BAB II LANDASAN TEORI Sistem ball sorting yang akan direalisasikan ini ditinjau sangat membantu aktivitas proses produksi menjadi begitu efektif dan efisien. Sistem ball sorting ini menggunakan sensor pendeteksi keberadaan, warna, dan jenis bola. PLC FESTO sebagai pengendali utama sistem ball sorting sehingga sistem ini dapat bekerja secara otomatis. Dibawah ini akan dibahas mengenai teori yang mendukung dalam pembuatan sistem ball sorting ini. Materi yang dibahas yaitu sensor, transduser, PLC, PLC FESTO, phototransistor, infrared, solenoid, relay, dan perangkat lunak (software). II.1 Sensor Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Sensor merupakan bagian dari transduser yang berfungsi untuk melakukan sensing atau merasakan dan menangkap adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transduser, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konvertor dari transduser untuk dirubah menjadi energi listrik. Berikut adalah macam - macam sensor : 1. Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi foton menjadi elektron. Salah satu penggunaannya yang paling populer adalah kamera digital.
2. Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi besaran listrik. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya. II.1.1 Sensor Infrared (IR) Infrared adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Secara alami sinar inframerah dihasilkan oleh matahari yang memancarkan cahayanya. Matahari menghasilkan sinar yang dibedakan warnanya dalam spektrum sinar tampak dan sinar tidak tampak. Salah satu sinar tidak tampak adalah sinar ultraviolet yang berada pada spektrum warna violet. Sinar tak tampak lainnya adalah Sinar-X, Sinar Gamma, Sinar inframerah dan Sinar Kosmik, yang memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada Sinar Ultraviolet dan bila tidak dikontrol sangat berbahaya bagi kehidupan manusia dan makhluk lainnya. Sinar Inframerah (infrared ray - IR) juga merupakan sinar tidak tampak yang berada pada spektrum warna merah, mendekati spektrum sinar tampak. Dapat dikatakan bahwa 80% cahaya matahari adalah sinar inframerah karena lebarnya jangkauan gelombang sinar ini (0,75-1000 micron). a. Transmitter (Pemancar) Infrared Pada rangkaian elektronika, sinar inframerah dihasilkan oleh LED (Light Emitting Dioda) inframerah. LED Inframerah adalah sebuah benda padat penghasil cahaya, yang mendekati/menghasilkan spectrum cahaya infra merah. LED inframerah menghasilkan panjang gelombang yang sama dengan yang biasa diterima oleh photodetektor silikon. Oleh karena itu LED inframerah bisa dipasangkan dengan phototransistor dan photodioda. Dibawah ini adalah salah satu contoh gambar LED inframerah yang ada di pasaran : Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 7
Gambar 2.1 LED Inframerah Tipe TSAL 6200 Karakteristik dari LED Inframerah : Bisa dipakai dalam waktu yang sangat lama. Membutuhkan daya yang kecil. Pemancaran panjang gelombangnya menyempit. Tidak mudah panas. Bisa digunakan dalam jarak yang lebar. Harga relatif murah. b. Receiver (Penerima) Inframerah Untuk menagkap/mendeteksi sinar inframerah yang dipancarkan LED inframerah maka pada rangkaian inframerah digunakan receiver inframerah. Pada umumnya receiver inframerah berupa photodetektor yang terbuat dari bahan silikon, seperti phototransistor dan photodioda. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 8
Skematik rangkaian sensor ini bisa dilihat pada gambar berikut : Gambar 2.2 Skematik rangkaian sensor IR Resistansi dari sensor (phototransistor) akan meningkat dengan semakin banyaknya pancaran inframerah yang masuk ke sensor. Sensor yang ideal adalah sensor yang memiliki nilai resistansinya mendekati nol ketika ada pancaran inframerah. Sebaliknya, resistansi sensor akan sangat besar sekali ketika tidak ada pancaran inframerah yang masuk ke sensor. II.1.2. Karakterisasi Sensor Infrared Untuk menghasilkan voltage swing (perbedaan tegangan ketika phototransistor disinari dan ketika tidak disinari) yang bagus, maka pemilihan nilai resistansi R1 harus benar-benar diperhatikan. Pemilihan nilai R1 bisa ditentukan dari prinsip pembagian tegangan. Perhatikan gambar dibawah ini : Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 9
