KEGIATAN BELAJAR 4. MENERAPKAN DAN MENGEVALUASI SISTEM KENDALI BERBASIS PLC. Capaian Pembelajaran: Menerapkan sistem kendali berbasis PLC

Transkripsi

1 KEGIATAN BELAJAR 4. MENERAPKAN DAN MENGEVALUASI SISTEM KENDALI BERBASIS PLC Capaian Pembelajaran: Menerapkan sistem kendali berbasis PLC Sub Capaian Pembelajaran: Setelah mempelajari kegiatan belajar ini mahasiswa dapat mengevaluasi sistem kendali industri berbasis PLC Uraian Materi Materi 1. Pengenalan sistem kontrol proses dan Programmable Logic Controller (PLC) Materi 2. Pengenalan bahasa pemrograman Programmable Logic Controller sebagai pengendali Materi 3. Pengenalan bermacam- macam aplikasi Programmable Logic Controller A. Pengenalan Sistem Kontrol Proses dan PLC 1. Pendahuluan Sistem kontrol proses terdiri atas sekumpulan piranti-piranti dan peralatanperalatan elektronik yang mampu menangani kestabilan, akurasi, dan mengeliminasi transisi status yang berbahaya dalam proses produksi. Masing- masing komponen dalam sistem kontrol proses tersebut 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. Sebuah PLC (Programmable Logic control) adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relay yang dijumpai

2 pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian 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. 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. 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. 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 : a. perlu kerja keras saat dilakukan pengkabelan b. Kesulitan saat dilakukan penggantian dan/atau perubahan; c. Kesulitan saat dilakukan pelacakan kesalahan; d. Saat terjadi masalah, waktu tunggu tidak menentu dan biasanya lama.

3 Sedangkan penggunaan kontroler PLC memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan sistem kontrol konvesional, antara lain: a. Dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional, jumlah kabel yang dibutuhkan bisa berkurang hingga 80 % b. PLC mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional (berbasis relay); c. Fungsi diagnostik pada sebuah kontroler PLC membolehkan pendeteksian kesalahan yang mudah dan cepat. d. 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; e. Tidak membutuhkan spare part yang banyak; f. Lebih murah dibandingkan dengan sistem konvensional, khususnya dalam kasus penggunaan instrumen I/O yang cukup banyak dan fungsi operasional prosesnya cukup kompleks; g. Ketahanan PLC jauh lebih baik dibandingkan dengan relay automekanik 2. Kontrol Proses. Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersamasama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu. Proses adalah perubahan yang berurutan dan berlangsung secara kontiniu dan tetap menuju keadaan akhir tertentu. Kontrol adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu. Sistem Kontrol adalah proses pengaturan atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Contoh variabel atau parameter fisik, adalah: tekanan (pressure), aliran (flow), suhu (temperature), ketinggian (level), ph, kepadatan (viscosity), kecepatan (velocity), dan lain-lain. Mengapa Perlu Adanya Sistem Kontrol Proses? Dalam proses industri, sering dibutuhkan besaranbesaran yang memerlukan kondisi atau persyaratan yang khusus, seperti ketelitian yang tinggi, harga yang konstan untuk selang waktu yang

4 tertentu, nilai yang bervariasi dalam suatu rangkuman tertentu, perbandingan yang tetap antara 2 (dua) variabel, atau suatu besaran sebagai fungsi dari besaran lainnya. Jelas, kesemuanya itu tidak cukup dilakukan hanya dengan pengukuran saja, tetapi juga memerlukan suatu cara pengontrolan agar syarat-syarat tersebut dapat dipenuhi. Karena alasan inilah diperkenalkan suatu konsep pengontrolan yang disebut Sistem Kontrol. 3. Jenis- Jenis Proses a. Proses kontinu adalah proses dimana bahan dasar masuk dari satu ujung sistem dan produk yang diselesaikan keluar dari ujung sistem yang lain, dan terjadi terus-menerus. b. Proses batch/ penumpukan, sejumlah perangkat tiap input pada proses diterima tumpukan dan beberapa operasi dilakukan pada tumpukan untuk menghasilkan produk setengah jadi, yang harus diproses lagi. c. Produksi Individual adalah proses menghasilkan sesuau yang bermanfaat, seperti robot yang sudah dapat dijadikan pengganti manusia,dalam mengambil keputusan maupun proses produksi. 4. Struktur Sistem Kontrol a. Sensor, menyediakan input dari proses dan dari lingkungan eksternal a. Interface operator-mesin, memungkinkan input dari manusia untuk mengadakan kondisi starting atau mengubah kontrol proses b. Pengkondisian sinyal, mengubah input sinyal untuk dapat digunakan c. Akumulator, mengubah sistem input sinyal output listrik d. Pengontrol, membuat keputusan

