-PRT21 Belden #3079A cable Only one CPM1A-TS002/TS102 Temperature Sensor Input Module can be connected to the CPU. If a CPM1A-TS002/102 is connected to the CPU, only one additional Special I/O Module (other than a CPM1A-TS002/102) or one Expansion I/O Module can be connected to the CPU. J PERIPHERAL DEVICES Stock Note: Shaded models are normally stocked. Product Description Part number Programming g console Hand-held programming console with cable attached, 2 m length CQM1-PRO01 -E Hand-held programming console with back light (cable not included) C200H-PRO27-E Connecting cable Connects C200H programming console to peripheral port, 2 m length C200H-CN222 Connects C200H programming console to peripheral port, 4 m length C200H -CN422 J SUPPORT SOFTWARE Stock Note: Shaded models are normally stocked. Product Functions Part number CX-Programmer Jr. Windows-based programming software; reduced instruction set WS02-CXPC1-EJ-V and networking commands. CX-Programmer Full programming software package programs micro, small and larger controllers. WS02-CXPC1-E-V A--24 Micro Programmable Controller CPM1A

75 J COMMUNICATIONS ADAPTERS AND CABLES Stock Note: Shaded models are normally stocked. Description Function Part number RS-232C Converts data communications from peripheral port for CPM1-CIF01 adapter RS-232C devices. RS-232C cable RS-422/RS-485 adapter RS-232C to RS-232C; PC connection for program download; cable length 2 m RS-232C to RS-232C for PLC communication; cable length 2 m C200H-CN229-EU CBL-202* C200H-CN320-EU CBL-804* Communication cable for NT31C (port B only) 50 cm NT31C-CN510-EU 3m NT31C-CN320-EU 5m NT31C-CN520-EU Converts data communications from peripheral port for CPM1-CIF11 RS-422/RS-485 devices. * Available in Canada only. J PROGRAM TRANSFER EQUIPMENT Stock Note: Shaded models are normally stocked. Product Description Part number Expansion Memory Unit Uploads and downloads program and setup memory areas to and from CPM1-EMU01-V1 the controller. EEPROM (256 kbits) Used with the Expansion Memory Unit EEPROM-CPM1-EMU01 J MANUALS Product Description Part number Operation manual CPM1A programmable controllers operation manual W317 Programming manual CPM1/CPM1A/CPM2A/CPM2C/SRM1(-V2) programming manual W353 Micro Programmable Controller CPM1A A--25

76 Specifications J GENERAL SPECIFICATIONS Input type DC input CPU type 10-point I/O 20-point I/O 30-point I/O 40-point I/O Power supply AC power supply 100 to 240 VAC, 50/60 Hz voltage/frequency DC power supply 24 VDC Operating voltage range Power consumption AC power supply DC power supply 85 to 264 VAC 20.4 to 26.4 VDC AC power supply 30 VA max. 60 VA max. DC power supply 6Wmax. 20 W max. Inrush current 30 A max. 60 A max. External power Power supply 24 VDC supply (AC only) voltage Power supply output capacity 200 ma 300 ma Insulation resistance 20 MΩ min. at 500 VDC between the AC terminals and the protective earth terminal. Dielectric strength Noise resistance Vibration resistance Shock resistance Ambient temperaturet Ambient humidity Ambient environment Operating Storage Operating Operating 2,300 VAC at 50/60 Hz for one minute with a leakage current of 10 ma max. between all the external AC terminals and the protective earth terminal. Conforms to IEC , 2 kv (power lines) 1500 Vp-p, pulse width 0.1 to 1 µs, rise time: 1 ns (via noise simulation) 10 to 57 Hz with an amplitude of mm, and 57 to 150 Hz with an acceleration of 1.5 G in the X, Y, and Z directions for 10 sweeps of minutes each. 147 m/s 2 in the X, Y and Z directions 3 times each. 0 C to55 C (32 F to 131 F) C to75 C (--4 F to 167 F) 10% to 90% RH no condensation With no corrosive gas Terminal screw size M3 Power supply holding time 10 ms min. for AC models, and 2 ms min. for DC models CPU Weight AC models 400 g max. 500 g max g max g max. DC models 300 g max. 400 g max. 500 g max. 600 g max. Expansion Weight Units with 20 I/O points: Units with 8 output points: Units with 8 input points: MAD01 Analog I/O unit: MAD11 Analog I/O unit: Temperature sensor units: CompoBus/S I/O link unit: DeviceNet I/O link unit: Profibus-DP slave unit: 300 g max. 250 g max. 200 g max. 150 g max. 250 g max. 250 g max. 200 g max. 200 g max. 125 g A--26 Micro Programmable Controller CPM1A

77 J CHARACTERISTICS Input type DC input CPU type 10-point I/O 20-point I/O 30-point I/O 40-point I/O Control method I/O control method Programming language Instruction word Types of instructions ti Basic instructions Special instructions Stored program method Combination of the cyclic scan and immediate refresh processing methods. Ladder diagram 1 step per instruction, 1 to 5 words per instruction 14 types 79 types, 139 instructions Instruction Basic instructions 0.72 to 16.2 µs execution time Special instructions MOV instruction = 16.3 µs Program capacity User data memory Maximum I/O CPU only points With Expansion I/O Module 2,048 words 1,024 words 10 points (6 input/ 4 output points) 20 points (12 input/ 8 output points) 30 points (18 input/ 12 output points) Up to 90 points (54 input/ 36 output points) 40 points (24 input/ 16 output points) Up to 100 points (60 input/ 40 output points) Memory protection Maintains the contents of the HR, AR, Counter and Data Memory Areas. Memory backup Flash memory: User program, data memory (Read only) and PLC setup area are backed up without a battery. Super capacitor: Data memory (Read/Write), holding bits, auxiliary memory bits, counter values, error log area are backed up by a capacitor for 20-days at an ambient temperature of 25 C. Self-diagnostic function Program check Pulse output 1 point: 2 khz CPU error (watchdog timer), memory errors, I/O bus errors No END instruction programming errors (constantly checked during operation) High-speed counter 1 point: Single phase at 5 khz or two-phase at 2.5 khz (linear counting method) Incremental mode: 0 to (16-bit) Decremental mode: to (16-bit) Quick-response inputs Together with the external interrupt input (minimum pulse width of 0.2 ms) Input time constant Can be set at 1 ms, 2 ms, 4 ms, 8 ms, 16 ms, 32 ms, 64 ms, or 128 ms. Interrupt processing: External interrupt Analog settings J I/O ALLOCATION Input bits Output bits 2 points (Response time of 0.3 ms max.) 2 points: (0 to 200 BCD) 4 points (Response time of 0.3 ms max.) to 00915; words not used for input or output bits can be used for work bits to 01915; words not used for input or output bits can be used for work bits. Work bits (IR Area) 512: IR to IR (IR 200 to IR 231) Special bits (SR Area) 384: SR to SR (SR 232 to SR 255) Temporary bits (TR Area) 8:TR 0 to TR 7 Holding bits (HR Area) 320: HR 0000 to HR 1915 (HR 00 to HR 19) Auxiliary bits (AR Area) 256: AR 0000 to AR 1515 (AR 00 to AR 15) Link bits (LR Area) 256: LR 0000 to LR 1515 (LR 00 to LR 15) Timers/Counters 128: TIM/CNT 000 to ms timer: TIM 000 to TIM ms timer: TIM 000 to TIM 127 Decremental counter, reversible counter Data memory Read/Write 1,024 words (DM 0000 to DM 1023) Read only 512 words (DM 6144 to DM 6655) Micro Programmable Controller CPM1A A--27

