BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Materi yang berhubungan dengan miniatur lift berbasis PLC sudah banyak diangkat sebagai judul untuk menyelesaikan studi di jurusan Teknik Elektro. Tugas Akhir mahasiswa Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara contohnya, mengangkat judul Perancangan Prototipe lift 4 lantai yang dikontrol PLC (Syafrizal, 2009) dalam tulisannya Syafrizal tidak memanfaatkan Tugas Akhirnya sebagai modul praktikum. Tugas Akhir yang dimaksud hanya dibatasi sebagai pengguna dan hanya membahas struktur dan arsitektur serta komponen-komponen dasar PLC, dan tidak dibahas secara mendetail, tidak membahas karakteristik motor arus searah secara mendalam. Tugas Akhir lainnya misalnya dibuat oleh mahasiswa Teknik Elektro Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, dengan judul Pembuatan Miniatur Lift Barang 3 Lantai Dengan Penggerak Berupa Ulir (Hadziq,M. dan R.H. Putra, 2009). Tugas Akhir ini dibuat hanya sebagai cara kerja lift barang yang sebenarnya digunakan dalam industri. Dalam penelusuran pustaka yang telah dilakukan, khususnya yang berhubungan dengan materi PLC, belum ditemukan rancang bangun miniatur lift sebagai modul praktikum PLC dan Mekatronika. Adapun referensi yang ditemukan hanya sekedar memberi teori singkat tentang cara kerja lift, fungsi PLC dan cara pengontrolan motor melalui program yang diisikan dalam PLC dan belum mencantumkan pembahasan mengenai rancang bangun miniatur lift serta sebagai modul praktikum mata kuliah PLC dan Mekatronika seperti yang dilakukan dengan Tugas Akhir yang dibuat. 4

2.2 Landasan Teori 2.2.1 Lift Lift adalah seperangkat alat yang digunakan untuk mengangkut orang atau barang secara vertikal dengan menggunakan seperangkat alat mekanik baik disertai alat otomatis ataupun manual (Wicaksono. H, 2009). Lift bekerja dengan bantuan relay atau kontaktor magnetik pada umumnya, pengendali lift yang digunakan adalah sistem pengendali lift berbasis PLC. 2.2.2 Programmable Logic Controller (PLC) PLC (Programmable Logic Controller) yaitu kendali logika terprogram merupakan suatu piranti elektronik yang dirancang untuk dapat beroperasi secara digital dengan menggunakan memori sebagai media penyimpanan instruksi-instruksi internal untuk menjalankan fungsi-fungsi logika, seperti fungsi pencacah, fungsi urutan proses, fungsi pewaktu, fungsi aritmatika, dan fungsi yang lainnya dengan cara memprogramnya.(budianto, M., A. Wijaya, 2003) Program-program dibuat kemudian dimasukkan dalam PLC melalui programmer. Pembuatan program dapat menggunakan komputer sehingga dapat mempercepat hasil pekerjaan. Setelah program selesai ditulis dan diuji, maka program dapat didesain dengan mudah ke sejumlah PLC lainnya. Fungsi lain pada PLC adalah dapat digunakan untuk memonitor jalannya proses pengendalian yang sedang berlangsung, sehingga dapat dengan mudah dikenali urutan kerja (work sequence) proses pengendalian yang terjadi pada saat itu. Pabrik pembuat PLC mendesain sedemikian rupa sehingga pengguna dapat dengan mudah menguasai fungsi-fungsi dan logika-logika dalam PLC hanya dalam beberapa jam saja. Fungsi-fungsi dasar yang banyak digunakan antara lain : kontakkontak logika, pewaktu (timer), dan pencacah (counter). 5