5 Alasan utama perancangan PLC adalah untuk menghilangkan beban ongkos perawatan dan penggantian sistem kontrol mesin berbasis relay. Saat kebutuhan produksi berubah maka demikian pula dengan sistem kontrolnya. Hal ini menjadi sangat mahal jika perubahannya terlalu sering. Karena relai 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 relai yang digunakan. Bayangkan saja sebuah panel kontrol yang dilengkapi dengan monitor ratusan hingga ribuan relai yang terkandung pada sistem kontrol tersebut. Bagaimana kompleks-nya melakukan pengkabelan pada relai-relai tersebut. Bayangkan saja hal ini. Dengan demikian pengontrol baru 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. Dan mengganti bagian-bagian mekanik dengan teknologi solid-state (IC atau mikroelektronika atau sejenisnya) 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 awal-awal tahun Sistem yang pertama adalah Modbus-nya MODICON. Dengan demikian PLC bisa berkomunikasi dengan PLC lain dan bisa ditempatkan

6 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. Pada tahun 1980-an dilakukan usaha untuk menstandarisasi komunikasi dengan protokol otomasi pabrik milik General Motor (General Motor's Manufacturring Automation Protocol (MAP)). Juga merupakan waktu untuk memperkecil ukuran PLC dan pembuatan perangkat lunak pemrograman melalui pemgromaman simbolik dengan komputer PC daripada terminal pemrogram atau penggunaan pemrogram genggam (handled programmer). Sekarang PLC terkecil seukuran dengan sebuah kontrol relai tunggal (seperti produk ZEN Programmable Relay dari Omron). Tahun 1990 dilakukan reduksi protokol baru dan modernisasi lapisan f i s i k dari protokol-protokol populer yang bertahan pada tahun 1980-an. Standar terakhir (IEC1131-3), 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. 5. Menghubungkan Piranti Masukan dan Keluaran Sebagaimana sudah dijelaskan sebelumnya, PLC yang berdiri sendiri tidak ada artinya, agar berfungsi sebagaimana mestinya, PLC haruslah dilengkapi dengan piranti-piranti 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 sebagaimnya. a. Konsep Dasar

7 Konsep dasar berkaitan dengan apa yang bisa dihubungkan dan bagaimana cara menghubungkan ke masuka atau keluaran PLC. Ada dua istilah yang sudah lazim dikalangan elektronika maupun pengguna PLC, yaitu istilah singking dan sourcing. Istilah singking berkaitan dengan penarikan atau penyedotan sejumlah arus dari piranti luar (eksternal), istilah ini berkaitan dengan terminal negatif atau GND (ground). Sedangkan istilah sourcing, yang berkaitan dengan terminal terminal + atau Vcc, berkaitan dengan pemberian sejumlah arus ke piranti luar (eksternal) Masukan atau keluaran, baik yang bersifat singking atau sourcing hanya bisa menghantarkan arus listrik satu arah (searah saja), artinya menggunakan catu daya DC. Dengan demikian, setiap jalur keluaran atau masukan memiliki terminal (+) dan (-), jika terdapat 5 masukan, maka akan terdapat 10 (5x2 terminal) sekrup terminal masukan, yang masing- masing bertanda (+) dan (-). namun hal ini kemudian dihindari dengan cara menyatukan terminal (+)nya, yang kemudian untuk beberapa masukan atau keluaran dijadikan satu dan disebut dengan jalur common (dalam PLC dengan tanda COMM). Pada gambar berikut ini ditunjukkan contoh 3 masukan dengan satu jalur tunggal terminal COMM dan masingmasing dihubungkan dengan sebuah saklar. Gambar 1. Ilustrasi terminal COMM b. Jalur-jalur Masukan

8 Yang perlu diperhatikan dalam menghubungkan piranti luar dengan jalur masukan, yang biasanya berupa sensor, adalah bahwa keluaran dari sensor bisa berbeda tergantung dari sensor itu sendiri dan aplikasinya. Yang penting, bagaimana caranya dibuat suatu rangkaian sensor yang dapat memberikan sinyal ke PLC sesuai dengan spesifikasi masukan PLC yang digunakan. Pada gambar 2 ditunjukkan suatu contoh cara menghubungkan sebuah sensor denga tipe keluaran singking dengan masukan PLC yang bersifat sourcing. Gambar 2. Menghubungkan sensor keluaran singking dengan masukan sourcing Pada gambar 2 di atas, jenis sensor yang digunakan, sebagaimana disebutkan sebelumnya, merupakan jenis yang menyedot arus (singking), dengan demikian, masukan atau hubungan yang cocok disisi lainnya (PLC) adalah yang memberikan arus (sourcing). Perhatikan penempatan tegangan DC-nya, terutama polaritas terminalnya (positif dan negatifnya). Dalam hal ini COMMON bersifat positif untuk tipe hubungan atau koneksi semacam ini. Sedangkan pada gambar 3 ditunjukkan tipe koneksi yang lain atau kebalikan dari tipe koneksi yang sebelumnya.