78 J I/O SPECIFICATIONS CPU DC Input Item Specifications Circuit Input voltage 24 VDC +10% / --15% Input impedance Input current (typical) ON voltage OFF voltage ON delay (See Note 1) OFF delay (See Note 1) IN0000 to IN0002: 2 kω Others: 4.7 kω IN0000 to IN0002: 12 ma Others: 5 ma 14.4 VDC min. 5.0 VDC max. 1 to 128 ms max. (default: 8 ms) (See Note 1) 1 to 128 ms max. (default: 8 ms) (See Note 1) IN COM 4.7 kω 4.7 kω Input LED Internal Circuits Note: The polarity of the input power supply can be either positive or negative. Note: 1. The actual ON/OFF delay includes an input constant of 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, or 128 ms (default: 8 ms). 2. When IN0000 to IN0006 are used for the high-speed counter inputs, the delays are as shown below: Input Increment mode Differential phase mode IN0000 (A-phase) 5kHz 2.5 khz IN0001 (B-phase) Normal input IN0002 (Z-phase) ON: 100 µs max. OFF: 500 µs max. IN0003 to IN ms max. (From the time of input ON until the interrupt subroutine is executed.) Expansion I/O Unit Item Specifications Circuit Input voltage 24 VDC, +10% / -- 15% Input impedance 4.7 kω Input LED Input current (typical) 5mA 4.7 kω ON voltage 14.4 VDC min. IN OFF voltage 5.0 VDC max. COM 4.7 kω Internal Circuitsit ON delay OFF delay 1 to 128 ms max. (default: 8 ms) (See Note) 1 to 128 ms max. (default: 8 ms) (See Note) Note: The polarity of the input power supply can be either positive or negative. Note: The actual ON/OFF delay includes an input constant of 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, or 128 ms (default: 8 ms). J OUTPUT SPECIFICATIONS (CPU AND EXPANSION I/O MODULES) Relay Output Item Specifications Circuit Maximum switching capacity 2 A, 250 VAC (cos φ =1) 2A,24VDC Output (4 A/common) LED OUT Minimum switching capacity 10 ma, 5 VDC Relay Electrical Resistance 150,000 times service load Internal life Circuits Inductive 100,000 times OUT load COM Mechanical 20 million times Maximum ON delay 15 ms max. 250 VAC: 2 A 24 VDC: 2 A OFF delay 15 ms max. A--28 Micro Programmable Controller CPM1A

79 Transistor Outputs (Sinking) Item Max. switching capacity Leakage current Residual voltage ON delay Specifications CPM1A- 10CDT-j(-V1) CPM1A- 20CDT-j(-V1) CPM1A- 30CDT-j(-V1) CPM1A- 40CDT-j(-V1) CPM1A-20EDT CPM1A-8ET 24 VDC +10% / --15%, 0.3 A/point (See note) 4.5 to 30 VDC 0.2 A (See note 2.) 0.3 A (See note 3.) 0.9 A/Unit 0.9 A/common 1.8 A/Unit 0.1 ma max. 1.5 V max. 0.1 ms max. 0.9 A/common 2.7 A/Unit 0.9 A/common 3.6 A/Unit OFF delay OUT01000/01001: 0.2 ms max. (load current: 100 to 300 ma) 0.5 ms max. (load current: 5 to 100 ma) Other than OUT01000/01001: 1 ms max. (load current 5 to 300 ma) Fuse Circuit configuration 0.9 A/common 1.8 A/Unit V1 CPUs: No fuse Expansion I/O Units and Pre-V1 CPUs A/common (cannot be replaced by the user) 1msmax. (24 VDC +10% / -- 15%, 5 to 300 ma) Transistor Outputs (Sourcing) Item Max. switching capacity Leakage current Residual voltage ON delay Specifications CPM1A- 10CDT1-j(-V1) CPM1A- 20CDT1-j(-V1) CPM1A- 30CDT1-j(-V1) CPM1A- 40CDT1-j(-V1) CPM1A-20EDT1 CPM1A-8ET1 24 VDC +10% / --15%, 0.3 A/point (See note) 4.5 to 30 VDC 0.2 A (See note 2.) 0.3 A (See note 3.) 0.9 A/Unit 0.9 A/common 1.8 A/Unit 0.1 ma max. 1.5 V max. 0.1 ms max. 0.9 A/common 2.7 A/Unit 0.9 A/common 3.6 A/Unit OFF delay OUT01000/01001: 0.2 ms max. (load current: 100 to 300 ma) 0.5 ms max. (load current: 5 to 100 ma) Other than OUT01000/01001: 1 ms max. (load current 5 to 300 ma) Fuse Circuit configuration 0.9 A/common 1.8 A/Unit V1 CPUs: No fuse Expansion I/O Units and Pre-V1 CPUs A/common (cannot be replaced by the user) 1msmax. (24 VDC +10% / -- 5%, 5 to 300 ma) Note: When using the OUT01000 or OUT01001 as a pulse output, connect dummy resistors as required to set the load current to 0.1 to 0.2 A. If the load current is below 0.1 A, the ON-to-OFF response time will become longer and high-speed pulse will not be output. On the other hand, if the load current is above 0.2 A, the transistor may generate heat and components may be damaged. Micro Programmable Controller CPM1A A--29

80 J ANALOG I/O MODULE CPM1A-MAD01 Specifications Item Model Specification CPM1A--MAD01 I/O type Voltage Current Analog inputs Number of inputs 2 Analog output (See Note 1.) Input signal range 0 to 10 V or 1 to 5 V 4 to 20 ma Maximum rated input ±15 V ±30 ma External input impedance 1 MΩ min. 250 Ω rated Resolution 1/256 Overall precision Converted A/D data Number of outputs 1 1.0% of full scale 8-bit binary Output signal range 0 to 10 V or--10 to 10 V 4 to 20 ma External output max. current 5mA External output allowed load 350 Ω resistance Resolution Overall precision Data setting Conversion time (See Note 2.) Isolation method 1/256 (1/512 when the output signal range is --10 to 10 V.) 1.0% of full scale 8-bit binary with sign bit 10 ms/unit max. Photocoupler isolation between I/O terminals and PC (There is no isolation between the analog I/O signals.) Note: 1. The voltage output and current output can be used at the same time, but the total output current cannot exceed 21 ma. 2. The conversion time is the total time for 2 analog inputs and 1 analog output. A--30 Micro Programmable Controller CPM1A

