BAB III TEORI DASAR 3.1 Programmable Logic Controller (PLC) Programmable logic controller (PLC) adalah sebuah perangkat yang dirancang untuk menggantikan sistem control elektrik berbasis relai yang mulai digunakan pada tahun 1970-an. Ide utamanya adalah untuk mensubstitusi relai yang digunakan untuk mengimplementasikan logika control. Sesuai namanya, PLC dapat dengan mudah diprogram ulang. Keunggulan PLC dibandingkan sistem konvensional antara lain adalah : o Relatif mudah untuk melakukan perubahan pada strategi control yang akan diterapkan, karena logika control yang digunakan diwujudkan dalam bentuk perangkat lunak. o Jumlah relai yang diperlukan dapat dikurangi hingga tinggal seperlimannya saja. o Lebih mudah untuk menginstalasinya karena pengkabelannya lebih sederhana. o Lebih mudah untuk menemukan kesalahan dan kerusakan karena PLC memiliki fasilitas self diagnosis. o Secara umum biaya yang diperlukan lebih kecil, baik dari segi biaya pengadaan maupun pemeliharaan. o Tahan bekerja terus-menerus dalam lingkungan kerja yang umum dijumpai di pabrik-pabrik, misalnya temperature tinggi, tekanan tinggi, kelembaban tinggi, atau beracun. 3.1.1 Sejarah PLC PLC pertama kali diperkenalkan pada tahun 1960-an. PLC dibuat untuk mengurangi beban ongkos perawatan dan penggantian sistem control mesin yang menggunakan relai. Bedford Associates mengusulkan MODICON (Modular Digital Controller) untuk perusahaan yang ada di Amerika. 12
MODICON 084 merupakan PLC pertama yang digunakan pada produk yang bersifat komersil. Semakin meningkatnya kebutuhan dalam proses produksi menyebabkan sistem harus sering diubah-ubah. Apabila sistem yang digunakan merupakan relai mekanik, tentu saja hal itu akan menjadi masalah yang besar. Selain masa penggunaannya terbatas, sistem juga membutuhkan perawatan yang cermat. Jika terjadi kerusakan maka akan sangat sulit untuk menemukannya. Oleh sebab itulah dibutuhkan pengontrol yang memudahkan baik dalam perawatan maupun penggunaannya. Pada tahun 70-an, teknologi PLC yang dominan adalah mesin sequencer dan CPU yang berbasis bit-slice. Prosesor AMD 2901 dan 2903 cukup popular digunakan dalam MODICON dan PLC A-B. kemampuan komunikasi pada PLC muncul pada awal tahun 1973. Sistem yang pertama adalah Modbus dari MODICON. Pada tahun 1980-an dilakukan usaha untuk menyetandarisasi komunikasi dengan protocol milik General Motor (MAP). Pada tahun 1990- an dilakukan reduksi protocol baru dan modernisasi lapisan fisik dari protocol protocol yang popular pada tahun 1980-an. Standar terakhir, yaitu IEC 1131-3, berusaha menggabungkan bahasa pemograman PLC di bawah satu standar international. 13
Jenis jenis Programmable Logic controller (PLC) Berdasarkan fungsi dan jumlah I/O nya, PLC secara umum dibagi tiga kelompok, yaitu : PLC mikro PLC Mikro disebut juga smart relay, karena dirancang khusus untuk fungsi fungsi relay saja. Instruksi yang tersedia juga terbatas. Jumlah I/O pada PLC ini pada umumnya hanya 6 input dan 4 output. Gambar 3.1 Contoh PLC Mikro PLC Mini / Compact PLC Compact memiliki jumlah I/O yang terbatas, antara 32 sampai 128 terminal. Ada beberapa jenis PLC ini yang I/O nya bisa ditambah, tetapi hanya beberapa terminal saja. Gambar 3.2 Contoh PLC Mini / Compact 14
PLC Large / Rack / Modular PLC Rack disebut juga modular, karena unit I/O berupa modul modul yang dapat dipisah. Ini diperlukan untuk menambah fleksibilitas penggunaannya, terutama untuk mengantisipasi perkembangan dan perluasan sistem control pada aplikasi tertentu. PLC jenis ini mempunyai I/O lebih dari terminal 128 terminal. Gambar 3.3 Contoh PLC Large / Rack / Modular 3.3 Komponen pada PLC Pada kenyataannya PLC merupakan suatu mikrokontroler yang digunakan untuk keperluan 15ndustry. PLC dapat dikatakan sebagai suatu perangkat keras dan lunak yang dibuat untuk diaplikasikan dalam dunia industry. Secara umum PLC memiliki bagian bagian yang sama dengan computer maupun mikrokontroller, yaitu CPU, memori, dan I/O. susunan komponen PLC dapat dilihat pada gambar 6. Gambar 3.4 komponen PLC 15