Dalam sistem PLC terdapat empat komponen bagian utama, yaitu : 1. Central Processing Unit (CPU), merupakan otak dari PLC yang terdiri dari 3 (tiga) bagian, yaitu : a. Mikroprosesor, merupakan otak dari PLC yang difungsikan untuk operasi matematika dan operasi logika. b. Memori, merupakan daerah CPU yang digunakan untuk melakukan proses penyimpanan dan pengiriman data pada PLC. c. Catu daya, yang berfungsi untuk mengubah sumber masukan tegangan bolak-balik menjadi tegangan searah. 2. Programmer/Monitor, adalah perangkat pemrograman yang digunakan untuk pemrograman ini umumnya tidak tersambung secara permanen ke dalam PLC. Jalannya program juga dapat diamati melalui perangkat ini. 3. Input/Output Modules, adalah antarmuka antara PLC dan perangkat eksternal (peralatan input dan peralatan output) dimana prosesor menerima informasi dari perangkat-perangkat eksternal tersebut dan mengkomunikasikan informasi kontrol ke perangkat-perangkat eksternal tersebut. 4. Raks dan Chasis, adalah sebagai rumah untuk PLC dan sebagai dudukan PLC agar posisinya stabil. Secara blok diagram, hubungan utama dari PLC dapat dilihat pada Gambar 2.1. Gambar 2.1. Hubungan Bagian Utama dari PLC (Sumber: Putra, A.E, 2004) 6

2.2.3 Programmable Logic Controller (PLC) OMRON CPMA1-30CDR-D Berikut adalah karakteristik dari PLC OMRON NCPMA1-30CDR-D yang dikutip dari Beginner Guide PLC Controller (Omron Asia Pacific LTD PTE, 1999). Secara umum, PLC Omron CPMA1-30CDR-D memiliki karakteristik sebagai berikut: Memiliki 30 terminal I/O yang terpasang dalam CPU, yaitu 18 buah terminal input dan 12 buah terminal output. Sebuah satuan I/O ekspansi dapat dihubungkan ke CPU dengan menambah 20 terminal I/O ekstra. PLC CPMA1-30CDR-D diperlengkapi dengan sebuah fungsi filter untuk mencegah operasi yang salah yang disebabkan oleh chatter atau noise pada sinyal input. Pemakai dapat memilih sebuah konstanta waktu input 1 ms, 2 ms, 4 ms, 8 ms, 16 ms, 32 ms, 64 ms, atau 128 ms. Memori flash menyediakan memori cadangan tanpa baterei. Input respon-cepat dapat mendeteksi sinyal input dengan pulsa sependek 0,2 ms tanpa peduli saatnya selama siklus PLC. Input respon-cepat dan input interupsi menggunakan terminal input yang sama. PLC CPMA1-30CDR-D mempunyai sebuah timer interval berkecepatan tinggi yang dapat diset dari 0,5 ms sampai 319968 ms. Timer dapat diset untuk memicu sebuah interupsi tunggal (one-shot mode) atau interupsi berulang terjadwal (scheduled interrupt mode). PLC CPMA1-30CDR-D mempunyai counter berkecepatan tinggi yang dapat digunakan dalam mode hitungan naik (incremental mode) atau mode up/down. Counter berkecepatan tinggi dapat dikombinasikan dengan input interupsi untuk melakukan kontrol nilai target atau kontrol daerah perbandingan yang tidak dipengaruhi oleh waktu siklus PLC. 7

PLC CPMA1-30CDR-D mempunyai 2 kontrol volume analog yang dapat dipakai untuk membuat setting analog secara manual. PLC CPMA1-30CDR-D kompatibel dengan Host Link, yang memungkinkan komunikasi dengan personal komputer. CPMA1-30CDR-D yang menggunakan Host Link dapat juga berkomunikasi dengan Programmable Terminal yang menggunakan perintah Host Link. Adapter RS-232C digunakan untuk komunikasi 1 ke 1 dan adapter RS-422 digunakan untuk komunikasi 1 ke n. Operasi berkecepatan tinggi dapat dicapai dengan tersedianya sebuah akses langsung dengan menghubungkan CPMA1-30CDR-D ke Programmable Terminal melalui antarmuka NT Link. Adapter RS-232 digunakan untuk penyambungan tersebut. CPMA1-30CDR-D menggunakan Programming Consule dan Ladder Support Software (SYSWIN) seperti PLC Omron lainnya. Gambar PLC Omron CPMA1-30CDR-D dapat dilihat pada Gambar 2.2. Gambar 2.2. PLC Omron CPMA1-30CDR-D 8