81 CPM1A-MAD11 Specifications Item Model Specification CPM1A--MAD11 I/O type Voltage Current Analog inputs Number of inputs 2 inputs (2 words allocated) Input signal range 0to5VDC,1to5VDC 0to20mAor4to20mA 0to10VDC,--10to10VDC Maximum rated input ±15 V ±30 ma External input impedance 1 MΩ min. 250 Ω Resolution 1/6000 (full scale) Overall accuracy 25_C 0.3% full scale 0.4% full scale 0 to 55_C 0.6% full scale 0.8% full scale Converted A/D data 16-bit binary (4-digit hexadecimal) Fullscalefor--10to10V:F448to0BB8Hex Full scale for other ranges: 0000 to 1770 Hex Averaging function Supported (Settable for individual inputs via DIP switch) Open-circuit detection function Supported Analog output Number of outputs 1 output (1 word allocated) Output signal range 1to5VDC,0to10VDC,or 0to20mAor4to20mA --10 to 10 VDC Allowable external output load resistance 1kΩmin. 600 Ω max. Conversion time Isolation method External output impedance 0.5 Ω max. Resolution 1/6000 (full scale) Overall accuracy 25_C 0.4% full scale Set data (D/A conversion) 0 to 55_C 0.8% full scale 16-bit binary (4-digit hexadecimal) Full scales for --10 to 10 V: F448 to 0BB8 Hex Full scale for other ranges: 0000 to 1770 Hex 2 ms/point (6 ms/all points) Photocoupler isolation between analog I/O terminals and internal circuits. No isolation between analog I/O signals. Micro Programmable Controller CPM1A A--31

82 J TEMPERATURE SENSOR MODULES By connecting a Temperature Sensor Module (CPM1A-TS001/TS002/TS101/TS101A/TS102) to the CPM1A, inputs can be received from thermocouples or temperatureresistance thermometers. Inputs converted to binary data (4-digit hexadecimal) and stored in the IR area. Specifications Item Specification Model CPM1A-TS001/TS002 CPM1A-TS101/TS102 CPM1A-TS101-DA Number of inputs TS001: 2; TS002: 4 TS101: 2; TS102: 4 2 Input types Thermocouple types K or J, selectable Platinum resistance thermometer types Pt100 and JPt1100, selectable (See Note 1) Input resolution 0.1 C in 2 s complement format 0.1 C in 2 s complement format Input accuracy ±0.5% or ±2% of the stored value ±0.5% or ±1% of the stored value 1.0% max. full scale whichever is larger ±1 digit max. (See Note 2) whichever is larger ±1 digit max. (See Note 2) Number of outputs None None 1 Output types Voltage or current output Output resolution 1/256 (0 to 10 V) 1/512 (--10 to +10 V) 1/256 (4 to 20 ma) Output accuracy 1.0% max. full scale Conversion cycle 250 ms for all points 60 ms max. for all points Converted temperature data Binary data (4-digit hexadecimal) Binary data (8-digit hexadecimal) Isolation method Photocoupler isolation between I/O terminals and the PLC Note: 1. The same input type must be used for all inputs. 2. Accuracy for K thermocouples at temperatures less than C: ±4 C ± 1 digit max. Input Temperature Ranges for CPM1A-TS001/TS002 The rotary switch can be used to make of the following range and input type settings for CPM1A-TS001/002 models. Thermocouple input Range ( C) Range ( F) Type K to to to to Type J to to to to Input Temperature Ranges for CPM1A-TS101/TS101DA/TS102 The rotary switch can be used to make of the following range and input type settings for CPM1A-TS101/102 models. Platinum RTD input Range ( C) Range ( F) Pt to to JPt to to A--32 Micro Programmable Controller CPM1A

83 J COMMUNICATIONS ADAPTER RS-232C Adapter and RS-422 Adapter CPM1-CIF01 CPM1-CIF11 Model CPM1-CIF01 CPM1-CIF11 Functions Level conversion between the CMOS level (CPU side) and the RS-232C (peripheral device side) Level conversion between the CMOS level (CPU side) and the RS-422 (peripheral device side) Insulation Power supply Power consumption Transmission speed The RS-232C (peripheral device side) is insulated by a DC/DC converter and photocoupler. Power is supplied by the CPU. 0.3 A max kbits/s max. The RS-422 (peripheral device side) is insulated by a DC/DC converter and photocoupler. Vibration resistance 10 to 57 Hz with an amplitude of mm, and 57 to 150 Hz with an acceleration of 1 G in the X, Y and Z directions for 80 minutes each (i.e. for 8 minutes each, 10 times). Shock resistance 1.5 G in the X, Y and Z directions 3 times each. Ambient temperature Operating 0 C to55 C (32 F to 131 F) 0 C to55 C (32 F to 131 F) Storage C to 75 C (--4 F to 167 F) C to 75 C (--4 F to 167 F) Ambient humidity Operating 10% to 90% RH (with no condensation) Ambient environment Operating With no corrosive gas Weight 200 g max. J COMPOBUS/S I/O LINK MODULE The CPM1A controller can function as a Slave to a CompoBus/S Master Module (or SRM1 CompoBus/S Master Control Module) when a CPM1A-SRT21 CompoBus/S I/O Link Module is connected. The CompoBus/S I/O Link Module establishes an I/O link of 8 inputs and 8 outputs between the Master Module and the CPM1A. Up to 3 Expansion I/O Modules or Expansion Modules can be connected to a CPM1A CPU. CompoBus/S Master Module (or SRM1 CompoBus/S Master Control Module) CPM1A CPU CPM1A-SRT21 CompoBus/S I/O Link Module CS1j, C200Hj, CQM1 (H), or CJ1 (M), CPM2C-S Specifications Flat cable SCA1-4F10 or twisted pair Belden #9409 cable Up to 16 Slaves can be connected. (Up to 8 Slaves with the CQM1-SRM21-V1.) Model Master/Slave Number of I/O bits Number of words occupied in CPM2A I/O memory Node number setting CPM1A-SRT21 CompoBus/S Slave 8 input bits, 8 output bits 1 input word, 1 output word (Allocated in the same way as other Expansion I/O Modules or Expansion Modules) Set using the DIP switch. Note: See the CompoBus/S section of Omron s Remote I/O and Wiring Solutions Catalog (GC RIO1) for more details on CompoBus/S communications. Micro Programmable Controller CPM1A A--33

