TUGAS AKHIR PEMANFAATAN PLC SEBAGAI PERALATAN OTOMATISASI INDUSTRI BERBASIS LADDER LOGIC DIAGRAM Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh FREDY ANGGA NIM: 060402055 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PEMANFAATAN PLC SEBAGAI PERALATAN OTOMATISASI INDUSTRI BERBASIS LADDER LOGIC DIAGRAM Oleh: FREDY ANGGA NIM: 060402055 Tugas Akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana Teknik Elektro Disetujui oleh: Pembimbing, Ir. Riswan Dinzi, MT NIP: 19610404 198811 1 001 Diketahui oleh: Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si NIP: 19540531 198601 1 002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
ABSTRAK Programmable Logic Controller (PLC) digunakan secara luas untuk keperluan kendali proses di dunia industri. Dalam penerapannya, PLC perlu diprogram dengan metode yang tepat dan support software yang sesuai. Salah satu metode pemrograman yang dijumpai pada hampir semua support software PLC adalah Diagram Tangga Logika. Namun untuk proses yang kompleks, penggunaan Diagram Tangga Logika saja akan sulit untuk memecahkan perancangan sistem kendali yang sesuai. Penulis berkeyakinan bahwa fokus pembelajaran filosofi pembuatan sistem kendali tidak harus tergantung pada suatu merek PLC tertentu. Oleh karena itu, dalam Tugas Akhir ini penulis mencoba melakukan pendekatan umum dan sistematis terhadap PLC, dengan penekanan pada kombinasi penggunaan Bagan Fungsi Sekuensial (Sequential Function Chart = SFC) dan Diagram Tangga Logika untuk mendapatkan solusi sistem kendali proses yang sesuai dan handal. Dalam Tugas Akhir ini, Diagram Tangga Logika yang sudah dirancang akan diuji dengan memanfaatkan support software PLC yang memiliki fitur simulasi. Hasil Tugas Akhir ini menunjukkan bahwa pemanfaatan SFC dapat menghasilkan Diagram Tangga Logika secara sistematis dan handal, dimana rele internal memegang peranan penting dalam menjembatani SFC dan diagram tangga logika. Selain itu proses penelusuran kesalahan (debug) maupun modifikasi sistem menjadi lebih mudah dan cepat. Akan tetapi Diagram Tangga Logika yang dihasilkan relatif lebih panjang. i
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkah dan rahmat-nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan dengan baik Tugas Akhir yang berjudul: PEMANFAATAN PLC SEBAGAI PERALATAN OTOMATISASI INDUSTRI BERBASIS LADDER LOGIC DIAGRAM. Penulisan Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan yang wajib dipenuhi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Elektro FT USU. Tugas Akhir ini penulis persembahkan untuk kedua orangtua yang telah membesarkan penulis dengan kasih sayang yang tidak terhingga yaitu: Ang Hwa Hong dan Saini; kakak penulis, yaitu: Lisa; ketiga adik penulis, yaitu: Rudy Angga, Ervina Angga dan Ernita Angga. Selama masa kuliah sampai masa penyelesaian Tugas Akhir ini, penulis mendapat dukungan, bimbingan, dan pertolongan dari berbagai pihak. Untuk itu, dengan setulus hati penulis hendak menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Ir. Riswan Dinzi, MT selaku dosen pembimbing Tugas Akhir saya, yang telah bersedia meluangkan waktu di sela-sela kesibukan beliau untuk membimbing penulis mulai dari awal sampai selesainya Tugas Akhir ini; 2. Bapak Ir. T. Ahri Bahriun, M.Sc selaku dosen wali penulis yang banyak memberikan masukan dan pengarahan selama penulis menempuh perkuliahan; 3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si dan Bapak Rahmat Fauzi, ST, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; ii