Seperti terlihat pada Gambar 2.2., PLC Omron CPMA1-30CDR-D selain adanya indikator keluaran (OUT) dan masukan (IN), terlihat juga adanya empat macam lampu indikator yaitu PWR, RUN, ERR/ALM dan COMM. Arti masingmasing lampu indikator tersebut ditunjukkan pada Tabel 2.1. Tabel 2.1. Arti Lampu Indikator PLC Omron CPMA1-30CDR-D Indikator Status Keterangan PWR (hijau) RUN (hijau) COMM (kuning) ERR/ALM (merah) ON OFF ON OFF Kedip OFF ON Kedip OFF Catu daya disalurkan ke PLC Catu daya tidak disalurkan ke PLC PLC dalam kondisi mode kerja RUN atau MONITOR PLC dalam kondisi mode PROGRAM atau munculnya kesalahan yang fatal Data sedang dikirim melalui port periferal atau RS-232C Tidak ada proses pengiriman data melalui port periferal maupun RS-232C Muncul suatu kesalahan fatal (operasi PLC berhenti) Muncul suatu kesalahan tak-fatal (operasi PLC berlanjut) Operasi berjalan dengan normal 2.2.4. Diagram Tangga (Ladder Diagram) Program untuk sistem-sistem berbasis mikroprosesor harus dimuatkan dalam bentuk kode mesin. Kode ini merupakan serangkaian bilangan biner yang mempresentasikan instruksi-instruksi program. Bahasa assembler berbasis mnemonic juga dapat dipakai. Akan tetapi, penggunaan metode-metode ini untuk menuliskan program membutuhkan keahlian pemrograman hingga taraf tertentu, sementara PLC ditujukan untuk dapat digunakan oleh para insinyur yang tidak memiliki banyak pengetahuan mengenai pemrograman. Sebagai konsekuensinya, dikembangkanlah 9

metode pemrograman tangga (ladder programming). Metode ini menyediakan suatu cara untuk menuliskan program-program, yang kemudian dapat dikonversikan menjadi kode mesin oleh suatu software sehingga dapat digunakan oleh mikroprosesor PLC. Sebuah diagram tangga atau ladder diagram terdiri dari sebuah garis menurun ke bawah pada sisi kiri dengan garis-garis bercabang ke kanan. Garis yang ada di sebelah kiri disebut sebagai palang bis (bus bar), sedangkan garis-garis cabang (the branching lines) adalah baris instruksi atau anak tangga. Sepanjang garis instruksi ditempatkan berbagai macam kondisi yang terhubung ke instruksi lain di sisi kanan. Kombinasi logika dari instruksi-instruksi tersebut menyatakan kapan dan bagaimana instruksi yang ada di sisi kanan tersebut dikerjakan. 2.2.5. Instruksi-Instruksi Dasar Pemrograman 1. Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT) Kondisi pertama yang mengawali sembarang blok logika di dalam diagram tangga berkaitan dengan instruksi LD atau LD NOT. Diagram ladder instruksi LOAD dan LOAD NOT : Gambar 2.3 diagram ladder instruksi LOAD dan LOAD NOT 10