84 J DEVICENET I/O LINK MODULE The CPM1A controller can function as slaves to a DeviceNet Master when a DeviceNet I/O Link Module is connected. The DeviceNet I/O Link Module establishes an I/O link of 32 inputs and 32 outputs between the master and the controller. A maximum of 3 DeviceNet I/O Link Modules can be connected to a CMP1A to create I/O Links for up to 192 points (96 inputs and 96 outputs). PC supporting DeviceNet master, e.g., CS1, C200HX/HG/HE (-Z), CV-series, CJI(M) Specifications Item Model number Master/slave Number of I/O points Number of words allocated in CPU Unit I/O memory Node number setting Specification CPM1A-DRT21 DeviceNet Slave 32 input points, 32 output points 2 input words, 2 output words (Allocated in the same way as Expansion I/O Units and other Expansion Units) Set using the rotary switches (Set before turning ON the CPU s power supply.) A--34 Micro Programmable Controller CPM1A

85 J PROFIBUS-DP SLAVE MODULE The CPM1A--V1 controller can function as a slave to a Profibus-DP Master Module when a CMP1A-PRT Profibus-DP Slave Module is connected. The Profibus-DP Slave Module establishes an I/O link of 16 inputs and 16 outputs between the master and the controller. A maximum of 3 Profibus-DP Slave Modules can be connected to a CPM1A or CPM2A to create I/O links for up to 96 points (48 inputs and 48 outputs). Profibus-DP Master Module PLC supporting Profibus-DP Master, e.g., CSI, C200Hj, CJ1j CPM1A CPU PRT21 Each module enables remote I/O communications for 16 inputs and 16 output points as a Profibus-DP slave. Specifications Storage temperature Ambient temperature Ambient humidity to +75 C 0 to +55 C Shielded twisted pair Belden #3079A cable 10 to 90% (non-condensing) EMC compliance EN , EN Current consumption Weight Control data Status data I/O data (in bytes) 100 ma from the PLC I/O bus 125 g (typical) From CPU to unit: none From unit to CPU: none 2 bytes input, 2 bytes output Up to 124 nodes (using repeaters) Micro Programmable Controller CPM1A A--35

86 Dimensions Unit: mm (inch) J CPU, EXPANSION I/O AND SPECIAL I/O MODULES W Unit: mm (inch) 90 (3.54) 50 (1.97) DC power supply 70 (3.35) AC power supply J COMMUNICATION ADAPTER MODULES CPM1-CIF01 Model 30 (1.18) (2.20) CPM1A-10CDj-A/D-V1 66 (2.60) CPM1A-20CDj-A/D-V1 86 (3.39) CPM1A-30CDj-A/D-V1 130 (5.12) CPM1A-40CDj-A/D-V1 150 (5.91) CPM1A-20EDj 86 (3.39) CPM1A-8Ej 66 (2.60) CPM1A-SRT21 66 (2.60) CPM1A-MAD01 66 (2.60) CPM1A-TSjjj 86 (3.39) CPM1A-MAD11 86 (3.39) CPM1A-DRT21 66 (2.60) CPM1A-PRT21 66 (2.60) CPM1-CIF11 30 (1.18) 61 (2.40) 50 W 90 (3.54) (3.54) 81 J DIMENSIONS WITH PERIPHERAL DEVICES ATTACHED CPU with DC Power Supply CPU with AC Power Supply Approx. 90 (3.54) Approx. 110 (4.33) A--36 Micro Programmable Controller CPM1A

87 Functions J CONFIGURATION The CPM1A CPUs feature a compact, one-piece construction that includes 10, 20, 30 or 40 built-in I/O terminals. Three output models are available: Relay outputs, sinking (NPN) transistor output and sourcing (PNP) transistor output. Expansion Up to three Expansion I/O Modules can be connected to a 30-point or 40-point CPU to add an extra 8 or 20 I/O points for each, for a maximum of up to 100 I/O points. Dedicated I/O Modules Up to 3 Analog I/O Modules or Temperature Sensor Input Modules can be used with 30-point and 40-point CPUs. Each analog I/O module provides 2 analog inputs and 1 analog output, so a maximum of 6 analog inputs and 3 analog outputs can be achieved by connecting 3 Analog I/O Modules. Each Temperature Sensor Module provides two temperature sensor inputs from either thermocouples or platinum resistance thermometers. Up to 6 inputs can be connected. CPM1A-10CDj-j-V1 (10 I/O terminals) CPM1A-30CDj-j-V1 (30 I/O terminals) CPM1A-20CDj-j-V1 (20 I/O terminals) CPM1A-40CDj-j-V1 (40 I/O terminals) J INTERRUPT INPUTS There are two input interrupts in the CPM1A 10-point I/O CPU and four in the 20-, 30-, and 40-point I/O CPUs. Input interrupts are available in two modes. In addition to normal interrupt inputs, the CPM1A has a counter mode that counts high-speed input signals and triggers interrupts at fixed count multiples. 10 point I/O CPU 20, 30, and 40 point I/O CPU IR00003 IR00003 IR00004 IR00004 IR00005 IR00006 Application Example: Cutting Metal Sheets to Specified Lengths The proximity sensor detects the edge of a metal plate to operate the cutter. Metal sheets can be cut continuously to the specified lengths at a high speed. Cutter Metal sheets Conveyor Cutter operation signal Proximity sensor Input interrupt CPM1A Micro Programmable Controller CPM1A A--37

88 Input Interrupt Mode If an input interrupt occurs, the regular program shuts down irrelevant of the cycle time, and the interrupt processing program is executed immediately. Regular program Interrupt program Regular program Input interrupt Counter Mode When the number of external signals counted at high speed reaches a specified number of counts, the regular program shuts down, and the interrupt processing program is executed at fixed counts. The count can be set between 0 and Regular program Regular program Interrupt program Input interrupt Counter setting J QUICK-RESPONSE INPUTS Quick-response inputs can detect input signals with a pulse width as short as 0.2 ms regardless of their timing during the scan cycle. Quick-response inputs and interrupt inputs use the same input terminals. CPU Input no. Minimum input pulse width 10 point I/O CPU to ms 20 point, 30 point, 40 point I/O CPU to Application Example: Input signal (00003) Overseeing processes Program execution 0.2 ms min I/O refreshing Overseeing processes Program execution I/O refreshing Calculating the Number of Chips The metal sensor counts the number of parts that have passed. Steady counting can be achieved even when the input-on time is short. CPM1A IR One cycle F2LP-WK4 F2LP-W A--38 Micro Programmable Controller CPM1A

