BAB II TEORI DASAR 2.1 PROSES PENYORTIR OBJEK Proses penyortiran merupakan sebuah proses pemisahan atau penyeleksian objek sesuai dengan ukuran, berat, bentuk, warna, dan bahan dasar seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.1. Sortasi Ukuran Berat Bentuk Warna Bahan dasar Gambar 2.1 Proses Penyortiran berdasarkan Karakteristik Berdasarkan prinsip kerjanya, proses penyortiran dapat dibagi menjadi 2, yaitu sebagai berikut. 1. Proses Penyortiran secara manual 2. Proses Penyortiran secara otomatis 2.1.1 Proses Penyortiran secara Manual Proses penyortiran secara manual merupakan sebuah proses penyortiran/ pemisahan yang dilakukan dengan menggunakan tenaga manusia tanpa menggunakan bantuan mesin. Proses penyortiran secara manual diperlihatkan pada gambar 2.2. 5
6 Pada Proses penyortiran secara manual, kelemahan yang dimiliki manusia manakala manusia melakukan tugas-tugas sensorik dalam kapasitas yang besar dan dalam waktu kerja yang lama, akan menyebabkan kejenuha dan berkurangnya tingkat ketelitian. Yang membuat efisiensi dan produktifitas penyortiran menjadi terhambat. Gambar 2.2 Contoh Proses Penyortiran secara manual 2.1.2 Proses Penyortiran secara Otomatis Proses penyortiran secara otomatis merupakan sebuah proses penyortiran/ pemisahan yang dilakukan dengan menggunakan sistem kontrol secara otomatis. Dalam hal ini, sensor berfungsi sebagai indera, dan aktuator berfungsi seperti tangan.
7 Gambar 2.3 Contoh Proses Penyortiran secara otomatis 2.2 PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROL) PLC (Programmable Logic Controller) merupakan rangkaian elektronik berbasis mikroprosesor yang beroperasi secara digital, menggunakan programmable memory untuk menyimpan instruksi yang berorientasi kepada pengguna, untuk melakukan fungsi khusus seperti logika, sequencing, timing, arithmetic, melalui input baik analog maupun discrete / digital, untuk berbagai proses permesinan. Gambar 2.4 Kit Training PLC
8 PLC merupakan sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relai yang banyak dijumpai pada sistem kontrol konvensional, dan dirancang untuk mengontrol suatu proses permesinan. Gambaran tentang PLC dapat dilihat pada gambar 2.4 Berikut merupakan tipe kontrol yang dapat dilakukan PLC: a. Kontrol Urutan - Pengganti relai logic konvensional - Timer/ Counter - Mesin kontrol auto/ semi-auto/ manual dan proses-proses b. Kontrol yang Canggih - Operasi aritmatik (+, -, :, x) - Kontrol analog (suhu, tekanan, dll) - Kontrol Motor Servo - Kontrol Motor Stepper c. Kontrol Pengawasan - Proses monitor dan alarm - Monitor dan diagnosa kesalahan - Jaringan kerja otomatisasi pabrik 2.2.1 Latar Belakang dan Perkembangannya Sebelum adanya Programmable Controller, sudah banyak peralatan kontrol sekuensial, semacam cam shaft dan drum. Ketika relay muncul, panel
9 control dengan relay menjadi sekuens yang utama. Ketika transistor muncul, solid state relay diterapkan pada bidang dimana relay elektromagnetik tidak cocok diterapkan seperti untuk control dengan kecepatan tinggi. Sekarang sistem kontrol sudah meluas sampai keseluruhan pabrik dari menengah ke atas. Dan sistem kontrol total dikombinasikan dengan kontrol dengan feedback, pemrosesan data dan sistem monitor terpusat. Sistem kontrol logika yang konvensional tidak dapat melakukan hal-hal tersebut dan Programmable Controller diperlukan untuk itu. Perbandingan antara Wired logic dengan Programmable Controller diperlihatkan pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Perbandingan Wired Logic dengan PLC WIRED LOGIC PLC Perawatan yang di kontrol tujuan khusus tujuan umum (Hardware) Skala kontrol kecil dan sedang Sedang dan besar Mengubah/ Penambahan Sukar mudah pada spesifikasi Perawatan oleh Pembuat/ Sukar Mudah Pemakai Ketahanan Uji Tergantung desain Sangat tinggi dan manufaktur Efisiensi dari segi ekonomi Keuntungan pada Keuntungan pada operasi operasi skala kecil skala kecil, sedang, dan besar 2.2.2 JENIS PLC Berdasarkan jumlah input/output yang dimilikinya, secara umum PLC dibagi menjadi tiga kelompok besar, yaitu: 1. PLC Mikro 2. PLC Mini 3. PLC Large
10 2.2.2.1 PLC Mikro PLC dapat dikategorikan mikro jika jumlah input/output pada PLC ini kurang dari 32 terminal. Gambar 2.5 Contoh PLC Mikro 2.2.2.2 PLC Mini Kategori ukuran mini ini adalah jika PLC tersebut memiliki jumlah input/output antara 32 sampai 128 terminal. Pada gambar 2.3 memperlihatkan contoh dari PLC Mini Gambar 2.6 Contoh PLC Mini
11 2.2.2.3 PLC Large PLC ukuran ini disebut juga dengan PLC ukuran rack. PLC dapat dikategorikan sebagai ukuran besar jika jumpah input/output nya lebih dari 128 terminal. Contoh dari PLC Large dapat dilihat pada gambar 2.7. Gambar 2.7 Contoh PLC Large Fasilitas, fungsi, ataupun kemampuan yang tersedia pada setiap kategori tersebut pada umumnya berbeda satu dengan yang lainnya. Semakin sedikit jumlah input/output pada PLC, maka semakin sedikit pula jenis instruksi yang tersedia. 2.2.3 Komponen-Komponen Utama PLC Komponen utama atau perangkat keras penyusun PLC adalah catu daya (Power Supply), CPU (Central Processing Unit) yang didalamnya terdapat prosesor dan memori, modul masukan (Input Modul), modul keluaran (Output Modul), dan perangkat pemograman.
