BAB II LANDASAN TEORI 2.1. PRINSIP KERJA KENDALI PLC Programmable Logic Controller (PLC) adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederatan relai yang dijumpai pada sistem kendali konvensional. Hanya dengan mengeksekusi program yang tersimpan dalam memori, PLC dapat memonitor status dari suatu sistem berdasarkan sinyal input yang masuk pada PLC. PLC merupakan sistem mikrokontroler khusus untuk industri, artinya seperangkat software dan hardware yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi dalam dunia industri. Secara umum PLC memiliki bagian-bagian yang sama dengan komputer maupun mikrokontroler, yaitu CPU, Memori dan I/O. Susunan komponen PLC dapat dilihat pada gambar berikut [1]: Gambar 2.1 Elemen-elemen dasar PLC 6
7 2.1.1. Sistem Kerja Programmable Logic Controller (PLC) Konfigurasi dari Programmable Logic Control (PLC) terdiri atas Power Supply Unit, Central Processing Unit (CPU), Memory Unit, I/O Unit dan Peripheral. a. Power Supplay Unit Unit ini berfungsi memberikan sumber daya pada PLC sehingga memungkinkan PLC untuk dapat bekerja. b. Central Processing Unit (CPU) Unit ini merupakan otak dari PLC. CPU berfungsi untuk mengolah program sesuai dengan hukum kontrol logic, melakukan pengawasan atas semua operasional kerja dari PLC, dan transfer informasi melalui internal bus antara PLC, memori, dan unit I/O. Irama kerja dari CPU PLC dikendalikan oleh suatu generator clock di luar CPU yang bervariasi sesuai dengan tipe dari PLC. Semua aktivitas atau pemprosesan data yang diambil dari sensor (data input) terjadi pada Central Processing Unit (CPU). CPU ini memiliki tiga bagian utama, yaitu: Processor, Memory System dan System Power Supply. Gambar 2.2 Blok diagram komponen CPU
8 c. Memori Unit Memori berfungsi untuk menyimpan program yang telah dibuat, menyimpan data dan status input/output (interfacing information), dan menyimpan data/informasi untuk fungsi-fungsi internal (timer, counter, marker relay, dan lainlain). Unit memori yang dipakai bisa berupa Random Acces Memory (RAM), Erasable Programmable Read Only Memory (EPROM) atau Electronic Erasable Programmable Read Only Memory (EEPROM). Untuk menjaga agar program kerja dan data-data yang penting tidak hilang jika terdapat suatu gangguan power supply, maka pada PLC sering disertai dengan suatu battery backup. d. Input Unit Input yang akan masuk ke dalam CPU berupa signal dari sensor atau tranducer. Signal sensor ini terdapat dua jenis, yaitu: discrete signal dan analog signal. Discrete signal berupa saklar biner dimana hanya sebuah ON atau OFF signal ( 1 atau 0, Benar atau salah), Contohnya: push button, limit switch dan level sensor. Sedangkan analog signal menggunakan prinsip rentang suatu nilai antara nol hingga skala penuh. Contohnya dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika Anda sedang memutar volume speaker atau radio Anda. Rentang nilai dari sensor ini akan diinterpretasikan sebagai nilai-nilai integer oleh CPU PLC. CPU PLC pada saat ini sering menggunakan 16 bit processor sehingga nilai integer nya memiliki rentang -32768 hingga 32767. Contoh dari analog signal ini adalah sensor tekanan, sensor temperature dan sensor aliran. Analog signal dapat berupa tegangan atau arus listrik dan nilai ini akan diproposionalkan dengan nilai integer CPU, contohnya: sebuah analog 0-5 V atau 4 20 ma akan di-konversikan menjadi nilai integer 0 32767.