89 J HIGH-SPEED COUNTER The CPM1A has a high-speed counter function that can be used in the incrementing and up/down mode. Using this function together with the input interrupts enables zone comparison control or target value control irrelevant of the cycle time. Counting mode Incrementing mode Up/Down mode Input Count input A-phase input no B-phase input Reset input Z-phase input Input method Single-phase input Count frequency 5.0 khz 2.5 khz Phase-difference, 4 inputs Count range 0 to to Note: When using in the incrementing mode, the input can be used as an input contact. Micro Programmable Controller CPM1A A--39

90 J INTERVAL TIMER INTERRUPTS The CPM1A has one interval timer. The interval timer shuts down the regular program regardless of the point in the cycle once the time is up, and immediately executes an interrupt processing program. Interval timers are used in the following two modes. Item One-shot mode Scheduled interrupt mode Operation An interrupt is executed only once when the time is up. Interrupts are executed repeatedly at fixed periods. Setting time 0.5 ms to 319,968 ms (0.1-ms units) Normal program MOV(21) ADD(30) Interval timer Interrupt processing program SBN(92) 00 Application Example: Computing the Sheet Speed The number of pulse inputs is computed in the interrupt mode at a fixed time to calculate the speed. Encoder CPM1A MOV(21) END(01) RET(93) J ANALOG SETTING The CPM1A contains two analog setting controls that can be used for a broad range of analog timer and counter settings. Turning the setting control stores values of 0 to 200 (BCD data) in the SR area. Analog setting Storage area Setting value (BCD) Analog setting 0 SR to 0200 Analog setting 1 SR 251 Application Example: Tact Operation Control of Conveyor Lines *Phillips screwdriver is required to turn analog adjustment knobs. Analog setting 0 Analog setting 1 A conveyor can be stopped temporarily as required for assembly processes. When the timer function and limit switches are used in a combination, conveyors can be stopped for a fixed time or can be run at a constant speed for a fixed distance. Fine adjustment of the stopping time can be easily done by using the analog setting controls. CPM1A LS Motor A--40 Micro Programmable Controller CPM1A

91 A--41 Micro Programmable Controller CPM1A Program Example TIM 000 A 250 Value of the analog setting 0 (0 to 200) 1. Analog timer for 0.0 to 20.0 seconds 2. Analog timer for 0.0 to 60.0 seconds MUL(32) 250 #0003 DM0500 TIM 001 DM 0500 B 25313(ON) BCD multiplication Value of the analog setting 0 (0 to 200) Triples the above value Multiplication result (0 to 600) J PULSE OUTPUT FUNCTION The CPM1A transistor output models have an output function capable of outputting a pulse of 20 Hz to 2 khz (single-phase output). When used in combination with a Stepping Driver or SmartStep Servodriver, positioning can be easily performed. Application Example Changing the speed of the Stepping Motor. SmartStep Servodriver Stepping Motor Output point or ,000 pulses 200 Hz 1khz Z turns ON 0001 turns ON (limit switch) Pulse rate Output frequency Program Example PULS(65) DM MOV(21) #5000 DM MOV(21) #0002 DM 0001 MOV(21) #0200 DM DM 0100 MOV(21) #0020 DM DM 0001 DM scan turns ON. 1 scan turns ON. Speed change limit switch Changes to 200 Hz when the limit switch is turned ON. Frequency data (x 10 Hz) Output mode (single) Frequency conversion: Pulse rate (BCD 8 digits) Pulse rate setting Sets the initial frequency to 2,000 pulses/second. Sets the number of output pulses as 25,000 (times) in the data memory area. Output port (output point 01000)

92 Communications J NT LINK FOR PROGRAMMABLE TERMINALS Use Omron s high-speed NT Link for real-time communications between the CPM1A and a Programmable Terminal. CBL-804* CBL-803* C200H-CN_0-EU, NT31C-CN_0-EU, (for NT31C Port B only) * Available in Canada only. Operator Interface Terminal J HOST LINK COMMUNICATIONS CPM1A Host Link communications consist of interactive procedures whereby the CPM1A returns a response to a command sent from the IBM PC/AT or compatible computer. These communications allow the IBM PC/AT or compatible computer to read and write in the CPM1A s I/O Areas and Data Memory Areas as well as in areas containing the status of various settings. 1:1 Host Link Communications Response Command C200H-CN229-EU (2 m) CBL-202* RS-232C Adapter CPM1A-V1 CPU * Available in Canada only. A--42 Micro Programmable Controller CPM1A

93 1:N Host Link Communications Computer with a RS-422/RS-485 communications port Response Command RS-422 Adapter CPM1A-V1 CPU RS-422 Adapter CPM1A-V1 CPU RS-422 Adapter CPM1A-V1 CPU J 1:1 CONNECTIONS FOR DATA EXCHANGE With a 1:1 Link, two CPM1As or a CPM1A and CQM1 or C200Hj are connected 1:1 with one side as the Master and the other as the Slave to provide an I/O link of a maximum of 256 points (LR 0000 to LR 1515). Example of a 1:1 Link between CPM1As Communication Cable C200H-CN320-EU (2 m), CBL-804* RS-232C Adapter CPM1A-V1 CPU RS-232C Adapter CPM1A-V1 CPU Master * Available in Canada only. Slave Link bits Link bits WRITE LR 00 WRITE area READ area LR 00 READ READ LR 07 LR 08 READ area WRITE area LR 07 LR 08 WRITE LR 15 LR 15 Limitations of the CPM1A 1:1 Link CPM1A I/O links are limited to 16 words (LR 00 to LR 15). Therefore, use these 16 words (LR 00 to LR 15) on the CQM1 or C200Hj side when forming 1:1 links with a CQM1 or C200Hj. Micro Programmable Controller CPM1A A--43

94 J PROGRAM TRANSFER UNIT Use Omron s EEPROM program transfer unit to update programs in machines or program multiple controllers with the same program. The CPM1-EMU01-V1 Expansion Memory Unit connects to the peripheral port of micro and small PLCs. Uploading Downloading EEPROM Omron SRM1, CPM1A, CPM2A, CPM2B, CPM2C and CQM1H programmable controllers A--44 Micro Programmable Controller CPM1A