3.3.1 Central Processing Unit (CPU) CPU merupakan pengatur utama, merupakan otak PLC. Mikrokontroller ATMEL merupakan mikrokontroller 8 bit, tidak jauh berbeda dengan PLC yang dapat dikatakan sebagai sebagai mikrokontroller 16 atau 32 Bit. CPU ini berfungsi untuk melakukan komunikasi dengan PC, interkoneksi pada setiap bagian PLC, mengeksekusi program, serta mengatur input output sistem. 3.3.2 Memori Memori merupakan tempat menyimpan data sementara dan menyimpan program yang harus dijalankan, di mana program tersebut merupakan hasil terjemahan dari ladder diagram yang dibuat oleh user. Sistem memori pada PLC juga mengarah pada teknologi flash memory. Dengan menggunakan flash memory maka akan sangat mudah bagi pengguna untuk melakukan programming maupun reprogramming secara berulang ulang. Selain itu pada flash memory juga terdapat EPROM yang dapat dihapus berulang ulang. Sistem memori dibagi dalam blok blok di mana masing masing blok memiliki fungsi sendiri. Beberapa bagian dari memori digunakan untuk menyimpan status dari input dan output, sementara bagian memori yang lain digunakan pada program seperti nilai timer dan counter. PLC memiliki suatu rutin kompleks yang digunakan untuk memastikan memori PLC tidak rusak. Hal ini dapat dilihat lewat lampu indikator pada PLC tersebut. 3.3.3 Catu Daya pada PLC Catu daya ( power supply ) digunakan untuk memberikan tegangan pada PLC. Tegangan masukan pada PLC biasanya sekitar 24 VDC atau 220 VAC. Pada PLC yang besar, catu daya biasanya diletakkan terpisah. Catu daya tidak digunakan untuk memberikan daya secara langsung ke input maupun output, yang berarti input dan output murni merupakan saklar. 16
Jadi pengguna harus menyedikana sendiri catu daya untuk input dan output PLC. Dengan cara demikian maka PLC itu tidak akan rusak. 3.3.4 Rangkaian Tipikal Input pada PLC Kemampuan suatu sistem otomatis bergabung pada kemampuan PLC dalam membaca sinyal dari berbagai peranti input, misalnya sensor. Untuk mendeteksi suatu proses atau kejadian dibutuhkan sensor yang tepat untuk masing-masing kondisi. Dengan kata lain, sinyal input dapat berupa logika 0 atau 1 (on/off) ataupun analog. PLC yang berukuran kecil biasanya hanya mempunyai jalur input digital sedangkan yang berukuran agak besar mampu menerima input analog. Sinyal analog yang sering dijumpai adalah sinyal arus 4-20 ma. 3.3.5 Rangkaian Tipikal Output pada PLC Suatu sistem otomatis tidak akan lengkap jika sistem tersebut tidak memiliki jalur output. Output sistem ini dapat berupa analog maupun digital. Output analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog sedangkan output digital digunakan untuk menghubungkan dan memutus jalur. Contoh peranti output yang sering dipakai dalam PLC adalah motor,relai, solenoid,lampu, dan speaker. 3.3.6 Penambahan I/O pada PLC Setiap PLC pasti memiliki jumlah I/O yang terbatas,yang ditentukan berdasarkan tipe PLC tersebut. Namun dalam aplikasi sering kali I/O yang ada pada PLC tidak mencukupi. Oleh sebab itu diperlukan perangkat tambahan untuk menambah jumlah I/O yang tersedia. Penambahan unit I/O ini dinamakan dengan expansion unit. 3.3.7 Operasional PLC PLC bekerja dengan cara men-scan program. Dalam hal ini kita anggap bahwa dalam satu scan dibutuhkan 3 langkah penting walau kenyataannya 17
lebih, namun kita hanya akan memperhatikan tahap- tahap yang penting saja seperti dapat dilihat pada gambar 3.5 Gambar 3. 5 tahap tahap scanning Keterangan : 1. Periksa status masukan, pertama PLC akan melihat masing-masing status keluaran apakah kondisinya sedang ON atau OFF. Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubungkan dengan masukan pertama ON? Bagaimana dengan yang terhubungkan pada masukan kedua? Demikian seterusnya, hasilnya disimpan ke dalam memori yang terkait dan akan digunakan pada langkah berikutnya. 2. Eksekusi Program, berikutnya PLC akan mengerjakan atau mengeksekusi program Anda (diagram tangga) per instruksi. Mungkin program Anda mengatakan bahwa masukan pertama statusnya ON maka keluaran pertama akan di-on-kan. Karena PLC sudah tahu masukan yang mana saja yang ON dan OFF, dari langkah pertama dapat ditentukan apakah memang keluaran pertama harus di- ON-kan atau tidak (berdasarkan status masukan pertama). Kemudian akan menyimpan hasil eksekusi untuk digunakan kemudian. 3. Perbaharui status keluaran, akhirnya PLC akan memperbaharui atau mengupdate status keluaran. Pembaharuan keluaran ini bergantung pada masukan mana yang ON selama langkah 1 dan hasil dari eksekusi program di langkah 2. Jika masukan pertama statusnya ON, maka dari langkah 2, 18