Kode mnemonic LOAD dan LOAD NOT dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Kode Mnemonic LOAD dan LOAD NOT Alamat Instruksi Operan 00000 LD 00000 00001 Instruksi 00002 LD NOT 00000 00003 Instruksi 2. Instruksi And Dan And Not Jika terdapat dua atau lebih kondisi yang dihubungkan secara seri pada garis instruksi yang sama, maka kondisi yang pertama menggunakan instruksi LD atau LD NOT dan sisanya menggunakan instruksi AND dan AND NOT. Diagram ladder instruksi AND dan AND NOT: Gambar 2.4 Ladder Diagram Instruksi AND dan AND NOT 11

Kode mnemonic instruksi AND Dan AND NOT dapat dilihat pada Tabel 2.3. Tabel 2.3 mnemonic instruksi AND Dan AND NOT Alamat Instruksi Operan 00000 LD 00000 00001 AND NOT 00100 00002 AND LR 0000 00003 Instruksi 3. Instruksi Or Dan Or Not Jika dua atau lebih kondisi dihubungkan secara paralel, artinya dalam garis instruksi yang berbeda kemudian bergabung lagi dalam satu garis instruksi yang sama, maka kondisi pertama terkait dengan instruksi LD atau LD NOT dan sisanya berkaitan dengan instruksi OR atau OR NOT. Diagram ladder instruksi OR Dan OR NOT: Gambar 2.5 Ladder Diagram Instruksi OR Dan OR NOT 12

Kode mnemonic instruksi OR Dan OR NOT dapat dilihat pada Tabel 2.4. Tabel 2.4 Ladder Diagram Instruksi OR Dan OR NOT Alamat Instruksi Operan 00000 LD NOT 00000 00001 OR NOT 00100 00002 OR LR 0000 00003 Instruksi 4. Instruksi Output (Out) Dan Output Not (Out Not) Kedua instruksi ini digunakan untuk mengontrol bit operan yang berkaitan dengan kondisi eksekusi (apakah ON atau OFF). Dengan menggunakan instruksi OUT, maka bit operan akan menjadi ON jika kondisi eksekusinya juga ON. Sedangkan OUT NOT akan menyebabkan bit operan menjadi ON jika kondisi eksekusinya OFF. Diagram ladder instruksi OUT: Gambar 2.6 instruksi OUT 13

Kode mnemonic instruksi OUT dapat dilihat pada Tabel 2.5. Tabel 2.5 Mnemonic Instruksi Out Alamat Instruksi Operan 00000 LD 00000 00001 OUT 01000 Diagram ladder instruksi OUT NOT: Gambar 2.7 Ladder Diagram Instruksi OUT NOT Kode mnemonic instruksi OUT NOT dapat dilihat pada Tabel 2.6. Tabel 2.6 Mnemonic Instruksi OUT NOT Alamat Instruksi Operan 00000 LD 00000 00001 OUT NOT 01000 14

5. Instruksi Timer (Tim 01+50) Instruksi TIM (Timer) dapat digunakan sebagai timer ON-delay atau timer OFF-delay pada rangkaian relay. Nilai setting value (SV) berkisar dari 0000 sampai 9999 ( 0 sampai 999,9 detik). Diagram ladder rangkaian On dan Off delay: Gambar 2.8 Ladder Diagram Instruksi Timer (Tim 01+50) 15

Kode Mnemonic instruksi TIMER (TIM 01+50) dapat dilihat pada Tabel 2.7. Tabel 2.7 Mnemonic Instruksi Timer (Tim 01+50) Alamat Instruksi Operan 00000 LD 00000 00001 TIM 000 #0050 00002 LD TIM000 00003 OR 01000 00004 AND NOT TIM001 00005 OUT 01000 00006 LD 01000 00007 AND NOT 00000 00008 TIM 001 #0050 00009 END(01) 6. Instruksi Counter (CNT) Instruksi CNT (Counter) adalah sebuah counter penurunan yang diset awal. Penurunan satu hitungan setiap kali saat sebuah sinyal input berubah dari OFF ke ON. Counter harus diprogram dengan input hitung, input reset, angka counter, dan nilai set (SV). Nilai set ini dapat berkisar dari 0000 sampai 9999. 16

