Makalah Seminar Kerja Praktek PERANCANGAN APLIKASI PLC OMRON SYSMAC CPM1A PADA MODUL PINTU GARASI OTOMATIS DI LABORATORIUM TEKNIK KONTROL OTOMATIK TEKNIK ELEKTRO UNIVERSITAS DIPONEGORO Achmad Ulul Azmy (L2F009091) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Jln. Prof. Soedharto, Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia e-mail: achmad.ulul.azmy@gmail.com Abstrak PLC (Programmable Logic Controller) atau pengendali logika yang dapat diprogram dengan berbagai kelebihan dan kemudahan dalam pemakaiannya merupakan salah satu solusi untuk melakukan otomatisasi suatu sistem. Pada pelaksanaan kerja praktik ini, sesuai kebutuhan pembelajaran praktikum pada Laboratorium Teknik Kontrol Otomatik yang tidak hanya mempelajari tentang software, namun juga hardware, makakerja praktik ini telah disesuaikan sebagai bahan pembelajaran. Sehingga dirancanglah sebuah modul pintu garasi otomatis yang dikontrol menggunakan PLC tipe OMRON SYSMAC CPM1A. Usaha pengontrolan modul praktikum pintu garasi otomatis menggunakan PLC dilakukan sebagai bentuk penerapan ilmu dalam bangku perkuliahan sekaligus metode pembalajaran mahasiswa, yakni metode FSM (Finite State Machine)dan metode trial-error. CX-Programmer digunakan untuk memprogram PLC. Dengan Daigram Ladder sebagai bahasas pemrogramannya. Kerja praktik ini sesuai dengan kebutuhan yang telah diuraikan diawal beserta usaha mewujudkannya telah menghasilkan modul pintu garasi otomatis beserta pengontrolannya dengan algoritma yang disajikan dalam artikel ini. Kata kunci: otomatisasi pintu garasi, ladder diagram, PLC I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi yang begitu pesat sangat berpengaruh pada kemajuan di bidang industri otomatisasi. Saat ini banyak industri-industri yang beralih pada mesin-mesin otomatis daripada menggunakan cara-cara konvensional. Dengan adanya alat-alat otomatis tersebut pekerjaan industri akan semakin mudah, presisi, efektif dan efisien. Dengan adanya sistem otomatisasi pintu garasi dengan menggunakan PLC Omron Sysmac CPM1A, diharapkan akan menghasilkan suatu alat yang mampu membantu pekerjaan manusia dalam kehidupan sehari-hari denganteknologi yang handal, sehingga dalam hal ini, proses membuka dan menutup pintu garai menjadi lebih mudah, efektif dan efisien. 1.2 Maksud dan Tujuan Tujuan dari Kerja Praktek ini adalah untuk memperkenalkan PLC sebagai salah satu pendukung otomatisasi industri dasar pemrograman PLC dan aplikasi PLC khususnya seri Omron Sysmac CPM1A yang diterapkan pada otomatisasi sistem pintu garasi. Halaman 1
1.3 Pembatasan Masalah Materi kerja praktek ini dibatasi pada pengolahan PLC OMRON SYSMAC CPM1A dari sisi perangkat kerasnya dan pemrograman dasar bahan ladder untuk mendukung kerja PLC dalam aplikasinya untuk pintu garasi. Fungsifungsi tambahan di luar fungsi dasar pada pemrograman dan aplikasi-aplikasi PLC selain aplikasi dasar tidak diulas pada laporan kerja praktek ini. II. DASAR TEORI 2.1 PLC (Programmable Logic Control) Berdasarkan pada standar yang dikeluarkan oleh National Electrical Manufacture Association (NEMA) ICS3-1978 Part ICS3-304, PLC didefinisikan sebagai berikut : PLC adalah suatu peralatan elektronik yang bekerja secara digital, memiliki memori yang dapat diprogram menyimpan perintah-perintah untuk melakukan fungsi-fungsi khusus seperti logic, sequening, timing, counting, dan aritmatika untuk mengontrol berbagai jenis mesin atau proses melalui analog atau digital input/output modules. membaca masukan dan menghasilkan keluaran dengan logika 1 atau 0. Gambar 2.2 PLC Omron Sysmac CPM1A 40I/O 2.2.1 Karakteristik CPM1A PLC Omron CPM1A merupakan salah satu seri dari PLC Omron CPM1A. PLC ini memiliki 40 terminal yang terdiri dari 24 terminal input dan 16 terminal output. Power supply yang dipakai berupa