eksekusi program akan menghasilkan keluaran pertama ON, sehingga pada langkah 3 ini keluaran pertama akan diperbaharui menjadi ON. Setelah langkah 3, PLC akan menghalangi lagi scanning program-nya dari langkah 1, demikian seterusnya. Waktu scan didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan 3 langkah tersebut. Masing-masing langkah bisa memiliki waktu tanggap (response time) yang berbeda-beda, waktu total tanggap atau total response time adalah jumlah semua waktu tanggap masing-masing langkah: waktu tanggap masukan + waktu eksekusi program + waktu tanggap keluaran = waktu tanggap total. 3.4 Instruksi Dasar Pemrograman PLC Mitsubishi Instruksi dasar pemrograman PLC adalah instruksi instruksi utama dalam membuat program PLC yang biasanya ditemukan hampir sama di setiap jenis PLC dari berbagai vendor. Instruksi instruksi dasar ini bisa digunakan untuk pemrograman pemrograman yang sederhana dan tidak bisa digunakan untuk menangani sistem yang kompleks seperti olah data register, aritmatika process, logika, shift dan olah data lainnya. Dan untuk device console module PLC biasanya instruksi instruksi dasar ini menjadi menu utama pemrograman. Instruksi dasar dalam pemrograman PLC memerlukan pemahaman yang tinggi karena instruksi instruksi lanjut (applied instruction) selalu memerlukan perintah dari instruksi instruksi dasar. PLC siapapun vendornya selalu memiliki instruksi dasar yang jika ditransfer ke bentuk format pemrograman dari vendor lainnya, maka hasilnya adalah sama atau hampir sama tergantung dari format penulisan masingmasing instruksi dasar tersebut. Jadi bisa dikatakan disini bahwa bahasa pemrograman PLC pada dasarnya adalah sama dalam logikanya, sehingga bagi seseorang yang memerlukan pengetahuan tentang bahasa pemrograman PLC cukup 19
menguasai 1 bahasa dari berbagai bahasa pemrograman PLC yang ada di pasaran. Jika dalam prakteknya PLC yang digunakan tidak sesuai dengan bahasa pemrograman yang telah dikuasainya, maka hanya butuh waktu yang singkat untuk mensosialisasikan instruksi instruksi dari masing masing vendor PLC. Tentu saja instruksi dari kedua vendor PLC harus dicari kesamaannya masing-masing dan perbedaan hanya terfokus pada format penulisannya saja. Bahkan untuk vendor-vendor tertentu instruksi yang digunakan kebanyakan sama dengan instruksi pemrograman dari vendor lain, tujuannya adalah untuk mempermudah user dalam mempercepat penguasaan bahasa pemrograman dari vendor yang berbeda, sehingga user tidak tergantung dari 1 vendor PLC saja. Mitsubishi GX Developer memiliki beberapa symbol dasar yang digunakan pada pemprograman pada Fxos-30 M R-ES. Setiap symbol memiliki keunikan tersendiri. Load (LD), Load Inverse (LDI) Instruksi ini digunakan untuk mengawali satu kondisi logika pada garis intruksi. Berfungsi sebagai kontak NO ( Normally Open ) untuk LD dan NC ( Normally Close ) untuk LDI. Instruksi ini dipakai pada saat memulai suatu ladder block. Ladder diagram X000 0 2 X001 Y080 Y081 Gambar 3.6 Contoh Program LD dan LDI 20
X 3.4.2 OR dan ORI Instruksi OR digunakan untuk menghubungkan dua buah kontak NO atau lebih secara paralel. Sedangkan instruksi ORI untuk menghubungkan dua buah kontak NC atau lebih secara paralel. Diagram ladder 0 X000 X001 Y080 X002 X003 Y081 Gambar 3.7 Contoh Program OR dan ORI 3.4.3 OUT Instruksi ini digunakan untuk mengaktifkan internal relay (relay dalam), modul keluaran dan komponen komponen keluaran lainnya. Diagram ladder Y080 X Gambar 3.8 Contoh Program OUT 21
