Control Systems Service Center Jurusan Teknik Elektro ITS Komponen Hardware Programmable Logic Controller Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng. Jurusan Teknik Elektro ITS Telp. 5947302 Fax.5931237 Email: jos@ee.its.ac.id 1
Objektif: CPU Perangkat Pemrograman Memori Power Supply Sistem Input Output Ukuran PLC Pemilihan PLC Bahasa Pemrograman dan Tipe Data Merek-merek PLC 2
Tiga Fungsi Utama PLC proses (menjalankan instruksi logic program), memori (menyimpan hasil proses), input/output (menerima data dari luar dan mengeluarkan hasil proses). 3
Hardware Penyusun PLC CPU Perangkat Pemrograman Memori Power Supply Sistem Input Output Komunikasi dan Ekspansi 4
Bagian-bagian CPU CPU terdiri dari tiga komponen utama: Processor Memory Power Supply 5
Kecerdasan PLC Kecerdasan PLC ditentukan oleh tipe prosesor (mikroprosesor) yang digunakan. Prosesor ini bertugas untuk memerintah dan mengontrol kegiatan-kegiatan di seluruh sistem (melakukan semua pengerjaan matematika, penanganan data, dan diagnostik). 6
Prinsip Kerja PLC PLC terdiri dari dua bagian pokok: CPU (Processor) Perangkat unit I/O. 7
Interaksi Fungsional PLC 8
Hubungan PLC dg Peralatan I/O 9
CPU Sysmac C200H Indicators Power fuse Ada dua tipe: Memory unit connector Detachable terminal block C200H-CPU01-E tegangan AC 100/240 Volt SYSMAC C200H OMRON Peripheral device mounting h l C200H-CPU031-E tegangan DC 24 Volt Programming console connectors 10
Rak Ekspansi PLC Modular Bentuk PLC modular terdiri dari modul CPU dan modul I/O (merupakan bagian yang terpisahpisah). 11
Macam Modul PLC Modul-modul pada PLC ini ditempatkan pada suatu perangkat mirip board PC yang dinamakan backplane. Modul-modul itu a.l.: Analog Input Analog Output Digital Input Digital Output Komunikasi dan Ekspansi 12
PLC Compact PLC ini menggunakan sistem rak (CPU dan I/O jadi satu kesatuan), dengan kapasitas memori yang terbatas. 13
PLC Mikro: MicroLogix 1000 Dimensi 4,72 x 3,15 x 1,57 Jumlah titik I/O 16 titik Saluran komunikasi RS-232 14
Processor Scan Proses yang secara alami dilakukan PLC, yaitu proses untuk membaca semua perangkat input lapangan dan melakukan control program yang menurut logic yang telah terprogram, mematikan dan menyalakan perangkat lapangan. Waktu yang dibutuhkan sekali proses scan dinamakan scan time. 15
Proses Scan Time Memeriksa kondisi semua input baik yang benar maupun yang salah di dalam lokasi yang disebut I/O image table. Membaca instruksi dan data dari semua bagian memori dan menjalankan pekerjaan berdasarkan instruksi-instruksi tersebut. Melakukan diagnosa internal. Mengirim dan menerima informasi dari perangkat pemrograman. Mengatur semua output agar sesuai dengan informasi terbaru. 16
Perangkat Pemrograman PLC Perangkat ini digunakan untuk memasukkan algoritma kontrol (program) ke dalam PLC. Perangkatnya dapat berupa Personal Computer atau tipe Handheld 17
Factory Inteligent Terminal (FIT) Perangkat FIT ini bentuknya mirip dengan komputer laptop. 18
Perangkat Pemrograman dg PC Dibutuhkan perangkat lunak sebagai pelengkap pemrogramannya. Misal: CX Programming pada PLC Omron, STEP 7 dan WinCC pada PLC Siemens, RS Logic pada PLC Allen Bradley, dan GX Developer pada PLC Mitsubishi 19
Perangkat Pemrograman C200H Untuk PLC SYSMAC C200H terdapat dua alternatif programming console, yaitu yang langsung menempel pada CPU, dan yang dihubungkan dengan kabel. 20