4. Bapak Ir. Bonggas L. Tobing, selaku Kepala Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi tempat dimana penulis diberikan kesempatan dan kepercayaan menjadi asisten, juga kepada Bapak Ir. Syarawardi dan Ir. Hendra Zulkarnaen, selaku staf pengajar dan staf di laboratorium yang bersangkutan; 5. Seluruh staf pengajar dan administrasi Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara, 6. Teman-teman terbaik semasa SMP sampai sekarang, yaitu: Eddy Setiawan dan Pendy atas segala motivasi dan dukungannya selama ini, juga atas kebersamaannya berangkat bersama menempuh ujian masuk USU di tahun 2006, sungguh kenangan yang tak terlupakan; 7. Teman-teman semasa SMA sampai sekarang, yaitu: Thomas William, Andi, Frederick, Hastomo Ardi, Hartarto, dan seluruh keluarga besar EXODUS lainnya yang memberikan semangat dan inspirasi dalam hidup ini; 8. Teman-teman sesama asisten di Laboratorium Teknik Tegangan Tinggi, yaitu: Ko Herman, Ko Andry, Bang Lamringan, Rumonda, Setia dan Yoakim; 9. Teman-teman senior 2005 dan ke atas, Ko Joni Susanto, Bang Ferry D. Hutagalung, Bang Bastanna E. Bangun, Bang Windy Tobing, dan yang lainnya; 10. Teman-teman sesama mahasiswa stambuk 2006, Thomas William, Sugianto, Hendrik, Andi Halim, Budiman Chandra, Firmanto, Desmanto, Sanita SFN, Sukesih, Iqbal, Taufik, Nasir Andi Hakim Nasution, Supenson, Kristian, Fransiscus, Folda, Jaitun, dan yang lainnya; 11. Teman-teman junior, yaitu: pasangan Joni-Angel, Denny Tanaya, Yuyanto, Yudi, Antonius, Teguh, Wilfian, dan yang lainnya; iii
12. Teman-teman di KMB-USU yang banyak memberikan semangat dan kenangankenangan lucu, begitu juga semua anggota KPU KMB-USU yang telah bersama-sama saya melaksanakan tugas dengan sebaik-baiknya; 13. Semua orang yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan kontribusinya kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, jasa kalian akan senantiasa penulis kenang dan sebagai acuan untuk menempuh hari-hari ke depan dengan penuh semangat dan lebih baik lagi. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi penyempurnaan Tugas Akhir ini. Akhirnya penulis berharap Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa yang ingin lebih mengetahui dan mendalami masalah sistem kendali berbasis diagram tangga untuk keperluan otomatisasi industri. Medan, Maret 2011 Penulis iv
DAFTAR ISI Hal. LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR TABEL... x DAFTAR GAMBAR... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 3 1.4 Manfaat Penulisan... 3 1.5 Batasan Masalah... 4 1.6 Metodologi Pembahasan... 4 1.7 Sistematika Pembahasan... 5 BAB II SISTEM KENDALI, DIAGRAM TANGGA & PLC... 6 2.1 Sejarah Perkembangan Sistem Kendali dan Otomatisasi Industri 6 2.2 Sistem Kendali Konvensional... 7 2.3 Transduser dan Sensor... 8 2.4 Aktuator... 8 v