9 Gambar 3. Menghubungkan sensor keluaran sourcing dengan masukan singking Pada gambar 3. memperlihatkan bahwa sekarang sensor memiliki sumber arus sendiri sehingga tipenya merupakan sourcing, pasangan terminalnya disisi yang lain (PLC) merupakan tipe singking. Untuk tipe hubungan semacam ini, COMMON bersifat negatif atau GND. Secara garis besar dapat dikatakan bahwa harus dilakukan hubungan singking-sourcing atau sourcing-singking bukan singking- singking maupun sourcing-sourcing. c. Jalur-jalur Keluaran Keluaran dari PLC biasanya dapat berupa transistor dalam hubungan PNP, NPN maupun relai. Pada gambar 4 dan 5, masing-masing ditunjukkan bagaimana cara PLC mengatur piranti eksternal secara nyata. Gambar 4. Menghubungkan beban keluaran dengan keluaran PLC tipe Singking

10 Gambar 5. Menghubungkan beban keluaran dengan keluaran PLC tipe sourcing Pada gambar 4 ditunjukkan bagaimana PLC menangani beban keluaran, jika PLC-nya sendiri keluarannya tipe singking. Beban diletakkan antara terminal masukan singking dengan terminal positif catu daya, yang digunakan untuk menggerakkan beban bukan untuk PLC-nya itu sendiri. Sedangkan pada gambar 5 menunjukan tipe keluaran PLC adalah sourcing, sehingga konfigurasinya beban keluaran diletakkan antara keluaran sourcing dengan terminal negatif. 6. Konsep Programmable Logic Controller (PLC) Berdasarkan dari pengertian namanya, konsep PLC adalah sebagai berikut : a. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubahubah fungsi atau kegunaannya. b. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, and, or, dan lain sebagainya. c. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. 7. Operasional PLC Sebuah PLC bekerja secara kontinyu dengna cara men-scan program. Ibaratnya kita bisa mengilustrasikan satu siklus scan ini menjadi 3 langkah

11 atau 3 tahap. Umumnya lebih dari 3 tetapi secara garis besarnya ada 3 tahap tersebut, sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut ini. Gambar 6. Proses scanning program PLC Keterangan : a. 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; b. 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; c. Perbaharui status keluaran, akhirnya PLC akan memperbaharui atau meng- update 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

12 keluaran pertama ON, sehingga pada langkah 3 ini keluaran pertama akan diperbaharui menjadi ON 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: waktu tanggap masukan + waktu eksekusi program + waktu tanggap keluaran = waktu tanggap total PLC ini dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian Relay sekuensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yang digunakan sudah dimasukkan. Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan meng-on atau meng-off keadaan kan output-output. 1 menunjukkan bahwa yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak. Pada masa sekarang PLC dibagi menjadi beberapa tipe berdasarkan bentuk dan kemampuannya. Berikut beberapa tipe PLC berdasarkan ukuran dan kemampuannya : a. Tipe Compact. PLC ini memiliki beberapa ciri : 1) Seluruh komponen, power supply, CPU, modul input, modul output, modul komunikasi menjadi satu. 2) Umumnya berukuran kecil (compact) 3) Mempunyai jumlah input dan output yang relatif sedikit dan tidak dapat diekspansi

13 4) Tidak ditambah modul-modul khusus b. Tipe Modular. PLC ini memiliki beberapa cirri: 1) Komponennya terpisah dari modul 2) Berukuran besar 3) Memungkinkan ekspansi yang banyak 4) Memungkinkan penambahan modul-modul khusus Dalam merancang suatu sistem kendali dibutuhkan pendekatanpendekatan sistematis dengan prosedur sebagai berikut : a. Rancangan Sistem Kendali Dalam tahapan ini si perancang harus menentukan terlebih dahulu sistem apa yang akan dikendalikan dan proses bagaimana yang akan ditempuh. Sistem yang dikendalikan dapat berupa peralatan mesin ataupun proses yang terintegrasi yang sering secara umum disebut dengan controlled system. b. Penentuan I/O Pada tahap ini semua piranti masukan dan keluaran eksternal yang akan dihubungkan PLC harus ditentukan. Piranti masukan dapat berupa saklar, sensor, valve dan lain-lain sedangkan piranti keluaran dapat berupa solenoid katup elektromagnetik dan lain-lain. c. Perancangan Program (Program Design) Setelah ditentukan input dan output maka dilanjutkan dengan proses merancang program dalam bentuk ladder diagram dengan mengikuti aturan dan urutan operasi sistem kendali. d. Pemrograman (Programming) e. Menjalankan Sistem (Run The System) Pada tahapan ini perlu dideteksi adanya kesalahan-kesalahan satu persatu (debug), dan menguji secara cermat sampai kita memastikan bahwa sistem aman untuk dijalankan. PLC yang digunakan pada perencangan alat ini adalah jenis PLC Omron PLC Omron ZEN-20C1AR-A-V2. Pada PLC ini terdapat 20 I/O, 12 input dan 8 output.