12 Gambar 2.8 Komponen-komponen utama PLC 2.2.3.1 Catu Daya (Power Supply) Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan daya keseluruh komponen-komponen PLC. Kebanyakan PLC bekerja dengan catu daya 24 VDC atau 220 VAC. Beberapa PLC catu dayanya terpisah (sebagai modul tersendiri), yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan PLC medium dan kecil catu dayanya sudah menyatu. 2.2.3.2 CPU (Central Processing Unit) CPU atau Unit Pengelolaan Pusat, terdiri dari 3 komponen penyusun, yaitu Prosesor, Memori, dan Catu Daya. Processor Memory Power Supply Gambar 2.9 Komponen utama penyusun CPU
13 Prosesor merupakan otak dari sebuah PLC. Fungsi utamanya adalah mengatur tugas pada keseluruhan sistem PLC, mengerjakan berbagai operasi antara lain mengeksekusi program, menyimpan dan mengambil data dari memori, membaca nilai input dan mengatur nilai output, memeriksa kerusakan, melakukan operasi-operasi matematis, manipulasi data, tugas-tugas diagnostik, serta melakukan komunikasi dengan perangkat lain. Memori adalah area dalam CPU PLC, tempat dimana data serta program disimpan dan dieksekusi oleh prosesor. Pengetahuan tentang sistem memori pada PLC akan sangat membantu dalam memahami cara kerja PLC. Secara umum memori dapat dibagi dua kategori, yaitu: 1. Volatile Program atau data pada memori volatile akan hilang jika catu daya pada PLC mati. Memori ini juga dikenal dengan nama RAM (Random Access Memory). Dalam sebagian PLC, memori jenis RAM masih digunakan untuk menyimpan program pengguna (aplikasi) dengan menggunakan baterai sebagai back up daya jika catu daya mati. 2. Nonvolatile Sifat dari memori nonvolatile yaitu program atau data yang tersimpan di dalamnya tidak akan hilang walaupun catu daya PLC mati. Yang termasuk kategori ini adalah: ROM (Read-Only Memory) : Jenis memori ini dirancang untuk menyimpan data atau program secara permanen. Pada PLC, ROM digunakan untuk menyimpan sistem informasi dan bios.
14 PROM (Programmable Read-Only Memory) : memori ini dapat diprogram ulang dengan menggunakan alat pemograman khusus. Memori ini digunakan untuk back up program. EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) : memori ini turunan dari jenis memori PROM yang dapat diprogram ulang setelah program yang sebelumnya dihapus dengan menggunakan sinar ultraviolet. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) : memori nonvolatile yang menyerupai RAM. Kebanyakan PLC menggunakan memori jenis ini untuk menyimpan program pengguna. Alasan utama menggunakan memori ini adalah kemudahan dalam mengubah program pada memori tersebut, yaitu hanya dengan menggunakan perangkat pemograman PLC itu sendiri, misalnya computer atau unit miniprogramer. Sedangkan salah satu kerugian jenis memori ini adalah keterbatasan dalam kemampuan hapus-tulisnya (Erase/Write) yaitu sekitar 10.000 kali. 2.2.3.3 Modul Masukan dan Modul Keluaran Modul masukan dan modul keluaran adalah perantara antara PLC dengan perangkat keras masukan dan perangkat keras keluaran. Gambar 2.8 menunjukkan posisi keduanya dalam sistem PLC. Modul masukan dan keluaran pada PLC mini umumnya sudah built in di PLC. Tujuannya adalah melindungi CPU PLC dari sinyal yang tidak dikehendaki yang dapat merusak CPU itu sendiri.