2.5 Rele... 9 2.6 Time Delay Relay (Timer)... 12 2.7 Pencacah (Counter)... 13 2.8 Diagram Tangga... 14 2.9 Programmable Logic Controller (PLC)... 16 2.10Operasi pada PLC... 18 2.11Bagian Utama PLC... 19 2.11.1 Prosesor... 19 2.11.2 Catu Daya... 20 2.11.3 Memori... 20 2.11.4 Input dan Output... 21 2.11.5 Perangkat Pemrograman... 21 2.12Sistem Pengkodean PLC... 21 BAB III SISTEM PENGAWATAN PLC & TEKNIK PERANCANGAN DIAGRAM TANGGA... 23 3.1 Teknik Pengawatan PLC... 23 3.1.1 Koneksi Daya... 25 3.1.2 Sinking dan Sourcing... 26 3.1.3 Pengawatan Input... 27 3.1.3.1 Input (Sinking)... 28 3.1.3.2 Input (Sourcing)... 28 3.1.4 Pengawatan Output... 29 vi
3.1.4.1 Tipe Rele... 29 3.1.4.2 Tipe Transistor... 30 3.1.4.3 Tipe Triac... 30 3.2 Dasar Diagram Tangga... 31 3.3 Pemrograman Diagram Tangga... 33 3.3.1 Pemrograman Input dan Output... 33 3.3.2 Pemrograman Timer... 34 3.3.3 Pemrograman Counter... 34 3.3.4 Pemrograman Marker... 35 3.4 Teknik Pemrograman Diagram Tangga Logika... 35 3.4.1 Rangkaian Pengunci... 36 3.4.2 Rangkaian Interlok... 36 3.4.3 Operasi One Shot... 37 3.4.4 Set dan Reset... 37 3.4.5 Master Control Relay (MCR)... 38 3.5 Bagan Fungsi Sekuensial... 39 3.6 Elemen Bagan Fungsi Sekuensial... 41 3.6.1 Langkah Awal (Initial Step)... 41 3.6.2 Langkah (Step)... 41 3.6.3 Transisi (Transition)... 42 3.6.4 Kumpulan Step (Macrostep)... 42 3.7 Percabangan Bagan Fungsi Sekuensial... 42 3.7.1 Percabangan Selektif... 42 vii
3.7.2 Percabangan Paralel... 43 3.8 Teknik Perancangan SFC... 44 3.9 Penerapan SFC dalam Diagram Tangga... 45 3.10Teknik Pendeteksian Kegagalan... 51 3.10.1 Pengecekan Pewaktuan... 51 3.10.2 Output Aktif Terakhir... 51 3.10.3 Replikasi... 52 3.10.4 Pengecekan Nilai Perkiraan... 52 BAB IV PEMANFAATAN PLC SEBAGAI PERALATAN OTOMATISASI INDUSTRI BERBASIS LADDER LOGIC DIAGRAM... 53 4.1 Aplikasi PLC pada Dunia Industri... 53 4.2 Batasan Pengujian... 54 4.3 Aplikasi PLC pada Dunia Industri (melibatkan Percabangan Selektif)... 55 4.3.1 Penentuan Jumlah Input dan Output... 55 4.3.2 Penentuan Jumlah Timer dan Counter... 55 4.3.3 Penegasan Proses menjadi Deskripsi Langkah Proses... 56 4.3.4 Perancangan SFC... 56 4.3.5 Konversi SFC menjadi Diagram Tangga Logika... 57 4.3.6 Pengujian Diagram Tangga Logika... 60 4.4 Aplikasi PLC pada Dunia Industri (melibatkan Percabangan Paralel)... 61 viii
4.4.1 Penentuan Jumlah Input dan Output... 61 4.4.2 Penentuan Jumlah Timer dan Counter... 62 4.4.3 Penegasan Proses menjadi Deskripsi Langkah Proses... 62 4.4.4 Perancangan SFC... 63 4.4.5 Konversi SFC menjadi Diagram Tangga Logika... 63 4.4.6 Pengujian Diagram Tangga... 67 4.5 Perancangan Program PLC untuk Sistem yang Kompleks... 68 4.5.1 Topik Perancangan... 68 4.5.2 Penjelasan Umum Sistem... 69 4.5.3 Penentuan Jumlah Input dan Output... 71 4.5.4 Penentuan Jumlah Timer dan Counter... 72 4.5.5 Penegasan Proses menjadi Deskripsi Langkah Proses... 73 4.5.6 Perancangan SFC... 75 4.5.7 Konversi SFC menjadi Diagram Tangga Logika dan Pengujiannya... 75 BAB V PENUTUP... 76 5.1 Kesimpulan... 76 5.2 Saran... 77 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN ix