14 Gambar 7. PLC Omron ZEN-20C1AR-A-V2 B. Pengenalan bahasa pemrograman Programmable Logic Controller sebagai pengendali. Terdapat beberapa bahasa pemrograman standar untuk menghasilkan bahasa pemrograman PLC. Menurut International Electrotechnical Commission (IEC) dikenal 5 bahasa pemrograman PLC, yaitu : 1. Structured Text (ST) Teks terstruktur merupakan bahasa tingkat tinggi yang dapat memproses sistem logika ataupun algoritma dan memungkinkan pemrosesan sistem lain. Perintah umumnya menggunakan if, then, else dan lain-lain. 2. Instruction ListI (IL) Rangkaian instruksi bahasa tingkat rendah berdasarkan atas mnemonics yang sering digunakan untuk perintah utama PLC. 3. Ladder Diagram (LD) Adalah bahasa pemrograman yang yang dibuat dari persamaan fungsi logika dan fungsi-fungsi lain berupa pemrosesan data atau fungsi waktu dan pencacahan. Ladder diagram terdiri dari susunan kontak- kontak dalam satu grup perintah secara horizontal dari kiri ke kanan, dan terdiri dari banyak grup perintah secara verikal. Contoh dari ladder diagram ini adalah kontak normaly open, kontak normaly close, output coil, pemindahan data.

15 Garis vertikal paling kiri dan paling kanan diasumsikan sebagai fungsi tegangan, bila fungsi dari group perintah menghubungkan 2 garis vertikal tersebut maka rangkaian perintah akan bekerja. 4. Function Block Diagram (FBD) Function block diagram adalah suatu fungsi-fungsi logika yang disederhanakan dalam gambar blok dan dapat dihubungkan dalam suatu fungsi atau digabungkan dengan fungsi blok lain. 5. Sequential Function Chart (SFC) Bahasa program yang dibuat dan disimpan dalam chart. Bagian-bagian chart memiliki fungsi urutan langkah, transisi dan percabangan. Tiap langkah memiliki status proses dan bisa terdiri dari struktur yang berurutan. Semua bahasa pemrograman tersebut dibuat berdasarkan proses sekuensial yang terjadi dalam sistem yang dikendalikan. Semua instruksi dalam program akan dieksekusi oleh modul CPU, dan penulisan program itu bisa dilakukan pada keadaan online maupun offline. Ladder diagram adalah bahasa pemrograman yang yang dibuat dari persamaan fungsi logika dan fungsi-fungsi lain berupa pemrosesan data atau fungsi waktu dan pencacahan. Ladder diagram terdiri dari susunan kontak- kontak dalam satu grup perintah secara horizontal dari kiri ke kanan, dan terdiri dari banyak grup perintah secara verikal. Contoh dari ladder diagram ini adalah kontak normaly open, kontak normaly close, output coil, pemindahan data. Garis vertikal paling kiri dan paling kanan diasumsikan sebagai fungsi tegangan, bila fungsi dari grup perintah menghubungkan 2 garis vertikal tersebut maka rangkaian perintah akan bekerja. Zen Support Software merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk membuat ladder program untuk PLC Omron Zen. Perangkat ini sangat compatible untuk PLC Omron ZEN-20C1AR-A-V2.

16 Gambar 8. Tampilan Zen Support Software Berikut ini beberapa contoh instruksi ladder pada perangkat lunak Zen Support Software: 1. Program self holding Gambar 9. Self Holding 2. Instruksi LD dan LD NOT Perintah LD baca LOAD digunakan untuk memulai setiap baris dengan sambungan normally open (NO) sedangkan perintah LD NOT digunakan untuk memulai setiap baris dengan sambungan normally closed (NC)

17 Gambar 10. Insruksi LD Gambar 11. Instruksi LD NOT 3. Instruksi AND Logika AND adalah logika yang menghasilakan keluaran bernilai 1 jika kedua input bernilai 1. Gambar 12. Logika AND 4. Instruksi OR

18 Logika OR adalah logika yang menghasilkan keluaran 1 jika salah satu masukan bernilai 1. Gambar 13. Logika OR

19 5. Kombinasi Instruksi (Instruksi Blok) AND-OR dan OR-AND Hubungan logika dasar AND, OR, NOT, dapat disusun ke dalam struktur tertentu yang bertujuan untuk menyelesaikan kasus proses logika. Gambar 14. Logika AND-OR atau OR LD Gambar 15. Logika OR-AND atau AND LD 6. Timers Ada 4 jenis operasi pada timers, yaitu : a. On Delay Timer akan aktif jika hitungan timer terpenuhi setelah pemicu masukan timer aktif.

20 b. Off Delay Timer tetap aktif ketika masukan trigger aktif, setelah trigger tidak aktif dan setelah hitungan terpenuhi maka timer tidak aktif. c. One shoot pulse timer Hitungan tetap berlangsung ketika masukan trigger aktif. d. Flashing pulse timer Selama masukan trigger aktif maka timer akan aktif dan tidak aktif secara berulang-ulang sesuai dengan sett hitungan. Gambar 16. Logika Timers Berikut ini contoh sebuah output yang dikendalikan oleh Programmable Logic Controller 1. Motor DC Motor DC adalah motor yang memerlukan suplai tegangan searah pada kumparan jangkar dan kumparan medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Berdasarkan karakteristiknya, motor arus searah ini mempunyai daerah pengaturan putaran yang luas dibandingkan dengan motor arus bolak-balik, sehingga sampai sekarang masih banyak digunakan pada pabrik-pabrik yang mesin produksinya memerlukan pengaturan putaran yang luas.