tegangan DC sehingga diperlukan sebuah trafo dalam penggunaannya. Gambar 2.3 Terminal I/O Gambar 2.1 Fungsi PLC 2.2 PLC OMRON SYSMAC CPM1A PLC OMRON SYSMAC CPM1A adalah salah satu produk PLC dari Omron yang terbaru. CPM1A merupakan PLC tipe paket yang tersedia dengan 10, 20, 30, 40 buah I/O (input/output). Sistem input outputnya berupa bit. Atau lebih dikenal dengan PLC tipe relay karena hanya 2.2.2 Konfigurasi Internal Input Output Berikut ini adalah rangkaian internal pada PLC Omron CPM1A: 1. Internal Input PLC Omron CPM1A merupakan jenis PLC yang kontaktor kontaktor input internalnya digerakkan oleh transistor. Halaman 2
Gambar 2.4 Rangkaian Internal input 2. Internal Output PLC Omron CPM1A-40CDT merupakan jenis PLC CPM1A yang kontaktor kontaktor output internalnya digerakkan oleh transistor. Gambar 2.5 Rangkaian Sinking Internal output Gambar 2.6 Rangkaian Sourcing Internal output III. PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Perangkat Keras 3.1.1 Sketsa Sistem Otomatisasi Pintu Garasi Gambar modul I/O sistem pintu garasi dapat dilihat secara lengkap pada lampiran 1. 3.1.2 Diagram Blok Rangkaian Input/Output PLC Gambar 3.1 Diagram Blok Rangkaian Input Output PLC 3.1.3 Penjelasan Tiap Blok Berikut penjelasan tiap blok berdasarkan gambar 3.2 : Push Button Open berfungsi sebagai tombol untuk menjalankan motor up dan untuk memulai sistem. LSA (Limit Switch Atas) berfungsi untuk menandakan bahwa pintu garasi sudah mencapai batas atas sekaligus menghentikan gerakan motor up. LSB (Limit Switch Bawah) berfungsi untuk menandakan bahwa pintu garasi sudah mencapai batas bawah sekaligus menghentikan gerakan motor down. Photodetector berfungsi untuk mendeteksi ada atau tidaknya benda yang sedang melewati pintu garasi, selain itu Photodetector juga berfungsi untuk mengaktifkan dan mereset timer yang berfungsi menunda waktu untuk menjalankan motor down serta mengubah keadaan dari menutup pintu ke membuka pintu. Switch 1 (switch manual) berfungsi untuk memilih mode otomatis atau mode manual. Switch 2 (switch buka) digunakan pada mode manual, yang berfungsi untuk menjalankan motor up atau motor Halaman 3
down sehingga dapat membuka atau menutup pintu. Motor down adalah keluaran dari chanel output yang dihubungkan pada sebuah relay rangkaian H-bridge yang fungsinya untuk menjalankan motor sehingga dapat menutup pintu garasi otomatis. Motor up adalah keluaran dari chanel output yang dihubungkan pada sebuah relay rangkaian H-bridge yang fungsinya untuk menjalankan motor sehingga dapat membuka pintu garasi otomatis. 3.2 Perancangan Perangkat Lunak 3.2.1 Desain Pemrograman dengan PLC Untuk desain Ladder diagram pintu garasi otomatis menggunakan pemrograman software CX-Programmer 9.0. dapat dilihat pada lampiran 2. 3.2.1.1 Kemungkinan Kondisi (State) Untuk cara kerja dari pintu garasi otomatis dapat menggunakan pendekatan kondisi (state) atau juga sering disebut metode Finitie State Machine (FSM). Hal ini dimaksudkan agar lebih mudah dalam mendesain ladder diagram pada PLC Kemungkinan kondisi (state) yang ada untuk aplikasi pintu garasi otomatis adalah sebagai berikut. Tabel 3.1 Kemungkinan State Catatan : hidup bernilai 1 (satu), mati bernilai 0 (nol) Keterangan : S0 : Kondisi pintu tertutup S1 : Kondisi dimana pintu dalam proses membuka S2 : Kondisi dimana pintu dalam proses menutup S3 : Kondisi pintu terbuka S4 : Kondisi menunda waktu on MU : Relay motor up dimana arah putaran motor sebagai pembuka pintu MD : Relay motor down dimana arah putaran motor sebagai penutup pintu 3.2.1.2 State Diagram Setelah didapatkan kemungkinan kondisi (state), yang diperlukan untuk memudahkan dalam pembuatan program adalah perancangan state diagram. Dengan demikian, dapat dibuat state diagram sebagai berikut. Gambar 3.1 State Diagram Program State S0, yang merepresentasikan kondisi awal ketika sistem mati atau saat hidup pertama kali atau bisa dikatakan sebagai home position, dalam keadaan ini, pintu dalam keadaan tertutup. Dari posisi ini, sistem akan berpindah menuju ke State S1. State S0 akan berpindah ke state S1 apabila mendapat inputan PB yaitu ketika push button ditekan pada mode otomatis atau switch buka berada pada posisi ON jika menggunakan mode manual. Pada State S1 relay motor UP akan ON dan motor akan membuka pintu garasi. Halaman 4