Tugas Memori PLC Sistem memori PLC dibagi berdasarkan tugas yang diberikan: Executive Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan kumpulan program secara permanen yang merupakan instruksi software, yaitu relay instruction, block transfer, dan math instruction. Lokasi memori ini tidak tersedia bagi pemakai tetapi memori ini yang menjalankan sistem Application Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan kumpulan user program (program pemakai), yaitu area yang menyimpan ladder diagrams, timers, dan data-data yang telah dimasukkan. 21
Tipe Memori PLC (1) ROM (Read Only Memory) ROM di rancang untuk menyimpan secara permanen yang telah fixed. Isinya masih bisa di uji dan dibaca tetapi tidak bisa di ubah, ROM tidak memerlukan back up power untuk menjaga memorinya. Executive program biasanya disimpan di ROM. RAM (Random Access Memory) RAM dikenal sebagai read write memori dan dirancang supaya informasi dapat ditulis dan dibaca dari lokasi manapun. Ada 2 jenis RAM, Volatile dan Nonvolatile. Volatile memerlukan battery back-up kalau power hilang sedangkan nonvoltile RAM akan menjaga programmnya meskipun power hilang. 22
Tipe Memori PLC (2) PROM (Programmable Read Only Memory) Memori ini biasanya digunakan untuk program yang diyakini benar untuk sistem kontrol dengan PLC. Jika dibutuhkan perubahan algoritma pada sistem kontrol tersebut, maka PROM harus diganti (diupload) dengan program baru. PROM bisa dipergunakan sebagai backup permanen user program. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) Memori ini mirip PROM, tetapi masih dapat dihapus dengan dengan membuka jendela di bagian atas IC dengan disinari UV selama beberapa menit. EPROM bisa dipertimbangkan sebagai alat penyimpanan semi permanen sehingga akan menyimpan sebuah program secara permanen sampai dirasakan perlu adanya perubahan. 23
Tipe Memori PLC (3) EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Memori ini mirip EPROM, tetapi cara penghapusannya lebih fleksibel. Cara penghapusan pogram dengan memberikan tegangan kedua kaki-kaki (pinpin) memori untuk proses burning. Hal ini berarti bahwa tipe memori ini bisa dipakai berulang. 24
Program Memori PLC File 0 Pembagian Program Memori PLC Allen Braley 5 Sistem Memuat passwords, nama Processor serta nama file File 1 Sequential function Charts Tidak menyimpan diagram tangga atau daftar apapun File 2 Menyimpan diagram tangga utama File 3 sampai??? Menyimpan langkah-langkah SFC dan transisi Subroutines Fault routines I/O Configurations dan lebih banyak lagi Umumnya mencapai 64k Words tergantung pada processor yang dipakai 25
Data Memori PLC Pembagian Data Memori PLC Allen Braley 5 File Type 0 output image table I input image table S status file B3 bit file T4 timer file C5 counter file R6 control file N7 integer file F8 floating point file file 9 to 999 file-file ini bisa dimanfaatkan pada saat diperlukan 26
Alamat Tabel Data Format umum alamat data tabel perlu menunjukkan jenis file, angka file, nomer rak, kelompok yang terdapat di dalam rak dan angka bit. X = jenis file : B = bit C = counter F = floating I = input O = output R = control S = status T = timer A = ASCII D = BCD (hanya display) Xf : es/b f = angka file : = bagian akhir dari delimiter file e = angka elemen (angka rack) s = sub elemen (angka kelompok) / = delimiter setelah bit tertentu ditulis b = angka bit (angka bit dari address words 27
Perangkat Input dan Output Perangkat ini merupakan bagian dari PLC yang berinteraksi dengan lingkungan luar. Perangkat ini terdiri dari perantara elektronik yang menyediakan fungsi pengkondisi sinyal dan fungsi isolasi. Ini memungkinkan PLC dihubungkan langsung ke aktuator proses dan sensor tanpa memerlukan rangkaian perantara. 28