21 Gambar 17. Motor DC Pada motor DC, kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konverter energi baik energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari suatu sistem ke sistem yang lain, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi sistem lainya. Dengan demikian, medan magnet disini selain berfungsi sebagi tempat penyimpanan energi juga sekaligus proses perubahan energy. 2. Driver Motor DC Gambar 18. Proses Konversi Energi pada Motor DC H Bridge atau jembatan H adalah adalah salah satu rangkaian yang digunakan untuk mengendalikan motor DC. Pada penelitian ini digunakan H bridge Relay. Prinsip kerja rangkaian driver motor menggunakan Relay tidak jauh berbeda dengan prinsip kerja rangkaian H-Bridge menggunakan transistor. Relay pada rangkaian driver motor ini berfungsi sebagai saklar otomatis yang akan mengatur perputaran dari

22 motor. B0 dan B1 merupakan sumber input yang akan mengatur bukaan Relay sehingga dapat mengatur arah perputaran dari motor. Sumber tersebut dapat berasal dari sensor ataupun dari output PLC. Relay adalah suatu peranti yang bekerja berdasarkan elektromagnetik untuk menggerakan sejumlah kontaktor (saklar) yang tersusun. Kontaktor akan tertutup (On) atau terbuka (Off) karena efek induksi magnet yang dihasilkan kumparan (induktor) ketika dialiri arus listrik. Berbeda dengan saklar dimana pergerakan kontaktor (On/Off) dilakukan manual tanpa perlu arus listrik. Relay adalah sebuah saklar yang dioperasikan secara elektrik. Banyak Relay menggunakan elektromagnet untuk mengoperasikan mekanisme switching mekanis, tetapi prinsip-prinsip operasi lain juga digunakan. Relay digunakan di mana perlu untuk mengendalikan rangkaian dengan sinyal daya rendah (dengan isolasi listrik lengkap antara kontrol dan sirkuit terkontrol), atau di mana beberapa sirkuit harus dikontrol oleh satu sinyal. Gambar 19. Rangkaian H Bridge

23 3. Relay Relay merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan pada beberapa peralatan elektronik dan di berbagai bidang lainnya. Relay adalah saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup rangkaian dengan menggunakan kendali dari rangkaian lain. Gambar 20. Relay dan Simbolnya Sebuah Relay tersusun atas kumparan, pegas, saklar (terhubung pada pegas) dan 2 kontak elektronik (normally close dan normally open). a. Normally close (NC) : saklar terhubung dengan kontak ini saat Relay tidak aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi terbuka. b. Normally open (NO) : saklar terhubung dengan kontak ini saat Relay aktif atau dapat dikatakan saklar dalam kondisi tertutup. Berdasarkan pada prinsip dasar cara kerjanya, Relay dapat bekerja karena adanya medan magnet yang digunakan untuk menggerakkan saklar. Saat kumparan diberikan tegangan sebesar tegangan kerja Relay maka akan timbul medan magnet pada kumparan karena adanya arus yang mengalir pada lilitan kawat. Kumparan yang bersifat sebagai elektromagnet ini kemudian akan menarik saklar dari kontak NC ke kontak NO. Jika tegangan pada kumparan dimatikan maka medan magnet pada kumparan akan hilang sehingga pegas akan menarik saklar ke kontak NC. C. Pengenalan bermacam macam aplikasi Programmable Logic Controller 1. Relay Relay Internal di dalam Program.

24 Sebuah sistem harus diaktifkan ketika dua kondisi input yang berbeda terpenuhi. Stuasi ini dapat diprogram sebagai sebuah sistem gerbang logika AND. Namun jika terdapat sejumlah input yang harus diperiksa untuk memastikan terpenuhinya kedua kondisi input maka akan memudahkan kita jika menggunakan relay internal. Kondisi input pertama kemudian digunakan untuk menghasilkan sebuah output ke sebuah relay internal. Relay internal ini memiliki kontakkontak yang kemudian menjadi bagian dari kondisi input kedua. Stuasi ini dapat dilihat pada gambar berikut ini: (PLC tipe Zen Programmable Controller) Gambar 21. Aplikasi Relay Internal (RI) Untuk anak tangga pertama: Ketika input 1 atau input 3 menutup dan input 2 menutup maka relay internal IR1 diaktifkan. Hal ini mengakibatkan menutupnya kontak- kontak IR1. Apabila input 4 kemudian diaktifkan, maka output 1 menyala (ON). Aplikasi seperti ini dapat diterapkan untuk mekanisme membuka penghalang jalan secara otomatis. Prinsipnya: Input 1 dan input 3 adalah input- input dari sensor- sensor fotoelektris yang mendeteksi kedatangan seseorang yang mendekati atau menjauhi salah satu sisi penghalang, input 1 diaktifkan dari salah satu sisi penghalang dan input 3 dari sisi sebaliknya. Input 2 adalah sebuah saklar untuk menghidupkan atau mematikan seluruh sistem, sehingga ketika input 1 atau input 3 dan input 2 diaktifkan, maka terdapat sebuah output dari relay internal 1. Output ini akan menutup kontak-kontak relay internal tersebut. Apabila