9 e. Output Unit Hasil pemrosesan data yang diolah pada CPU akan berupa signal keluaran digital yang dikirim ke modul output untuk menjalankan actuator. Actuator ini dapat berupa motor listrik, solenoid, heater, led display, injector, heater, pompa dan lain-lain. Actuator ini akan berfungsi sesuai instruksi dari CPU, jika pada CPU telah di-program timer ON dari lampu selama dua detik maka lampu pada aktuator akan menyala selama dua detik dan kemudian setelah dua detik lampu akan OFF. f. Peripheral Untuk memasukkan program ke dalam PLC diperlukan suatu unit pemograman. Unit ini dapat berupa : 1. Programming Console Programming Console berguna untuk membuat, mengubah, memasukkan, memantau dan menjalankan program pada PLC. Bagian utama dari Progrmming Console adalah LCD Display-monitor, mode selector switch (Program-Monitor-Run) keyboard (kunci numeric, kunci intruksi dan kunci operasi) dan connector lead. Program yang dimasukkan ke dalam PLC berbentuk mnemonic. 2. Sysmate Support Software (SSS) Sysmate Support Software (SSS) adalah suatu software khusus yang memungkinkan programmer dapat mensimulasikan program kerja dari PLC dengan menggunakan Personal Computer (PC) [2].
10 2.2. KARAKTERISTIK SENSOR LDR ( Light Dependent Resistor ) Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor) adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu merupakan bahan semikonduktor yang resistansinya berubah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya [3]. Jika LDR mendaptkan cahaya (sinar) pada frekuensi tinggi, foton akan diserap oleh bahan semikonduktor dan memberikan energi yang cukup untuk mengikat elektron untuk melompat ke pita konduksi. Semakin banyak LDR mendapatkan cahaya, maka akan menghasilkan elektron yang lebih bebas sehingga menurunkan resistansi LDR [4]. Besar perubahan nilai resistansi ini bergantung pada tingkat intensitas cahaya yang diberikan pada sensor LDR. Semakin tinggi intensitas cahaya yang diberikan pada sensor LDR, maka nilai resistansi dari LDR, akan turun. Begitupun sebaliknya, semakin rendah intensitas cahaya yang diberikan pada sensor LDR, maka nilai resistansi dari LDR, akan naik kembali [5]. Gambar 2.3 Sensor Cahaya LDR (Light Dependent Resistor)
11 2.3. KARAKTERISTIK SENSOR LEVEL Level controller berfungsi untuk melakukan kendali terhadap ketinggian air di dalam tangki dengan jalan mengirimkan output sinyal kepada kendali motor. Salah satu contoh level controller adalah Floatless Level Switch Omron 61F-GP-N [6]. Gambar 2.4 Omron 61F-GP-N Omron 61F-GP-N memiliki 11 piranti pin dan bekerja pada tegangan supply 220 VAC. Pin 3 dan 9 merupakan terminal power supply dengan tegangan 220 VAC. Untuk pin 4 dan 5 digunakan sebagai elektrode E3 dan E1. Pin 1, 10, dan 11 adalah kontak output. Sedangkan pin 6, 7, dan 8 merupakan kontak relai [7]. Gambar 2.5 Internal circuit diagram Omron 61F-GP-N Saat elektroda bersentuhan dengan air, sirkuit tertutup (air melengkapi jalurnya Listrik mengalir) dan arus listrik yang mengalir dalam hal ini digunakan
12 untuk mendeteksi level air. Berbagai cairan konduktif dapat dikontrol dengan menggunakan metode ini. Mendeteksi resistansi antara elektroda untuk melihat perbandingan apakah itu level high atau level low untuk mendeteksi permukaan air. Apabila air sudah berada di level high maka air akan di distribusikan dan Apabila air sudah berada di level low maka air dipompa dari tanah untuk mengisi tangki sampai ke level high. Kemudian pompa akan berhenti, dalam sistem ini keran dikontrol secara otomatis untuk menjaga level air dalam batas high dan batas low seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini [8]. Gambar 2.6 Elevasi Struktur tangki untuk persediaan air 2.4. KENDALI SELENOID VALVE Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik, mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai tempat media masuk, lalu lubang keluaran berfungsi sebagai tempat media keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi
13 sebagai saluran untuk mengeluarkan media yang terjebak saat piston bergerak atau pindah posisi ketika solenoid valve bekerja. Prinsip kerja solenoid valve yaitu katup listrik yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika coil mendapat supply tegangan maka coil tersebut akan berubah menjadi medan magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston berpindah posisi jika solenoid tersebut bersifat normally close maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar media yang berasal dari lubang masukan, dan akan sebaliknya jika solenoid valve bersifat normally open [9]. Keterangan gambar : 1. Valve Body 2. Terminal masukan (Inlet Port) 3. Terminal keluaran (Outlet Port) 4. Coil / kumparan solenoida 5. Core / inti besi 6. Kabel supplytegangan 7. Plunger 8. Spring 9. Lubang / exhaust Gambar 2.7 Struktur fungsi solenoid valve
14 2.5. KARAKTERISTIK MOTOR AC ( Alternating Current ) SATU FASA Motor induksi adalah adalah motor listrik bolak-balik (ac) yang putaran rotornya tidak sama dengan putaran medan stator, dengan kata lain putaran rotor dengan putaran medan stator terdapat selisih putaran yang disebut slip. Pada umumnya motor induksi dikenal ada dua macam berdasarkan jumlah fasa yang digunakan, yaitu: motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Sesuai dengan namanya motor induksi satu fasa dirancang untuk beroperasi menggunakan suplai tegangan satu fasa. Motor induksi satu fasa sering digunakan sebagai penggerak pada peralatan yang memerlukan daya rendah dan kecepatan yang relatif konstan. Hal ini disebabkan karena motor induksi satu fasa memiliki beberapa kelebihan yaitu konstruksi yang cukup sederhana, kecepatan putar yang hampir konstan terhadap perubahan beban, dan umumnya digunakan pada sumber jala-jala satu fasa yang banyak terdapat pada peralatan domestik. Walaupun demikian motor ini juga memiliki beberapa kekurangan, yaitu kapasitas pembebanan yang relatif rendah, tidak dapat melakukan pengasutan sendiri tanpa pertolongan alat bantu dan efisiensi yang rendah [10].
15 2.5.1. Konstruksi Motor Induksi Konstruksi motor induksi satu fasa terdiri atas dua komponen yaitu stator dan rotor. Stator adalah bagian dari motor yang tidak bergerak dan rotor adalah bagian yang bergerak yang bertumpu pada bantalan poros terhadap stator. Motor induksi terdiri atas kumparan-kumparan stator dan rotor yang berfungsi membangkitkan gaya gerak listrik akibat dari adanya arus listrik bolak-balik satu fasa yang melewati kumparan-kumparan tersebut sehingga terjadi suatu interaksi induksi medan magnet antara stator dan rotor [11]. Gambar 2.8 Konstruksi motor induksi satu fasa 2.5.2. Prinsip Kerja Motor Induksi Satu Fasa Apabila kumparan-kumparan motor induksi satu fasa dialiri arus bolak-balik satu fasa, maka pada celah udara akan dibangkitkan medan yang berputar dengan kecepatan putaran sebesar dengan menggunakan rumus : ns = 120. f p putaran menit [rpm] Atau, ωs = 2πf p
16 Medan magnet berputar bergerak memotong lilitan rotor sehingga menginduksikan tegangan listrik pada kumparan-kumparan tersebut. Biasanya lilitan rotor berada dalam hubung singkat. Akibatnya lilitan rotor akan mengalir arus listrik yang besarnya tergantung pada besarnya tegangan induksi dan impedansi rotor. Arus listrik yang mengalir pada rotor akan mengakibatkan medan magnet rotor dengan kecepatan sama dengan kecepatan medan putar stator (ns). interkasi medan stator dan rotor akan membangkitkan torsi yang menggerakkan rotor berputar searah dengan arah medan putar stator. Interaksi medan stator dan rotor juga menyebabkan terjadinya ggl induksi yang disebabkan oleh kumparan-kumparan stator dan rotor. Rumusan matematis gaya gerak listrik yang terjadi pada motor induksi satu fasa dengan rumus sebagai berikut: ε = N dφ(t) ))) dt Dimana nilai dari Ф(t) untuk fluksi maksimum akibat dari penyebaran kerapatan fluks yang melewati lilitan dengan rumus : Φ(t) = Φmax. cosωt Adanya perbedaan medan putar stator dan medan putar rotor atau yang disebut slip pada motor induksi satu fasa pada rumus sebagai berikut: (Sofwan.Rudie.2004) [x]. s = ωs ωr ωs atau ns nr ns