Kemudian dari State S1 akan berpindah ke State S3 jika pintu telah mendorong LSA. Pada State S3 ini, motor akan kembali diam, namun pintu dalam posisi terbuka. Dari State S3 ini, mode manual akan langsung menuju ke S2 jika Switch buka berada pada posisi OFF. Akan tetapi pada mode otomatis, State S3 akan menuju ke State S4 jika diferential down ON yang akan aktif jika sensor photodetektor medeteksi perubahan logika dari High ke low. State S4 akan menjalankan perintah delay selama 5 detik menggunakan timer TON0. Ketika TON0 sudah menunda waktu selama 5 detik atau Switch buka berada pada posisi OFF, maka State S4 atau State S3 akan berpindah ke State S2. Dimana pada keadaan ini relay motor DOWN akan ON dan pintu garasi akan menutup. Jika pintu garasi sudah mendorong LSB, State S2 akan berpindah menuju State S0 kembali dan motor akan kembali diam sehingga pintu dalam keadaan tertutup atau jika sebelum pintu garasi mendorong LSB, tetapi photodetektor terhalang atau mendeteksi adanya benda, maka State S2 akan langsung menuju ke State S1. Dan sistem ini akan berulang sevara terus-menerus sampai supply PLC dimatikan. Dari diagram keadaan diatas maka dapat dibentuk persamaan-persamaan sebagai berikut: Persamaan-persamaan transisi State: TI = PO T2 = S0.(SM.SB+.PB) T3 = S1.LSA T4 = S2.PD T5 = S3.SM. T6 = S2.LSB T7 = S3..DifdPD T8 = S4.TON0 Persamaan-persamaan State: S0 = (S0+T1+ T6. ). S1 = (S1+T2+T4. ). S2 = (S2+T5+T8). ). S3 = (S3+T3).. S4 = (S4+T7). Persamaan-persamaan output: MU = S1 MD = S2 Selain itu, harus diingat bahwa untuk keadaan State S4 merupakan keadaan delay dimana TON0 mulai terenergize menghitung waktu 5 detik. Dan diferensial down (DifdPD) merupakan instruksi dari Photodetector yang akan aktif apabila Photodetector mendeteksi sinyal dari High ke low. Maka dapat dituliskan persamaannya sebagai berikut: TON0(5s) = S0 Difd PD = PD IV. PENGUJIAN 4.1 State 0 Gambar 3.2 Pengujian plant pintu garasi pada state 0 State S0 merupakan kondisi pintu dalam keadaan tertutup. Kondisi input dan outputnya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3.2 kondisi I/O state 0 Halaman 5
4.2 State 1 Tabel 3.4 kondisi I/O state 2 4.4 State 3 Gambar 3.3 Pengujian plant traffic light pada state 1 State S1 merupakan kondisi menutup pintu, relay motor up dalam keadaan ON. Kondisi input dan outputnya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3.3 kondisi I/O state 1 4.3 State 2 Gambar 3.5 Pengujian plant Pintu Garasi Otomatis pada state 3 State S3 merupakan kondisi pintu dalam keadaan terbuka. Kondisi input dan outputnya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3.5 kondisi I/O state 3 Gambar 3.4 Pengujian plant Pintu Garasi Otomatis pada state 2 4.5 State 4 State S4 merupakan kondisi timer sedang menunda waktu menutup pintu selama 5 detik. Kondisi input dan outputnya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3.6 kondisi I/O state 4 State S2 merupakan kondisi menutup pintu, relay motor down dalam keadaan ON. Kondisi input dan outputnya dapat dilihat pada tabel berikut: Halaman 6