25 input 4 yang berupa sebuah limit switch mendeteksi bahwa penghalang berada dalam keadaan diturunkan, maka input ini diaktifkan dan menutup sehingga output1 menyala (ON) dan motor menaikkan penghalang. Apabila limit switch mendeteksi bahwa penghalang telah terangkat dan orang telah melewatinya maka saklar ini akan membuka dan output tidak lagi menyala dan beban pada penghalang akan menurunkan penghalang. Relay internal memungkinkan dihubungkannya dua bagian program yang berbeda, yaitu: a. Bagian yang mendeteksi kedatangan seseorang dan b. b. Bagian yang mendeteksi posisi penghalang. Contoh lain untuk penggunaan dua relay internal dalam program Anak tangga (Rung) dengan relay internal pertama (RI 1) Anak tangga dengan relay internal kedua (RI 2) Output 1 yang dikontrol oleh kedua relay internal Gambar 22. Penerapan Dua Relay Internal Output 1 dikendalikan oleh dua susunan input. Anak tangga (rung) pertama memperlihatkan: Relay Internal RI 1 akan aktif bila input 1 atau input 2 diaktifkan atau menutup. Anak tangga kedua memperlihatkan: Relay Internal RI 2 akan aktif bila input 3 dan input 4 keduanya diaktifkan. Anak tangga ketiga memperlihatkan: bahwa output 1 akan aktif bila relay internal RI 1 atau relay internal RI 2 diaktifkan. Dengan kata lain output akan ada jika salah satu dari kedua kondisi input terpenuhi. 2. Program Pengunci (latching)

26 Penggunaan lain dari relay internal adalah untuk mengembalikan sebuah rangkaian latching ke kondisi awalnya (resetting). Contohnya dapat dilihat pada ladder diagram berikut: Gambar 23. Mereset Rangkaian Latching Saat kontak input 1 menutup selama sekejap maka output 1 hidup (ON) dan kontak output 1 menutup (closed) sehingga kondisi output 1 tetap hidup walaupun kontak input 1 membuka. Ketika input 2 menutup, relay internal (RI 1) diaktifkan maka kontak RI 1 dari kondisi normal tertutup, sehingga output dari output 1 mati (OFF) dan output ini tidak lagi terkunci (latched). Contoh lain penerapan program latching dapat dilihat pada ladder diagram berikut ini: Gambar 24. Menghidupkan banyak Output Anak tangga pertama memiliki kunci (latch) yang mempertahankan relay internal RI 1 tetap aktif ketika input mulai diaktifkan seketika sehingga

27 menyebabkan anak tangga kedua akan memberikan daya. Anak tangga ketiga akan memberikan daya ke output 2 jika input ke output 2 diaktikan atau menutup. Anak tangga keempat akan memberikan daya ke output 3, jika input ke otput 3 diaktifkan atau menutup. Dan semua output akan berhenti (OFF) bila input berhenti dibuka dari kondisi normal tertutup. 3. Penggunaan Timer (Pewaktu) a. Timer digunakan untuk menunda ON Keluaran (On Delay) Dalam aplikasi ini jenis PLC yang dipakai adalah PLC Omron tipe Zen Programmable Relay 10C1AR-A-V1, tegangan AC V Deskripsi Aplikasinya: PLC digunakan untuk menghidupkan suatu alat setelah 10 detik Saklar Start ditekan dan akan menahan status keluaran tetap ON walupun Saklar Start di-off-kan. Perhatikan diagram pewaktu (timing diagram) berikut ini: Start Keluaran 10 detik Pengalamatan Input / Output (I/O) Input Output(O) (I) Alat Alat I0 Q0 Saklar Alat Start / Lampu Ladder Diagram b. Timer digunakan untuk menunda OFF Keluaran (Off Delay)

28 Deskripsi Aplikasinya: PLC digunakan untuk menghidupkan suatu alat. Saat Saklar Start ditekan dan akan menahan status keluaran tetap ON selama Saklar Start juga ON. Setelah Saklar Start OFF, maka keluaran akan OFF setelah 10 detik kemudian. Perhatikan diagram pewaktuan (timing diagram) berikut ini: Start Keluaran 10 detik Pengalamatan Input / Output (I/O) Input Output(O) (I) Alat Alat I0 Q0 Saklar Alat Start / Lampu Ladder Diagram c. Timer digunakan untuk menunda ON dan OFF Keluaran (On dan Off Delay) Deskripsi Apliksinya: PLC digunakan untuk menghidupkan suatu alat setelah 10 detik Saklar Start ditekan dan akan menahan status keluaran(output) tetap ON selama Saklar Start juga ON. Setelah Saklar Start OFF maka keluaran juga akan OFF setelah 10 detik kemudian. Perhatikan diagram pewaktu (timing diagram) berikut ini Start Keluaran 10 detik 10 detik

29 Pengalamatan Input / Output (I/O) Input (I) I0 Alat Saklar Start Output(O) Q0 Alat Alat / Lampu Ladder Diagram d. Timer digunakan untuk pulsa kedip (flashing) keluaran Deskripsi Aplikasinya: Rangkaian ini mempunyai keluaran(output) berulang kali ON-OFF pada interval waktu tertentu saat sebuah sinyal masukan(input) di-on-kan (diaktifkan). Perhatikan diagram pewaktuan (timing diagram) berikut ini: Start Keluaran Pengalamatan Input / Output (I/O)