Diagram ladder COUNTER (CNT): Gambar 2.9 Ladder Diagram Instruksi Counter (CNT) Kode mnemonic instruksi COUNTER (CNT) dapat dilihat pada Tabel 2.8. Tabel 2.8 mnemonic instruksi COUNTER (CNT) Alamat Instruksi Operan 00000 LD 00000 00001 LD 00002 00002 CNT 001 #0010 00003 LD CNT 001 00004 OUT 01002 00005 END(01) 17

7. Instruksi End Instruksi terakhir yang harus dituliskan atau digambarkan dalam diagram tangga adalah instruksi END. CPU pada PLC akan mengerjakan semua instruksi dalam program dari awal (baris pertama) hingga ditemui instruksi END yang pertama, sebelum kembali lagi mengerjakan instruksi dalam program dari awal lagi. Artinya instruksi-instruksi yang ada di bawah atau setelah instruksi END akan diabaikan. Diagram ladder instruksi END: Gambar 2.10 instruksi Ladder diagram END 2.2.6. Software SYSWIN V_3.4 Diagram tangga dibuat dengan menggunakan program penyuntingan diagram tangga yang dijalankan melalui komputer dan komunikasi transfer programnya dilakukan melalui kanal serial. SYSWIN adalah software pemrograman diagram tangga untuk PLC OMRON CPMA1-30CDR-D. Jendela penyuntingan diagram tangga ditunjukkan pada Gambar 2.11. Gambar 2.11. SYSWIN Window 18

2.2.7. Motor DC Motor DC adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus searah menjadi tenaga gerak atau energy mekanik, dimana tenaga gerak tersebut berupa putaran dari pada rotor. (Okanandaferry.wordpress.com). Prinsip kerjanya adalah apabila sebuah kawat penghantar yang dialiri arus diletakan diantara dua buah kutub magnet maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang mengerakan kawat itu (gaya Lorentz). Kontruksi dari motor DC terbagi atas beberapa bagian antara lain: Stator atau bagian yang diam, terdiri dari: Rumah stator (gandar) sebagai tempat jalan mengalirnya medan magnet yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet, dan melindungi bagian-bagian mesin lainnya, sehingga dibuat dari bahan feromagnetic. Rotor yang berputar, terdiri dari jangkar, lilitan jangkar, komutator dan sikat. Gambar 2.12 Motor DC/ Power Window 19

2.2.8 LIMIT SWITCH Saklar batas waktu atau limit switch adalah saklar yang dapat dioperasikan secara otomatis ataupun manual. Limit Switch mempunyai fungsi yang sama yaitu kontak NO (normaly open) dan NC (normaly close). Limit switch akan bekerja jika ada benda yang menekan rollernya sehingga kedudukan kontak NO menjadi NC dan kontak NC menjadi NO. jika benda sudah diangkat, roller dari limit switch kembali ke posisi semula, demikian pula dengan kedudukan kontak-kontaknya. Gambar 2.13 Limit Switch 2.2.9 PUSH BUTTON Push button adalah saklar yang beroperasi dengan cara ditekan, dan bisa melakukan dua fungsi berbeda, yakni menutup sirkuit bila ditekan, atau justru membuka sirkuit bila ditekan. Jika tekanan dilepaskan atau terjadi tekanan berikutnya maka akan menormalkan kembali tombol ke posisi semula dan sirkuit kembali ke status semula. Gambar 2.14 Push Button 20