15 Gambar 2.10 Rangkaian Modul Masukan Perbedaan antara modul masukan dan modul keluaran adalah LED pada modul masukan dihidupkan oleh perangkat keras masukan sedangkan LED pada modul keluaran dihidupkan oleh CPU PLC. Gambar 2.11 Rangkaian Modul Keluaran 2.2.3.4 Perangkat Pemrograman (Programming Device) Programming device adalah alat untuk memasukkan (membuat alat mengedit) program ke dalam PLC. Ada dua perangkat program yang biasa digunakan, yaitu Miniprogrammer atau Programming Console, dan computer.
16 a. Miniprogrammer atau Konsol Miniprogrammer atau Programming Console (biasa disebut konsol) ialah sebuah perangkat seukuran kalkulator saku yang berfungsi untuk memasukkan instruksi-instruksi program ke dalam PLC. Umumnya, instruksi-instruksi program dimasukkan dengan mengetikkan simbol-simbol Ladder Diagram dengan menggunakan kode mnemonic (Mnemonic Code). Sebagai contoh, untuk memprogram diagram tangga di bawah ini dengan menggunakan PLC produksi OMRON maka diketikkan instruksi-instruksi pada Programming Console sebagai berikut : Gambar 2.12 Contoh Diagram Tangga yang akan diketik pada konsol Tabel 2.2 Contoh kode mnemonik dan pengalamatannya untuk gambar 2.12 Kode Mnemonik Alamat LD 00000 OR 00002 AND 00001 OUT 00100 LD 00002 OUT 00101 Dalam hal ini, simbol-simbol LD, OR LD, AND OUT adalah kode mnemonic yang dapat berbeda, tergantung vendor pembuat PLC (misalnya instruksi LD ekivalen dengan instruksi STR pada PLC produksi Allen Bradley)
17 sedangkan bilangan numeris 00000, 00002, 00100, dan 00100 adalah parameter yang berupa alamat-alamat terminal masukan dan terminal keluaran PLC tersebut. Pada umumnya, miniprogrammer dirancang untuk kompatibel dengan dua atau lebih PLC dalam sebuah tipe. Selain digunakan untuk memasukkan program diagram ladder, beberapa jenis miniprogrammer juga dilengkapi fasilitas untuk monitoring klan tugas-tugas diagnostik. Gambar 2.13 Miniprogrammer b. Komputer Pemograman PLC dengan menggunakan miniprogrammer ini akan sangat melelahkan jika jumlah anak tangga pada ladder diagram yang akan diprogram berukuran relative besar. Umumnya, penggunaan konsol ini biasa digunakan hanya untuk pengeditan program saja. Untuk memasukkan program secara keseluruhan pada PLC, dapat digunakan komputer. Gambar 2.14 Penghubungan PLC dengan komputer
18 Vendor-vendor PLC umumnya menyertakan perangkat lunak (Software) untuk mengimplementasikan pemasukan program ladder diagram, pengeditan, dokumentasi dan monitoring ke dalam PLC. 2.2.4 Perangkat Keras Masukan / Keluaran PLC PLC harus dihubungkan dengan perangkat keras masukan sebagai kendali dan perangkat keras keluaran sebagai sesuatu yang dikendalikan sementara. PLC tersebut bekerja sebagai pemroses. 2.2.4.1 Perangkat Keras Masukan (Input Device) Input device merupakan bagian PLC yang berhubungan dengan perangkat luar yang memberikan masukan kepada CPU. Perangkat masukan dapat berupa tombol, switch, saklar, sensor, atau perangkat ukur lain. Perangkat masukan memicu eksekusi logika/program pada PLC. Contoh-contoh perangkat masukan PLC diperlihatkan pada gambar 2.15. Gambar 2.15 Perangkat Keras Masukan PLC
19 2.2.4.2 Perangkat Keras Keluaran (Output Device) Output Device Merupakan bagian PLC yang berhubungan dengan perangkat luar yang memberikan keluaran dari CPU, perangkat keluaran dapat berupa Motor AC/DC, lampu, katup dan lain-lain seperti pada Gambar 2.14. Perangkat keluaran tersebut akan bekerja sesuai dengan perintah yang dimasukan kedalam PLC. Gambar 2.16 Perangkat Keras Keluaran PLC 2.2.5 PEMROGRAMAN PLC 2.2.5.1 List Instruksi (Instruction List) Pemrograman dengan menggunakan instruksi-instruksi bahasa level rendah (Mnemonic), seperti LD, LD NOT, AND, AND NOT, OR OR NOT, OUT, OUT NOT, SET, dan RESET. a. LD (LOAD) Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja (sequence) pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan satu kondisi logika saja dan dituntut untuk mengeluarkan satu output.