30 Input Output(O) (I) Alat Alat I0 Q0 Saklar Alat Start / Lampu Ladder Diagram 4. Penjelasan Counter PLC Sebuah counter (piranti pencacah) memungkinkan dilakukannya pencacahan (perhitungan) terhadap sejumlah sinyal input. Hal ini dapat terjadi di dalam situasi tertentu, misalnya dari sekian banyak barang yang bergerak di atas sebuah ban berjalan (conveyor), ada sejumlah tertentu diantaranya harus dibelokkan dan dimasukkan ke dalam sebuah kotak. Contoh- contoh situasi yang lain adalah: Jumlah putaran sebuah batang poros; Jumlah orang yang melewati sebuah pintu harus dihitung. Counter- counter yang digunakan dalam penerapn seperti ini sudah tersedia sebagai komponen yang tercangkok (built-in) di dalam PLC. Sebuah counter ditetapkan untuk menghitung suatu nilai atau jumlah tertentu, dan ketika pulsa- pulsa dengan jumlah tertentu telah diterima, counter akan mengoperasikan kontak- kontaknya. Apabila yang digunakan adalah kontak- kontak normal terbuka maka kontak- kontak ini akan menutup, dan jika yang digunakan adalah kontak- kontak normal tertutup maka kontak- kontak ini akan membuka. Counter ada dua tipe, yaitu: up counter (pencacah naik) dan down counter (pencacah turun). Up counter, yaitu menghitung naik atau maju dari nol hingga mencapai suatu nilai yang ditetapkan, dimana setiap kejadian akan menyebabkan nilai perhitungan bertambah satu. Ketika

31 telah mencapai nilai yang ditetapkan keadaan kontak- kontaknya berubah. Down counter, yaitu menghitung turun atau mundur dari suatu nilai yang ditetapkan hingga mencapai nol, dimana setiap kejadian (event) akan mengurangi suatu nilai yang ditetapkan. Ketika counter mencapai nilai nol keadaan kontak- kontaknya berubah. a. Penggunaan Counter Dalam aplikasi ini jenis PLC yang dipakai adalah PLC Omron tipe Zen Programmable Relay 10C1AR-A-V1, tegangan AC V Deskripsi Aplikasinya: PLC digunakan untuk meng-on-kan keluaran setelah Saklar Start di-on-off-kan 5 kali dan keluaran akan OFF jika dilakukan penekanan Saklar RESET. Perhatikan diagram pewaktuan (timing diagram) berikut ini: Start Reset Keluaran Pengalamatan Input / Output (I/O) Input (I) Alat Output(O) Alat I0 Saklar Start Q0 Alat / Lampu I1 Saklar Reset Ladder Diagram b. Gabungan dua buah counter untuk mengaktifkan sebuah output Deskripsi Aplikasinya: Seperti diketahui bahwa jumlah cacah atau hitung maksimum pada sebuah pencacah (counter) adalah 9999 kali.

32 Jika suatu aplikasi membutuhkan jumlah cacah melebihi jumlah cacah maksimumnya, bagaimana caranya?. Tentu saja dengan sebuah counter tidak mugkin dilakukan. Oleh sebab itu harus membutuhkan lebih dari satu pencacah (counter). Misalkan dibutuhkan kali pencacahan. Hal ini dapat dilakukan dengan dua buah pencacah. Pencacah pertama melakukan cacahan 1000 kali maka pencacah kedua melakukan cacahan 20 kali (1000 x 20 = 20000). Pengalamatan Input / Output (I/O) Input (I) I0 I1 Alat Saklar Start Saklar Cacah Output(O) Q0 Alat Alat / Lampu Ladder Diagram c. Penggunaan Timer dan Counter Deskripsi Aplikasinya: Gabungan pencacah dengan pewaktu dimaksudkan untuk mendapatkan penundaan (delay) yang lebih lama range perpanjangan waktunya. Misalnya: diperlukan penundaan

33 3600 detik, maka pewaktuan dapat di-setting 36 detik dengan Pencacah 100 kali / atau pewaktuan 360 detik dengan pencacah 10 kali (360 detik x 10 kali = 3600 detik) Pengalamatan Input / Output (I/O) Input (I) Alat Output(O) I0 SaklarAlat Q0 Start Alat / Lampu Ladder Diagram 5. Aplikasi- aplikasi PLC menggunakan PLC Simulator versi 1.0. a. Menghidupkan dan mematikan suatu alat dengan dua tombol, satu tombol picuan untuk Start dan satu lagi untuk Stop. Rangkaian ini menggunakan sistem interlock atau penguncian internal. Keluaran Klik di sini untuk Simulasi Start Stop Buka program PLC Simulator versi 1.0, seperti gambar di atas.