95

96 Cat. No. R301-E3-01 2/04 Specifications subject to change without notice Printed in USA

97 Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology Vol. 02, No 2, pp 85-94, 2011 ISSN PERANCANGAN DAN PENGUJIAN AWAL KENDALI MOTOR DC BRUSHLESS UNTUK INDEPENDENT 4-WHEEL DRIVE PLATFORM ROBOT REV-11 DC BRUSHLESS MOTOR CONTROL DESIGN AND PRELIMINARY TESTING FOR INDEPENDENT 4-WHEEL DRIVE REV-11 ROBOTIC PLATFORM Roni Permana Saputra, Rizqi Andry Ardiansyah, Midriem Mirdanies, Arif Santoso, Aditya Sukma Nugraha, Anwar Muqorobin, Hendri Maja Saputra, Vita Susanti, Estiko Rijanto Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronik - LIPI Komp. LIPI Bandung, Jl Sangkuriang, Gd 20, Lt 2, Bandung, Jawa Barat 40135, Indonesia. permana.saputra@yahoo.co.id Diterima: 18 November 2011; Direvisi: 25 November 2011; Disetujui: 12 Desember 2011; Terbit online: 22 Desember Abstrak Makalah ini membahas tentang desain sistem kendali motor DC brushless menggunakan microcontroller ATMega 16 untuk diimplementasikan pada independent 4-Wheel drives pada platform Mobil Robot LIPI versi 2 (REV-11). Sistem kendali yang dibuat terdiri dari 2 bagian yaitu modul kendali motor DC brushless dan kendali supervisor yang berfungsi untuk mengoordinasi perintah ke modul-modul kendali motor. Untuk mengendalikan platform REV-11, kendali supervisory mengirimkan data referensi berupa kecepatan dan arah pada modul kendali motor sebagai referensi untuk mengendalikan kecepatan dan arah dari masing-masing aktuator pada platform REV- 11. Dari hasil pengujian disimpulkan bahwa sistem kendali yang didesain sudah mampu berfungsi dengan baik untuk mengkoordinasi dan mengendalikan kecepatan dan arah gerak motor aktuator platform REV-11. Kata kunci: motor DC brushless, microcontroller, mobile robot, kontrol supervisory, kontrol gerak. Abstract This paper discusses the design of control system for brushless DC motor using microcontroller ATMega 16 that will be applied to an independent 4-wheel drive Mobile Robot LIPI version 2 (REV-11). The control system consists of two parts which are brushless DC motor control module and supervisory control module that coordinates the desired command to the motor control module. To control the REV-11 platform, supervisory control transmit the reference data of speed and direction of motor to control the speed and direction of each actuator on the platform REV-11. From the test results it is concluded that the designed control system work properly to coordinate and control the speed and direction of motion of the actuator motor REV-11 platform. Keywords: brushless DC motor, microcontroller, mobile robot, supervisory control, motion control. I. PENDAHULUAN Robot merupakan contoh klasik produk mekatronik yang dikenal banyak orang pada umumnya. Mekatronik sendiri secara keseluruhan di Indonesia belum banyak dikenal. Untuk membuat suatu robot diperlukan berbagai bidang keilmuan yang meliputi teknik mesin, teknik elektro, teknik kendali, teknik komputer, teknik komunikasi, dan pengolahan citra [1]. Akhirakhir ini telah banyak dilakukan penelitian di bidang robotika baik di level akademisi, mahasiswa, dan peneliti, termasuk negara kita Indonesia yang juga turut berperan dalam penelitian dan berinovasi dalam pembuatan robot [2]. Selain itu, banyak juga dilakukan konteskontes robot di level pelajar dan mahasiswa, terutama yang lebih menekankan pada aspek algoritma kecerdasan buatan [2]. Sesuai dengan tugas dan fungsi pokok Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatronika (P2 Telimek), untuk meningkatkan kompetensi bidang mekatronik, P2 Telimek telah dan sedang melakukan penelitian dan pengembangan robotika, khususnya robot untuk aplikasi pertahanan dan keamanan. Pada tahun 2009 telah dihasilkan satu contoh produk mobil robot LIPI versi pertama (MRV-1) yang memiliki kemampuan menaiki tangga dan melewati tanggul. Robot ini mampu menaiki tangga dengan kemiringan 15 dan melewati tanggul setinggi 10 cm. robot ini memiliki dimensi 190 x 190 x 190 cm dan berat 190 kg. Dengan dimensi 85

98 Perancangan dan Pengujian Awal Kendali Motor DC Brushless untuk Independent 4-Wheel Drive Platform Robot Rev-11 (Roni Permana Saputra, et. al.) JMEV 02 (2011) yang besar ini, robot sulit bermanuver di ruang sempit dan karena bobotnya yang berat, MRV-1 sulit diangkut sehingga menghambat mobilitas. Platform MRV-1 memiliki drive train mechanism berupa mekanisme roda, trase dan ramp. Mekanisme ini digerakkan menggunakan motor DC. Sistem kendali yang diterapkan baru menggunakan kendali arus analog. Pada tahun 2011, P2-Telimek melakukan kembali penelitian rancang bangun robotik hankam. Pada penelitian ini, dilakukan penyempurnaan desain mobil robot LIPI yang baru untuk menghasilkan contoh produk baru Mobil Robot LIPI versi kedua (REV-11). Perbedaan robot ini dengan versi sebelumnya terletak pada desain sistem mekanik platformnya yang berdimensi lebih kecil dan lebih ringan. Selain itu, sistem penggerak platform pada robot ini juga berbeda dengan versi sebelumnya yang menggunakan motor DC dengan kendali analog. Pada REV-11, sistem penggerak platform menggunakan 4 motor DC brushless dengan kendali digital. Penggunaan motor DC brushless memiliki keuntungan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan motor DC karena tidak menggunakan sikat sehingga tidak ada rugi gesekan. Selain itu motor DC brushless memiliki konstruksi yang lebih sederhana dan coil yang terletak sebagai stator yang terpasang pada body sehingga proses pendinginan lebih baik [3]. Makalah ini membahas tentang desain dan pengujian sistem kendali motor DC brushless menggunakan microcontroller ATMega 16 untuk diimplementasikan pada independent 4-Wheel drive pada platform Mobil Robot LIPI versi 2 (REV-11). II. PERANCANGAN SISTEM Sistem ini terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat keras berupa sistem rangkaian elektronika dan rangkaian digital yang terintegrasi untuk melakukan pengendalian terhadap aktuator dari sistem penggerak REV-11. Dalam penelitian ini, aktuator yang dikendalikan berupa motor DC brushless produk Oriental Motor. Penggunaan motor DC brushless dilakukan dengan pertimbangan bahwa unit motor DC brushless memiliki fitur sebagai berikut [4] : 1. Memiliki efisiensi yang tinggi karena menggunakan rotor permanen magnet dan rugi-rugi sekunder yang kecil. 2. Inersia rotor dapat dikurangi, dan diperoleh respon kecepatan yang tinggi. 3. Karena efisiensinya tinggi memungkinkan mengurangi ukuran motor menjadi lebih kecil 4. Fluktuasi kecepatan akibat perubahan beban kecil. Perangkat keras sistem pada penelitian ini terdiri dari rangkaian sistem microcontroller, driver motor DC brushless, dan modul Digital to Analog Converter (DAC). Adapun perangkat lunak berupa algoritma kendali pada microcontroller yang terdiri dari algoritma kendali supervisor dan algoritma kendali motor. Diagram blok dari sistem kendali digital ini ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Diagram blok sistem kendali platform REV