3.4.4 Timer ( T ) Timer mulai aktif apabila coilnya mulai diaktifkan. Kontak timer akan aktif menjadi close / open apabila timer sudah mencapai setting waktunya. Apabila coil timer di off kan maka timer akan ter-reset dan nilai waktu timer menjadi 0 serta kontak menjadi off. Menunjukkan lama waktu tertentu.tersedia dalam bentuk kontak NO, NC, dan Coil Output. Penomoran dalam decimal : T0 s/d T9, T10 s/d T19 dst. 3.4.5 Counter ( C ) Counter merupakan penghitung maju ( upcount ). Counter mulai menghitung apabila coil diaktifkan. Setelah mencapai setting maka kontak counter menjadi on / off. Reset mengubah nilai terhitung pada counter menajdi nol. Penomoran dalam decimal : T0 s/d T9, T10 s/d T19 dst 3.4.6 Auxiliary relay Device dalam pemrograman : M Sebagai relay internal dalam pemrograman, sebagai relay diagnosis dan latch relay. Tersedia dalam bentuk kontak NO, NC, dan Coil output Penomoran device : decimal misal M0 s/d M9, M10 s/d M19 dst 3.4.7 State relay Kode dalam pemrograman : S Sebagai relay internal dalam pemrograman, sebagai relay diagnosis dan latch relay. Tersedia dalam bentuk kontak NO, NC, dan Coil output Penomoran device : decimal misal S0 s/d S9, S10 s/d S19. 22
3.5 Input DC (Sink/Source) Sebuah modul input DC menjembatani peralatan input yang dilengkapi dengan tegangan output DC. Perbedaan antara antarmuka input DC dan antarmuka input AC/DC adalah bahwa input DC tidak terdapat rangkaian jembatan, karena tidak ada pengubahan sinyal AC ke sinyal DC. Rentang tegangan input dari modul input DC bervariasi antara 5 dan 30 VDC. Modul mengenali sinyal input akan ON jika level tegangan input adalah 40% dari tegangan suplai. Modul mendeteksi kondisi OFF ketika tegangan input jatuh di bawah 20% dari referensi tegangan DC. Sebuah modul input DC dapat memberikan antarmuka terhadap peralatan I/O dalam dua operasi yaitu: sinking dan sourcing. Operasi sinking dan sourcing mengacu pada konfigurasi elektrik dari rangkaian dalam modul dan peralatan input. Jika peralatan dilengkapi sumber arus ketika ON ini dikatakan dengan sourcing arus, sebaliknya jika peralatan menerima arus ketika ON ini disebut sebagai arus sinking. Terdapat peralatan yang bisa kedua-duanya yaitu: sinking dan sourcing, demikian juga modul inputnya. Gambar 3.9 Menggambarkan operasi sinking dan sourcing dan arah arusnya. 3.6 Output DC (Sink/Source) Antarmuka output DC mengontrol beban DC diskrit (ON dan OFF). Operasi dari output DC mirip dengan output AC, hanya pada output DC rangkaian dayanya menggunakan transistor daya untuk mengaktifkan beban. 23
3.7 Konsep perancangan system kendali dengan PLC Dalam merancang suatu sistem kendali dibutuhkan pendekatan pendekatan sistematis dengan procedure sebagai berikut : 1. Rancangan sistem kendali Dalam tahapan ini perancang harus menentukan terlebih dahulu sistem apa yang akan dikendalikan dan proses bagaimana yang akan ditempuh. Sistem yang dikendalikan dapat berupa peralatan mesin ataupun proses yang terintegrasi yang sering secara umum disebut dengan controlled system. 2. Penentuan I/O (penentuan input dan output modul) Pada tahap ini semua piranti masukan (input sensing device) dan keluaran eksternal (output sensing device ) yang akan dihubungkan PLC harus ditentukan terlebih dahulu. 3. Perancangan program (program design) Setelah ditentukan input dan output maka dilanjutkan dengan proses merancang program dalam bentuk ladder diagram atau function blok dengan mengikuti aturan dan urutan operasi sistem kendali. 4. Pemprograman Memprograman dengan memasukan rancangan program diatas dengan software yang sesuai dengan PLC nya berdasarkan standart IEC -61131-3.., Ada lima bahasa pemrograman yang diakui oleh standar diatas, yaitu bahasa pemrograman dibawah ini. Ladder Diagram ( Ladder) Function Blok Diagram (FBD) Structure Text List (STL) Instruction List (IL) 24
Sequential Function Chart (SFC) Yang paling sering dipakai adalah Ladder Diagram (Ladder), ada juga yang senang memakai FBD. Memang tergantung background, orang listrik lebih familiar dengan ladder karena rancangan PLC dari awal adalah menggantikan sistem konvensional relay yang banyak wiring nya sedangkan mahasiswa biasanya lebih senang FBD karena biasanya sudah familiar dengan sistem digital (Diagram Block AND, OR, dll) 5. Menjalankan sistem (Run The System) Pada tahapan ini perlu dideteksi adanya kesalahan kesalahan satu persatu (debug), dan menguji secara cermat sampai kita memastikan bahwa sistem aman untuk dijalankan dan sesuai dengan yang kita inginkan. 25