34 Masukkan instruksi- instruksi kode mnemonik berdasarkan deskripsi aplikasi di atas. Untuk melakukan simulasi klik tombol Simulation yang ada di pojok kanan atas. Klik INPUT 00 yang mewakili masukan 00000(tombol Start), maka OUTPUT 00 yang mewakili Keluaran akan ON. Kemudian klik INPUT 01 yang mewakili masukan 00001(tombol Stop) maka OUTPUT 00 akn OFF. b. Menghidupkan suatu alat setelah 5 detik tombol START ditekan dan akan menahan status keluaran tetap ON selama tombol START juga ON. Setelah tombol START di-off-kan, maka keluaran juga akan OFF setelah 5 detik kemudian. Perhatikan diagram pewaktu (timing diagram) berikut ini: Start Keluaran 5 detik 5 detik

35 Keluaran Perhatikan Timer 00 dan 01 ini Start Buka program PLC Simulator versi 1.0, seperti gambar di atas. Masukkan instruksi- instruksi kode mnemonik berdasarkan deskripsi aplikasi di atas. Untuk melakukan simulasi klik tombol Simulation yang ada di pojok kanan atas. Klik INPUT 00 yang mewakili masukan 00000(tombol START di-on-kan), maka OUTPUT 00 yang mewakili Keluaran akan ON setelah 5 detik. Kemudian OFF-kan tombol START dengan cara meng-klik kembali INPUT 00, maka OUTPUT 00 akan OFF setelah 5 detik. c. Keluaran akan ON setelah tombol input hitung di-on OFF-kan 5 kali dan keluaran akan OFF jika dilakukan penekanan tombol RESET. Perhatikan diagram pewaktu (timing diagram) berikut ini: Start Reset Keluaran

36 Keluaran Pencacah Turun Input Hitung Reset Buka program PLC Simulator versi 1.0, seperti gambar di atas. Masukkan instruksi- instruksi kode mnemonik berdasarkan deskripsi aplikasi di atas. Untuk melakukan simulasi klik tombol Simulation yang ada di pojok kanan atas. Tombol input hitung di-on OFF-kan sebanyak 5 kali dengan cara meng-klik INPUT 00 yang mewakili masukan 00000, maka OUTPUT 00 yang mewakili Keluaran akan ON. Kemudian tekan tombol RESET dengan cara meng-klik INPUT 01, maka OUTPUT 00 akan OFF. D. Rangkuman Sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersamasama melakukan sesuatu untuk sasaran tertentu. Proses adalah perubahan yang berurutan dan berlangsung secara kontiniu dan tetap menuju keadaan akhir tertentu. Kontrol adalah suatu kerja untuk mengawasi, mengendalikan, mengatur dan menguasai sesuatu. Sistem Kontrol adalah proses pengaturan

37 atau pengendalian terhadap satu atau beberapa besaran (variabel atau parameter) sehingga berada pada suatu harga atau range tertentu. Sistem kontrol proses terdiri atas sekumpulan piranti-piranti dan peralatanperalatan elektronik yang mampu menangani kestabilan, akurasi, dan mengeliminasi transisi status yang berbahaya dalam proses produksi. Masingmasing komponen dalam sistem kontrol proses tersebut memegang peranan pentingnya masing-masing, tidak peduli ukurannya. Programmable Logic Control 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 melakukan proses dan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan keluarannya.\ Dalam merancang suatu sistem kendali dibutuhkan pendekatan-pendekatan sistematis dengan prosedur sebagai berikut: 1. Perlu memilih suatu instrumen atau sistem yang hendak dikontrol; 2. Perlu menentukan semua masukan dan keluaran yang akan dihubungkan ke PLC (Jumalah I/O). 3. Merancang dan membuat program yang lebih dikenal dengan Ladder diagram di PLC sesuai dengan jalannya proses yang diinginkan. 4. Pemrograman (Programming) 5. Program disimpan ke dalam PLC; baik dilakukan secara langsung melalui terminal konsol maupun melalui komputer PC. PLC dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian Relay sekuensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program sudah dimasukkan ke dalamnya. Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan meng-on atau meng-off kan outputoutput. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak.

38 Berdasarkan ukuran dan kemampuannya, PLC dapat dikelompokan sebagai berikut: 1. Tipe Compact. PLC ini memiliki beberapa cirri, antara lain: a. Seluruh komponen, power supply, CPU, modul input, modul output, modul komunikasi menjadi satu. b. Umumnya berukuran kecil (compact) c. Mempunyai jumlah input dan output yang relatif sedikit dan tidak dapat diekspansi d. Tidak ditambah modul-modul khusus 2. Tipe Modular. PLC ini memiliki ciri antara lain: a. Komponennya terpisah dari modul b. Berukuran besar c. Memungkinkan ekspansi yang banyak d. Memungkinkan penambahan modul-modul khusus E. Daftar Pustaka Bolton William (2004). Programmable Logic Controller (PLC) Sebuah Pengantar, Edisi Ketiga, Jakarta: Erlangga. Eko Agfianto (2004). PLC: Konsep, Pemrograman san Aplikasi, Yogyakarta: GAVA MEDIA. Husanto & Thomas, (2007). PLC (Programmable Logic Control) FP Sigma, Yogyakarta: ANDI OMRON (2003). ZEN Programmable Relay: Operational Manual, Japan: OMRON. Setiawan Iwan, (2006). Programmable Logic Controller dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol, Yogyakarta: ANDI.

39