2.2.10 RELAY Relay adalah saklar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara elektronik (elektro magnetik). Saklar pada relay akan terjadi perubahan posisi OFF ke ON pada saat diberikan energi elektro magnetik pada armatur relay tersebut. Relay pada dasarnya terdiri dari 2 bagian utama yaitu saklar mekanik dan sistem pembangkit elektromagnetik (induktor inti besi). saklar atau kontaktor relay dikendalikan menggunakan tegangan listrik yang diberikan ke induktor pembangkit magnet untuk menarik armatur tuas saklar atau kontaktor relay. Relay yang ada dipasaran terdapat berbagai bentuk dan ukuran dengan tegangan kerja dan jumalh saklar yang berfariasi, berikut adalah salah satu bentuk relay yang ada dipasaran. Contoh relay elektro mekanik relay dibutuhkan dalam rangkaian elektronika sebagai eksekutor sekaligus interface antara beban dan sistem kendali elektronik yang berbeda sistem power supply-nya. Secara fisik antara saklar atau kontaktor dengan elektromagnet relay terpisah sehingga antara beban dan sistem kontrol terpisah. Bagian utama relay elektro mekanik adalah sebagai berikut. Kumparan elektromagnet saklar atau kontaktor Swing Armatur Spring (Pegas) konstruksi relay elektro mekanik posisi NC (Normally Close) dari konstruksi relay elektro mekanik diatas dapat diuraikan sistem kerja atau proses relay bekerja. Pada saat elektromagnet tidak diberikan sumber tegangan maka tidak ada medan magnet yang menarik armatur, sehingga skalar relay tetap terhubung ke terminal NC (Normally Close) seperti terlihat pada gambar konstruksi diatas. Kemudian pada saat elektromagnet diberikan sumber tegangan maka terdapat medan magnet yang menarik armatur, sehingga saklar relay terhubung ke terminal NO (Normally Open) seperti terlihat pada gambar 2.15. Konstruksi relai elektro mekanik posisi NO (Normally Open) relay elektro mekanik memiliki kondisi saklar atau kontaktor dalam 3 posisi. Ketiga posisi saklar atau kontaktor relay ini akan berubah pada saat relay mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya. Ketiga posisi saklar relay tersbut adalah : Posisi Normally Open (NO), yaitu posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NO (Normally Open). 21

Kondisi ini akan terjadi pada saat relay mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya. Posisi Normally Close (NC), yaitu posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NC (Normally Close). Kondisi ini terjadi pada saat relay tidak mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya. Posisi Change Over (CO), yaitu kondisi perubahan armatur saklar relay yang berubah dari posisi NC ke NO atau sebaliknya dari NO ke NC. Kondisi ini terjadi saat sumber tegangan diberikan ke elektromagnet atau saat sumber tegangan diputus dari elektromagnet relay. Relay yang ada dipasaran terdapat bebarapa jenis sesuai dengan desain yang ditentukan oleh produsen relay. Dilihat dari desai saklar relay maka relay dibedakan menjadi : Single Pole Single Throw (SPST), relay ini memiliki 4 terminal yaitu 2 terminal untuk input kumaparan elektromagnet dan 2 terminal saklar. Relay ini hanya memiliki posisi NO (Normally Open) saja. Single Pole Double Throw (SPDT), relay ini memiliki 5 terminal yaitu terdiri dari 2 terminal untuk input kumparan elektromagnetik dan 3 terminal saklar. relay jenis ini memiliki 2 kondisi NO dan NC. Double Pole Single Throw (DPST), relay jenis ini memiliki 6 terminal yaitu terdiri dari 2 terminal untuk input kumparan elektromagnetik dan 4 terminal saklar untuk 2 saklar yang masingmasing saklar hanya memiliki kondisi NO saja. Double Pole Double Throw (DPDT), relay jenis ini memiliki 8 terminal yang terdiri dari 2 terminal untuk kumparan elektromagnetik dan 6 terminal untuk 2 saklar dengan 2 kondisi NC dan NO untuk masing-masing saklarnya. Relay dapat digunakan untuk mengontrol motor AC dengan rangkaian kontrol DC atau beban lain dengan sumber tegangan yang berbeda antara tegangan rangkaian kontrol dan tegangan beban. Gambar 2.15 Relay 22