Macam Perangkat I/O Perangkat Input dan Output ini secara garis besar terdiri dari: Perangkat Digital Input (DI) Perangkat Digital Output (DO) Perangkat Analog Input (AI) Perangkat Analog Output (AO) Perangkat untuk Komunikasi (serial) 29
Komponen Digital Output (contact) Perangkat hanya menghasilkan kondisi biner dengan pengolah sinyal berupa : Contact Output : Komponen untuk mengeluarkan sinyal adalah relay. Umumnya untuk beban arus yang relatif besar. Supply beban bisa AC/DC. Kecepatan respon rendah. Ada contact bounch, menyebabkan ada noise. 30
Komponen Digital Output (SSR) Solid State Output (SSR) Komponen yang digunakan solid-state Beban AC: outputnya menggunakan SCR. Respons lebih cepat dari contact output, dan lebih rendah dari transistor output. Beban DC: outputnya menggunakan Transistor. Respons sangat cepat untuk beban arus kecil. Frekwensi kerja cukup tinggi. 31
Komponen Digital I/O (SSR-beban DC) Sinyal output pada beban DC dapat berupa : Output Tegangan: memberikan sinyal tegangan sebagai output dan tahanan beban harus cukup tinggi dengan konsumsi arusnya kecil. Output Arus: mengolah sinyal arus (source/sink). Beban yang bekerja pada I/O-nya ada: current source (PNP) : arus diberikan kebeban, beban dihubungkan keterminal output dan negatip catudaya. current sink (NPN) : arus ditarik dari beban, beban dihubungkan keterminal positip catudaya dan terminal output. 32
I/O PLC Model Compact Jumlah titik I/O yang ada pada model ini tidak terlalu banyak, perangkat I/O yang ada biasanya: Digital Input (DI) maks. 16 titik Digital Output (DO) maks. 16 titik Perangkat untuk Komunikasi (serial RS232) 33
Contoh I/O pada OMRON CPM1 PLC buatan OMRON dari kelas SYSMAC seri C nomer CPM1A- 10CDR. Digital Input (DI) 6 titik Digital Output (DO) 4 titik Ditambah CIF01 bisa komunikasi melalui serial RS232 34
I/O PLC Model Modular Jumlah titik I/O yang terpasang ada pada model ini tergantung dari jumlah titik I/O sistem kontrol. Secara umum dalam satu backplane, biasanya mampu dipasang: 1-5 modul Digital 1-3 modul Analog 1-4 modul Spesial (bisa analog,digital atau serial) Jika masih kurang bisa ditambahkan modul ekspansi. 35
Modul Digital Input Modul ini dapat digunakan untuk dua macam sinyal, AC dan/atau DC. Kisaran tegangan yang mampu diolah: 24 Volt AC/DC 48 Volt AC/DC 120 Volt AC/DC 230 Volt AC/DC TTL level 5-50 Volt DC (sink/source) 36
Blok Rangkaian AC/DC Input Modul ini secara umum dilindungi oleh bagian isolator terhadap level tegangan yang tidak diinginkan. 37
Modul DC Input Modul digunakan hanya untuk sinyal tegangan DC (searah), terutama model dengan komponen solid-state (SCR, transistor) jika dihubungkan dengan peralatan luar (sink/source). Jika modul ini memberikan arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current source. Jika modul ini menerima arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current sink. 38
Arus pada Modul DC Input Arus dari peralatan luar (mis. sensor) masuk ke modul DC input. Bagi peralatan luar berfungsi sebagai source, sedang modul DC input sebagai sink. Arus dari modul DC input ke peralatan luar (mis. katup). Bagi modul DC input berfungsi sebagai source, sedang peralatan luar sebagai sink. 39
Modifikasi Modul Sink ke Source Melakukan perubahan modul sink ke source bisa dilakukan dengan menggunakan rangkaian berikut untuk arus I out 50 ma. 40