DAFTAR TABEL Hal. Tabel 2.1 Perbandingan sistem bilangan... 22 Tabel 3.1 Simbol terminal input PLC... 26 Tabel 3.2 Simbolisasi langkah dan transisi... 47 Tabel 4.1 Jumlah maksimum elemen TwidoSuite... 53 Tabel 4.2 Jenis pengecatan kotak... 54 Tabel 4.3 Daftar input dan output sistem... 54 Tabel 4.4 Penggunaan timer pada sistem... 55 Tabel 4.5 Simbolisasi langkah dan transisi... 56 Tabel 4.6 Waktu proses aplikasi... 60 Tabel 4.7 Daftar input dan output sistem... 61 Tabel 4.8 Penggunaan timer pada sistem... 61 Tabel 4.9 Simbolisasi langkah dan transisi... 63 Tabel 4.10 Daftar input untuk sistem AMF... 70 Tabel 4.11 Daftar output untuk sistem AMF... 70 Tabel 4.12 Timer untuk aplikasi sistem AMF... 71 x
DAFTAR GAMBAR Hal. Gambar 2.1 Bagian utama sebuah rele... Gambar 2.2 Simbol komponen utama sebuah rele... 10 Gambar 2.3 Plug-in relay... 11 Gambar 2.4 Timer... 12 Gambar 2.5 Counter... 13 Gambar 2.6 Rangkaian kendali dasar... 14 Gambar 2.7 Diagram tangga suatu sistem sederhana... 15 Gambar 2.8 Gambaran umum sebuah PLC... 16 Gambar 3.1 Tampilan suatu PLC generik... 24 Gambar 3.2 Rangkaian input PLC menggunakan penggandeng 9 optik (optocupler) yang disederhanakan: (a) Catu daya AC; (b) Catu daya DC... 27 Gambar 3.3 Rangkaian Sensor jenis output PNP (sourcing) yang disederhanakan... 28 Gambar 3.4 Rangkaian Sensor jenis output NPN (sinking) yang disederhanakan... 29 Gambar 3.5 Rangkaian output PLC tipe rele yang disederhanakan... 30 Gambar 3.6 Rangkaian output PLC tipe transistor yang disederhanakan... 30 Gambar 3.7 Rangkaian output PLC tipe triac yang disederhanakan... 31 xi
Gambar 3.8 Rangkaian pengunci... 36 Gambar 3.9 Rangkaian interlok dasar... 37 Gambar 3.10 Diagram pewaktuan untuk fungsi one shot... 37 Gambar 3.11 Diagram pewaktuan untuk fungsi Set dan Reset... 38 Gambar 3.12 Contoh program dengan menggunakan Set dan Reset... 38 Gambar 3.13 Master Control Relay... 39 Gambar 3.14 Simbol langkah awal pada SFC... 41 Gambar 3.15 Simbol langkah pada SFC... 41 Gambar 3.16 Simbol transisi pada SFC... 42 Gambar 3.17 Simbol macrostep pada SFC... 42 Gambar 3.18 Simbol percabangan selektif pada SFC... 43 Gambar 3.19 Simbol percabangan paralel pada SFC... 44 Gambar 3.20 Bagan Fungsi Sekuensial... 45 Gambar 3.21 SFC untuk suatu sistem sederhana... 46 Gambar 3.22 Diagram tangga untuk aktivasi transisi... 47 Gambar 3.23 Diagram tangga untuk aktivasi langkah... 48 Gambar 3.24 Diagram tangga untuk aktivasi output... 49 Gambar 3.25 Diagram tangga untuk aktivasi timer... 49 Gambar 4.1 Ladder Diagram untuk Langkah Awal sistem... 58 Gambar 4.2 Diagram tangga untuk aktivasi transisi sistem... 58 Gambar 4.3 Diagram tangga untuk aktivasi langkah sistem... 59 Gambar 4.4 Diagram tangga untuk aktivasi output sistem... 60 xii
Gambar 4.5 Diagram tangga untuk aktivasi timer sistem... 60 Gambar 4.6 Diagram tangga untuk aktivasi transisi sistem... 65 Gambar 4.7 Diagram tangga untuk aktivasi langkah sistem... 66 Gambar 4.8 Diagram tangga untuk aktivasi output sistem... 67 Gambar 4.9 Diagram tangga untuk aktivasi timer sistem... 67 Gambar 4.10 Gambaran umum suatu sistem AMF... 69 xiii