V PENUTUP 5.1 Kesimpulan 1. Dalam perancangan aplikasi PLC OMRON SYSMAC CPM1A pada sistem pintu garasi otomatis bertujuan untuk memudahkan proses dalam kegiatan sehari-hari dalam hal ini adalah proses pintu garasi otomatis. 2. Apabila dibandingkan dengan Mikrokontroller, maka PLC memiliki tingkat kesulitan pemrograman yang lebih kecil karena pada PLC cukup dengan membuat Ladder Diagram yang cenderung mudah dipahami dan dianalisa tanpa harus membuat coding yang kompleks. 5.2 Saran Karena dalam perancangan modul pintu garasi otomatis masih terdapat banyak kekurangan dan untuk mengembangkan alat ini dapat dilakukan dengan meningkatkan atau menambah fitur-fitur antara lain: 1. Pada aplikasi perancangan sistem modul pintu garasi otomatis, dapat menambahkan indikator untuk pengamanan, misal dengan menambahkan buzzer atau menggunakan lampu indikator saat pintu menutup. 2. Diagram ladder program dalam laporan ini hanya salah satu proses cara otomatisasi pintu garasi. Masih terdapat berbagai macam cara untuk penngembangan otomatisasi sistem pintu garasi otomatis. 3. Sensor dan aktuator yang masih menggunakan sistem sederhana, sehingga diperlukan sensor dan aktuator yang lebih handal, dapat diaplikasikan di dunia nyata dan lebih canggih. DAFTAR PUSTAKA [1] -------, Buku Pedoman Teknik Elektro 2009, Semarang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, 2009. [2] Muttaqin, Ilham, Perancangan Aplikasi Plc Omron Sysmac CP1L pada Sistem Otomasi Ice Compactor untuk Pemadatan Ice Flag, Semarang : Jurusan Teknik Elektro Universitas Diponegoro, 2012 [3] -------, Laboratorium TKO, http://www.elektro.undip.ac.id [4] -------, Lokasi Teknik Elektro UNDIP, Semarang, http://www.maps.google.com [5] Setiawan, Iwan, Programmable Logic Control (PLC) dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol, Yogyakarta : ANDI, 2006. [6] B3729-PLC TRAINER SYSTEM INSTRUCTIONS MANUAL.pdf [7] OMRON. 2005.CPM1A Operation Manual.pdf [8] Swamardika Alit, Simulasi Kontrol Lampu Lalu Lintas Sistem Detektor Dengan Menggunakan Sistem PLC Untuk Persimpangan Jalan Waribang-WR. Supratman Denpasar, Teknologi Elektro Vol.4 No.2 Juli - Desember 2005. [9] OMRON. 1997.CPM1A Series Brochure.pdf [10] -------, Limit Switch dan Saklar Push On, http://elektronikadasar.web.id/komponen/ [11] -------, Rangkaian H-bridge, http://www.google.com [12] CX-Programmer User Manual Version 3.1 [13] CX-Programmer Introduction Guide R132-E1-04.pdf [14] CX-One Introduction Guide R145- E1-03.pdf Halaman 7
BIOGRAFI Achmad Ulul Azmy L2F009091, dilahirkan di Semarang, 17 Maret 1991. Jenjang edukasi ditempuh dari SD Negeri 3 Pedurungan Kidul Semarang, SMP Negeri 29 Semarang, SMA Negeri 2 Semarang dan sekarang sedang menempuh studi S1 di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro dengan peminatan konsentrasi kontrol. Semarang, 20 Juli 2013 Mengetahui dan mengesahkan, Dosen Pembimbing Dr. Aris Triwiyatno, ST. MT NIP. 197509081999031002 Halaman 8
Lampiran 1 Sketsa Sistem Otomatisasi Pintu Garasi Otomatis Gambar 1 Sketsa Sistem Otomatisasi Pintu Garasi Otomatis Gambar diatas merupakan gambar modul pintu garasi otomatis, dimana pada kerja praktek disini menggunakan input PB Open, LSA, LSB, photodetector, switch 1 dan switch 2. Sedangkan output yang digunakan adalah motor up dan motor down. Berikut keterangan gambar : I0 : PB open I1 : LSA I2 : LSB I3 : Photodetector I4 : Switch 1 (manual-otomatis switch) I5 : Switch 2 (open-close switch) O0 : Motor down O1 : Motor up Halaman 9
Lampiran 2 Ladder Diagram Keseluruhan Sistem Pintu Garasi Otomatis Metode FSM Halaman 10
Gambar 2 Ladder Diagram Aplikasi Pintu garasi otomatis secara keseluruhan Halaman 11
Metode Trial Error Halaman 12
Tabel 1 Alamat masukan dan keluaran sistem pintu garasi otomatis Masukan Alamat PB Open 0.00 LSA 0.01 LSB 0.02 Photodetector 0.03 Switch Manual 0.04 Switch Buka 0.05 Keluaran Alamat Motor Down 10.00 Motor Up 10.01 Internal Relay Alamat photodetector 200.01 Internal relay 200.02 timer T0000 Halaman 13