Koneksi Modul DC Output Modul ini biasanya diisolasi dari gangguan luar dengan rangkaian opto-coupler. Contoh hubungan untuk modul AC/DC input 41
Modul Digital Output Pada modul ini tegangan yang digunakan bisa AC dan atau DC. Tegangan output yang mampu diolah: 12-48 Volt AC/DC 120 Volt AC/DC 230 Volt AC/DC contact (relay) Isolated output 5-50 Volt DC (sink/source) 42
Blok Rangkaian Output AC Modul ini menggunakan rangkaian pengaman mirip modul input. 43
Modul DC Output Modul DC output ini mirip dengan modul DC input. Koneksi dengan peralatan luar dapat sebagai sink atau sebagai source untuk modul dengan solid-state output. Jika modul ini memberikan arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current source. Jika modul ini menerima arus ketika modul ini ON (aktif), maka modul ini dinamakan current sink. 44
Koneksi Modul DC Output Koneksi peralatan luar untuk modul DC solid-state output sebagai sink atau sebagai source. 45
Arus Standar Arus adalah suatu bentuk sinyal analog disamping tegangan, standar yang sering digunakan untuk pengukuran adalah 4-20 ma. Tranduser berat atau kecepatan akan mengubah berat atau kecepatan ke dalam arus 4-20 ma. Contohnya : sebuah transduser berat menghasilkan arus 5 ma untuk beban seberat 1 kg. Jika timbangan tersebut mampu menimbang beban maksimum sampai 100 kg, maka arus yang terukur sebesar 20 ma. 46
Pengolah Sinyal CPU PLC yang bekerja dengan data digital dapat mengolah besaran (tegangan/arus) analog, maka diperlukan perangkat pengubah sinyal. Dari analog ke digital (Analog to Digital Converter) dan dari digital to analog (Digital to Analog Converter). Pengolah sinyal ini memerlukan processor tersendiri agar tidak membebani tugas CPU, khususnya waktu scan PLC. Pengolah ini biasanya berupa modul tersendiri dan termasuk dalam modul spesial. 47
Modul A/D Modul ini mengolah sinyal analog dari perangkat luar (sensor) ke sinyal digital. Sinyal input yang bisa diolah berupa arus dan atau tegangan seperti : 4 hingga 20 ma 0 hingga 5 Volt DC 0 hingga 10 Volt DC -10 hingga +10 Volt DC 48
Modul ini mengolah data bit dari CPU ke perangkat luar (aktuator, motor, katup), atau representasi digital ke analog. Sinyal output yang dihasilkan berupa arus dan atau tegangan seperti : 4 hingga 20 ma 0 hingga 5 Volt DC 0 hingga 10 Volt DC -10 hingga +10 Volt DC Modul D/A 49
Modul Spesial Modul ini mengolah sinyal secara khusus untuk kebutuhan kontrol, antar lain modul : Temperatur Sensor (mirip modul A/D) Temperatur Control (mirip modul D/A) Heat Temperatur Control (mirip modul D/A) PID Control (mirip modul A/D dan D/A) Fuzzy Logic (mempunyai modul A/D dan D/A) High Speed Counter (mengolah pulsa digital) Position Control (menghasilkan pulsa untuk servomotor) 50
Ukuran PLC Ukuran PLC didasarkan atas jumlah titik Input dan Output. -PLC mikro -PLC kecil - PLC sedang - PLC besar - PLC sangat besar 51
Perbandingan PLC Tabel Perbandingan Kelengkapan Perangkat Keras PLC PLC kecil PLC menengah Model Mitsubishi F2-40 Allan-Bradley Mini PLC2 CPU Intel 8031 Zilog Z80A Waktu cari 7 m/s tiap 1 K memori 20 m/s tiap 1 K memori Memori CMOS RAM 1 K CMOS RAM 1 K Max I/O 40 titik 256 titik Analog I/O Tidak ada 128 Maks ditambah PID Bahasa Ladder/Statement List Ladder 52
Pemilihan PLC Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam memilih PLC adalah Kriteria Jumlah Masukan dan Keluaran Logika Memori Jumlah Modul I/O khusus Kemampuan Ekspansi Scan Time Komunikasi Software Pendukung Dana 53