99 Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology Vol. 02, No 2, pp 85-94, 2011 ISSN Gambar 1 menunjukkan bagian kendali supervisory yang menerima data dari wireless, kemudian mengoordinasikan kendali motor pada wheel drive kanan dan kiri dan mengirimkan data kecepatan serta arah putaran ke masing- masing kendali motor. Data dikirimkan pada port yang sama di bagian supervisory kendali dalam bentuk sinyal pulse width modulation (PWM) untuk semua modul kendali motor. Penerima data dibedakan dengan memberikan port penanda yang berbeda untuk masing-masing modul kendali motor. A. Perangkat Keras Sistem Pengendali Perangkat keras sistem pengendali ini berupa microcontroller dan rangkaian elektronika digital yang terintegrasi untuk melakukan pengendalian aktuator. Aktuator yang dikendalikan berupa empat motor DC brushless independent yang masing-masing menggerakkan sistem roda platform. Pada Gambar 2, ditunjukkan konfigurasi motor DC brushless pada platform REV-11. Aktuator yang digunakan pada sistem penggerak REV-11 berupa empat motor DC brushless produksi Oriental Motor. Pada Gambar 3 ditunjukkan motor DC brushless Oriental dan driver penggeraknya. Pengendalian motor ini dilakukan dengan mengendalikan konfigurasi pin 4 Motor DC brushless input pada driver motor. Untuk mengatur kecepatan motor, dilakukan dengan memberikan input analog pada pin VRH dan mengkonfigurasi pin INT VR / EXT Input pada posisi EXT input. Pada Gambar 4 ditunjukkan Konfigurasi pin I/O pada driver penggerak motor DC brushless Oriental [6]. Perangkat keras sistem kendali digital yang dibuat berupa modul kendali motor dan satu buah modul kendali supervisor. Modul sistem kendali digital ini menggunakan microcontroller ATMega16 yang mampu menyimpan memori sebanyak 16 kbyte dan memiliki 32 pin I/O [6][7][8]. Skema rangkaian modul sistem kendali yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 5 dan perangkat keras modul sistem kendali yang telah dibuat ditunjukkan pada Gambar 6. B. Algoritma Perangkat Lunak Sistem Kendali Perangkat lunak sistem ini terdiri dari dua bagian, yaitu perangkat lunak di microcontroller sebagai supervisor dan sebagai sistem pengendali aktuator. Gambar 7 menunjukkan diagram alir perangkat lunak di microcontroller sebagai kendali supervisor. Microcontroller supervisor menerima data posisi dan kecepatan semua aktuator dari pengaturan operator melalui modul wireless. Data yang diterima akan dibagikan ke masingmasing modul kendali aktuator untuk dijadikan sebagai update data referensi masing-masing aktuator. Data referensi tersebut dikirimkan secara berkala ke semua modul kendali aktuator. Pengiriman data tersebut dilakukan dengan metode PWM. Port data yang digunakan untuk Gambar 2. Konfigurasi motor DC brushless pada sistem penggerak Platform REV-11. (a) (b) Gambar 3. Aktuator Platform Robot REV-11 [5]. (a) Motor DC brushless, (b) Driver penggerak motor. Gambar 4. Konfigurasi pin I/O pada driver penggerak motor DC brushless Oriental [5]. 87

100 Perancangan dan Pengujian Awal Kendali Motor DC Brushless untuk Independent 4-Wheel Drive Platform Robot Rev-11 (Roni Permana Saputra, et. al.) JMEV 02 (2011) (a) (b) Gambar 5. Skema rangkaian elektronik kendali supervisory. (a) Rangkaian kendali supervisory (b) Rangkaian kendali digital motor DC brushles. (a) (b) Gambar 6. Perangkat keras modul sistem kendali digital yang dibuat. (a) Rangkaian kendali supervisory (b) Rangkaian kendali digital motor DC brushless. mengirimkan data PWM ke semua modul kendali menggunakan port yang sama. Pengiriman ke masing-masing modul kendali dilakukan secara bergantian dan berurutan pada frekuensi tinggi. Untuk membedakan peruntukan data pada masing-masing modul kendali digunakan port penanda yang berbeda pada masing-masing modul kendali. Jika port penanda suatu modul bernilai high, maka modul tersebut harus membaca data PWM yang dikirim modul supervisor. Selain port penanda, terdapat pula port verifikasi yang berbeda untuk masingmasing modul kendali yang digunakan untuk memberikan tanda pada modul supervisor bahwa modul kendali tersebut telah selesai membaca data yang dikirim modul supervisor. Algoritma perangkat lunak di microcontroller sebagai modul kendali motor ditunjukkan pada Gambar 8. Pada modul kendali motor, microcontroller menerima data referensi dari modul supervisor berupa data PWM. Modul kendali akan membaca data PWM dari supervisor jika pin kendali pada modul tersebut bernilai high. Setelah modul kendali selesai membaca data PWM, modul kendali akan mengirimkan sinyal acknowledgement ke modul supervisor sebagai verifikasi. Data yang diterima dari supervisor digunakan untuk meng-update referensi sudut dan kecepatan aktuator yang dikendalikan. Jika data posisi aktual aktuator berbeda dengan nilai referensi, maka modul kendali akan mengatur run brake motor aktuator 88

101 Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology Vol. 02, No 2, pp 85-94, 2011 ISSN Gambar 7. Algoritma perangkat lunak kendali di microcontroller sebagai kendali supervisor. Gambar 8. Diagram alir perangkat lunak kendali di PC. sampai posisi aktual aktuator sesuai dengan nilai referensi. Untuk mengendalikan kecepatan aktuator, modul kendali akan menaikkan atau menurunkan kecepatan sampai nilainya sama dengan nilai referensi kecepatan. III. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN Pengujian awal yang dilakukan pada sistem elektronik dan kendali ini meliputi uji fungsi pin input kendali pada driver motor, uji pembacaan sinyal umpan balik kecepatan dari motor, uji fungsi perangkat keras modul sistem kendali digital yang telah dibuat, pengujian fungsi kendali supervisor, dan pengujian fungsi kendali motor aktuator. Uji coba fungsi pin input kendali pada driver motor DC dilakukan dengan mengkonfigurasikan dan memberikan input pada pin kendali driver motor. Koneksi dan konfigurasi pada pengujian fungsi pin input kendali pada driver motor ditunjukkan pada Gambar 9. Proses pengujian fungsi pin input kendali pada driver motor Gambar 9. Koneksi dan konfigurasi pada pengujian fungsi pin input kendali pada driver motor. ditunjukkan pada Gambar 10. Berdasarkan pengujian semua pin input berfungsi dengan baik. Hasil pengujian I/O driver motor DC brushles ditunjukkan pada Tabel 1. Uji coba pembacaan sinyal umpan balik kecepatan motor, dilakukan dengan memberi pull up pada sinyal keluaran 89