20 Logikanya seperti kontak NO relay b. LD NOT (LOAD NOT) Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja (sequence) pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan satu kondisi logika saja dan dituntut untuk mengeluarkan satu output. Logikanya seperti kontak NC relay c. AND Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja (sequence) pada suatu sistem kontrol membutuhkan lebih dari satu kondisi logika yang harus dipenuhi untuk mengeluarkan satu output Logikanya seperti kontak NO relay d. AND NOT Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja (sequence) pada suatu sistem kontrol membutuhkan lebih satu kondisi logika yang harus dipenuhi semuanya untuk mengeluarkan satu output Logikanya seperti kontak NC relay e. OR Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja (sequence) pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan salah satu dari beberapa kondisi logika untuk mengeluarkan satu output. Logikanya seperti kontak NO relay
21 f. OR NOT Instruksi ini dibutuhkan jika urutan kerja (sequence) pada suatu sistem kontrol hanya membutuhkan salah satu dari beberapa kondisi logika untuk mengeluarkan satu output. Logikanya seperti kontak NC relay g. OUT Instruksi ini berfungsi untuk mengeluarkan output jika semua kondisi logika ladder diagram sudah terpenuhi Logikanya seperti kontak NO relay h. SET dan RESET Instruksi SET sama seperti instruksi OUT. Akan tetapi pada instruksi SET, bit yang menjadi operand-nya akan bersifat latching (mempertahankan kondisinya). Artinya bit-nya akan tetap dalam kondisi ON walaupun kondisi inputnya sudah OFF. Untuk mengembalikannya ke kondisi OFF harus digunakan instruksi RESET. Instruksi ini hanya berlaku untuk Sysmac C-series tipe baru. 2.2.5.2 Diagram Tangga (Ladder Diagram) Pemrograman berbasis logika relai, cocok digunakan untuk persoalanpersoalan kontrol diskret yang input/output hanya memiliki dua kondisi on atau off seperti pada sistem kontrol konveyor, lift, dan motor-motor industri.
22 Gambar 2.17 Contoh Penulisan Diagram Tangga 2.2.5.3 Diagram Blok Fungsi ( Function Blok Diagram ) Pemrograman berbasis aliran data Secara grafis. Banyak digunakan untuk tujuan kontrol proses yang melibatkan Perhitungan-perhitungan kompleks dan akuisisi data analog. Gambar 2.18 Perbandingan Diagram Tangga (a) dan Diagram Blok Fungsional Ekivalen (b) 2.2.5.4 Diagram Fungsi Sekuensial (Sequential Function) Metode grafis untuk pemrograman terstruktur yang banyak melibatkan langkah-langkah rumit, seperti pada bidang robotika, perakitan kendaraan, Batch Control, dan lain sebagainya.
23 Gambar 2.19 Diagram Fungsi Sekuensial 2.2.5.5 Teks Terstruktur (Structured Text) Tidak seperti keempat metode sebelumnya, pernrograman ini menggunakan statemen-statemen yang umum dijumpai pada bahasa level tinggi (high level programming) seperti If/Then, Do/While, Case, For/Next, dan lain sebagainya. Dalam aplikasinya, model ini cocok digunakan untuk perhitunganperhitungan matematis yang kompleks, pemrosesan tabel, serta fungsi fungsi kontrol yang memerlukan algoritma khusus. Walaupun hampir semua vendor PLC telah mendukung kelima model pemrograman tersebut, tetapi secara de facto sampai saat ini yang sangat luas penggunaannya terutama di industri adalah diagram tangga. Alasan utamanya adalah diagram ini sangat mudah untuk dipahami para teknisi, di pabrik umumnya telah lebih dahulu familiar dengan jenis diagram tangga elektromekanis, yaitu diagram tangga dengan menggunakan simbol-simbol komponen elektromekanis dalam penggambaran logika kontrolnya.
24 2.3 PLC OMRON SYSMAC CPM1A PLC OMRON SYSMAC CPM1A adalah salah satu produk PLC dari Omron. 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 membaca masukan dan menghasilkan keluaran dengan logika 1 atau 0. Gambar 2.20 PLC Omron Sysmac CPM1A 30I/O 2.4 KONVEYOR Konveyor adalah salah satu jenis alat pengangkut atau pemindah yang berfungsi untuk mengangkut atau memindahkan bahan-bahan industri yang berbentuk padat, terdiri dari ban berbentuk bulat menyerupai sabuk (Belt) yang
25 diputar oleh motor. Konveyor memiliki banyak jenis dibuat sesuai dengan kebutuhan industri seperti Belt Conveyor, Chain Conveyor, Screw Conveyor.