Pemrograman dan Tipe Data IEC61131-3 menetapkan lima bahasa pemrograman: Ladder Diagram (LAD) Diagram Blok Fungsi (Function Block Diagram/FBD) Urutan Chart Fungsi (Sequential Function Chart/SFC) Daftar Instruksi (Statement List /STL) Teks Terstruktur (Structured Text/ST) 54
Tabel Bahasa Pemrograman IEC61131 Language Abbrev. Type Application best suited for Ladder logic diagram (LD) Graphical Discrete control Function Block Diagram (FBD) Graphical Continuous control Sequential Function Chart (SFC) Graphical Sequencing Statement List (STL) Textual Similar to ladder diagrams Structured Text (ST) Textual Complex logic, computations Sumber: http://www.iica.org.au/letters/iec1131.html http://www.isagraf.com/about/about1.htm 55
Pemrograman yang sering Dipakai Meskipun secara fungsi dan struktur dari bahasa-bahasa ini sangat berbeda, mereka dikategorikan sebagai satu keluarga bahasa oleh IEC 61131-3 dengan pelengkapan elemen-elemen struktur (pernyataan variabel, bagianbagian organisasi seperti halnya fungsi dan blok fungsi, dll) dan elemen-elemen konfigurasi. Dari kelima bahasa program diatas yang sering digunakan adalah: Ladder Diagram (LAD), Diagram Blok Fungsi (Function Block Diagram/FBD) Daftar Instruksi (Statement List /STL) 56
Merek-merek PLC OMRON Allen Bradley Siemens Mitsubishi Schneider (Modicon, Telemecanique, Square D) GE Fanuc Toshiba Automation Direct (Koyo) Hitachi 57
Contoh : Tipe Sysmac C200H PLC modular buatan OMRON dari kelas Sysmac seri C nomer 200H Backplane Unit I/O connecting cable connector Unit I/O CPU 58
Memori C200H Kapasitas memori yang dipunyai C200H ada dua macam, masing-masing 3K dan 7K word. Ada tiga macam memori yang bisa digunakan agar sesuai dengan variasi peralatan aplikasi : - RAM (Random Acces Memory) - EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) - EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory) 59
Backplane C200H Fungsi backplane mirip board pada personal computer, adalah rak di mana unit CPU dan I/O ditempatkan atau dipasang dan antara lain berguna untuk memperbanyak pemakaian unit I/O. Ada tiga model backplane, yaitu : - model C200H-BC03 berisi 3 slot unit I/O - model C200H-BC05 berisi 5 slot unit I/O - model C200H-BC08 berisi 8 slot unit I/O 60
Modul Standar I/O C200H Untuk modul standar sistem C200H disediakan jenis dan fungsi : Unit input AC (C200H-IAxxx) Unit input DC (C200H-IDxxx) Unit input AC/DC (C200H-IMxxx) Unit output Relay (C200H-OCxxx) Unit output Triac (C200H-OAxxx) Unit output Transistor (C200H-ODxxx) Unit Link (Host Link, PC Link, master/slave Remote I/O) 61
Modul Spesial I/O C200H Untuk modul spesial/intelligent sistem C200H disediakan jenis dan fungsi : Unit Multipoint I/O (C200H-MDxxx) Unit Analog Input (C200H-ADxxx) Unit Analog Output (C200H-DAxxx) Unit High Speed Counter (C200H-CTxxx) Unit Positioning Control (C200H-NCxxx) Unit ASCII (C200H-ASCxx) Unit Temperatur Sensor (C200H-TSxxx) 62
Konfigurasi Dasar Sysmac C200H Konfigurasi dasar dari PLC ini mempunyai backplane CPU dan backplane I/O ekspansi PLC, untuk kebutuhan kontrol dengan range maksimum 544 titik I/O jika menggunakan 10 unit I/O multipoint. 63
Konfigurasi Dasar C200H Rak CPU Rak I/O ekspansi pertama Rak I/O ekspansi kedua Power supply Pada sistem C200H, maksimum terdapat dua rak (backplane) ekspansi yang dapat dihubungkan pada satu rak CPU. Setiap rak terdapat 3, 5, atau 8 slot untuk menempatkan unit I/O. Panjang maksimum kabel yang menghubungkan tiap-tiap backplane adalah 10 meter, tetapi panjang totalnya tidak boleh lebih dari 12 meter. 64