102 Perancangan dan Pengujian Awal Kendali Motor DC Brushless untuk Independent 4-Wheel Drive Platform Robot Rev-11 (Roni Permana Saputra, et. al.) JMEV 02 (2011) umpan balik kecepatan motor, kemudian dibaca oleh osciloscope dan ditampilkan di komputer. Koneksi dan konfigurasi pada pengjian fungsi pembacaan sinyal umpan balik kecepatan motor ditunjukkan pada Gambar 11. Hasil pembacaan sinyal umpan balik kecepatan motor ditunjukkan pada Gambar 12. Selain menggunakan oscilloscope, pengujian sinyal umpan balik kecepatan motor juga dilakukan dengan mengukur secara analog tegangan pada output umpan balik kecepatan motor dengan menggunakan multimeter. Untuk memvariasikan kecepatan motor, dilakukan dengan melakukan perubahan input analog secara berkala antara 0 sampai dengan 5 Volt pada pin VRM pada driver motor. Hasil pengujian output umpan balik kecepatan motor DC brushless ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 13. Tabel 1. Hasil pengujian pin I/O driver Oriental Motor DC brushless. Nama Pin Kondisi 1 Kondisi 2 Kondisi 3 Kondisi 4 Start/ Stop On On On Off Run/ Brake On On Off On CW/ CCW On Off Off Off Hasil Motor berputar searah jarum jam Motor berputar berlawanan jarum jam Motor berhenti seketika Motor berhenti karena inersia Gambar 10. Proses pengujian fungsi pin input kendali pada driver motor. Gambar 11. Koneksi dan konfigurasi pada pengujian fungsi pembacaan sinyal umpan balik kecepatan motor. Low Speed High Speed Gambar 12. Hasil pembacaan sinyal umpan balik kecepatan motor menggunakan oscilloscope. 90

103 Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology Vol. 02, No 2, pp 85-94, 2011 ISSN Tabel 2. Hasil pengujian output umpan balik kecepatan motor DC brushless. Input analog (volt) Lebar pulsa low (ms) Lebar pulsa high (ms) Tegangan output analog (volt) Kecepatan motor (rpm) , , , , , Lebar Pulsa High (ms) y = 0,082x + 255,7 R² = 0,847 y = 0,000x + 4,914 R² = 0, Setting Kecepatan (rpm) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Gambar 13. Hasil pengujian output umpan balik kecepatan motor DC brushless. Tegangan Output (volt) Lebar Pulsa High Output Tegangan Umpan Balik Untuk mengetahui unjuk kerja fungsi modul kendali supervisor yang telah dibuat pada Gambar 6, pengujian fungsi kendali supervisor dilakukan dengan menghubungkan modul kendali supervisor dengan dua modul kendali aktuator untuk menguji fungsi koordinasi dan pengiriman data ke masing-masing modul kendali aktuator. Kemudian pada masing-masing modul kendali aktuator, data yang diterima dari modul supervisor ditampilkan untuk disesuaikan dengan input data yang dikirim modul supervisor. Pada Gambar 14 ditunjukkan proses pengujian fungsi kendali supervisor. Hasil pengujian distribusi data kendali supervisor ke modul kendali motor ditunjukkan pada Tabel 3. Dari Tabel 3 dapat dilihat modul kendali aktuator hanya akan membaca dan meng-update data referensi dari modul supervisor jika pin kendali pada modul tersebut bernilai high. Berdasarkan hasil ini, modul supervisor sudah mampu untuk membagi dan mengkoordinasikan data ke masing-masing modul kendali aktuator. Konversi pembacaan data yang dikirim oleh kendali supervisor pada modul kendali motor ditunjukkan pada Gambar 15. Gambar 15 menunjukkan konversi pembacaan data yang dikirim oleh modul kendali supervisor oleh modul kendali motor mengikuti persamaan (1): d 0,694 x 0,446 (1) Gambar 14. Pengujian Fungsi Kendali Supervisor. Hasil Baca modul kontrol motor y = 0.694x R² = Data PWM dari kontrol supervisor Gambar 15. Konversi pembacaan data oleh modul kendali motor. 91

104 Perancangan dan Pengujian Awal Kendali Motor DC Brushless untuk Independent 4-Wheel Drive Platform Robot Rev-11 (Roni Permana Saputra, et. al.) JMEV 02 (2011) Tabel 3. Hasil pengujian distribusi data kendali supervisor ke modul kendali motor. Data PWM yang dikirim Pin Kendali Modul 1 Pin Kendali Modul 2 Hasil Baca Modul 1 Hasil baca Modul 2 0 High High Low Low Low High Low High High Low Low High High Low High High low low High Low Pada persamaan (1), dengan nilai R2 = 1 dan nilai R menunjukkan bahwa linearitas pembacaan data oleh modul kendali motor dalam kondisi baik. Pengujian pengendalian I/O driver motor oleh modul kendali motor dilakukan dengan menghubungkannya pin out di microcontroller untuk mengendalikan gerakan motor dengan mode cw/ccw, start/stop, dan run/brake menggunakan microcontroller. Selain itu dilakukan pengujian fungsi kendali kecepatan dan kendali posisi motor berdasarkan input yang dimasukkan. Proses pengujian fungsi perangkat keras modul sistem kendali digital motor ditunjukkan pada Gambar 16 dan hasil pengujian fungsi perangkat keras ditunjukkan pada Tabel 4. Berdasarkan tabel hasil pengujian, fungsi modul kendali aktuator untuk memberikan input kendali pada pin-pin kendali pada driver motor DC brushless dapat berfungsi dengan baik. Response time sistem untuk variasi perubahan setting kecepatan ditunjukkan pada Tabel 5. Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa variasi perubahan nilai setting kecepatan tidak berpengaruh signifikan terhadap response time dari sistem. Gambar 16. Pengujian fungsi perangkat keras modul sistem kendali digital motor. Tabel 4. Hasil uji coba fungsi perangkat keras modul sistem kendali digital. Nama Pin Kondisi 1 Kondisi 2 Kondisi 3 Kondisi 4 Start/ Stop Low Low Low High Run/ Brake Low Low High Low CW/ CCW Low High High High Hasil Motor berputar searah jarum jam Motor berputar berlawanan jarum jam Motor berhenti seketika Motor berhenti karena inersia Tabel 5. Response time sistem untuk variasi perubahan setting kecepatan. Perubahan setting kecepatan Response time v (volt) (ms) 1 (51) 0,632 2 (102) 0,6 3 (153) 0,72 4 (204) 0,67 5 (255) 0,692 Rata-rata response time (ms) 0,66 92