Gambar 2.3 Skema rangkaian pembagian tegangan Kita asumsikan bahwa, Rsensor = RA ; ketika phototransistor tidak disinari oleh inframerah. Rsensor = RB ; jika phototransistor disinari oleh inframerah. Maka skema rangkaian diatas dapat dirubah sebagai berikut : Gambar 2.4 Skema rangkaian pembagi tegangan ketika (a) disinari;(b) tidak disinari Nilai resistansi total dari kedua resistor adalah R1+Rsensor. Sedangkan tegangan yang melewati keduanya adalah VCC. Dengan menggunakan hukum ohm, kita dapat menghitung besarnya arus, yaitu: Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 10
Ketika tidak disinari oleh inframerah, Rsensor = RA, maka : Tegangan keluarannya adalah : Jika disinari, Rsensor = RB, maka : Tegangan keluarannya adalah : Dari persamaan (3) dan (5), dapat ditentukan voltage swing, yaitu : Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 11
Relatif voltage swing adalah Nilai RA dan RB dapat diketahui dengan melakukan pengukuran resistivitas phototransistor menggunakan ohmmeter. Dengan diketahuinya nilai RA dan RB maka dapat dibuat grafik voltage Swing (VS) tehadap range nilai resistansi R1. Kemudian dari grafik tersebut dengan mudah dapat menentukan nilai resistansi R1 untuk menghasilkan voltage swing yang paling besar. II.2 Transduser Transduser adalah alat yang berfungsi untuk mengubah suatu bentuk energi tertentu ke dalam bentuk energi lain, dalam hal ini biasanya selalu diubah kedalam bentuk energi listrik. Alasan mengapa energi listrik yang berupa arus atau tegangan listrik ini merupakan pilihan yang paling banyak digunakan antara lain : 1. Energi listrik paling mudah untuk di-manipulasi, artinya mudah diatur dan dirubah baik dari segi bentuknya, frekuensinya, maupun kegunaannya. 2.Energi listrik mudah untuk disimpan atau jika dalam bentuk analog akan di simpan dalam baterai dan jika bentuknya adalah digital akan disimpan dalam memori. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 12
II.2.1 Klasifikasi Transduser Transduser dapat diklasifikasikan berdasarkan cara pengubahan energi sinyal keluaran atau berdasarkan bidang pemakaian, dan dibagi menjadi: 1. Active Transduser adalah jenis transduser yang mampu menghasilkan energi listrik sendiri, contohnya : foto sel, termokopel dan lain-lain. 2. Passive Transduser adalah jenis transduser yang memerlukan catu daya (power supply) eksternal untuk dapat bekerja, contohnya : Thermistor, Fototransistor dan lain-lain. Transduser berasal dari kata traducere dalam bahasa Latin yang berarti mengubah. Sehingga transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang dapat mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari transduser disebut sensor, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain. Gambar 2.5 Gambaran umum masukan keluaran transduser II.2.2 Pemilihan Transduser Pemilihan suatu transduser sangat tergantung kepada kebutuhan pemakai dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu diperhatikan beberapa hal di bawah ini: Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 13
1.Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi pada bebanlebih. 2.Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukankeluaran yang linier. 3.Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan. 4.Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan dengan bentuk dan besar yang sama. 5.Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam kondisi lingkungan yang sama. 6.Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata seringkali menjadi kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan. II.3 Phototransistor Phototransistor merupakan salah satu komponen optoelektrik. Phototransistor mempunyai junction p-n collector- base yang peka terhadap cahaya. Phototransisitor juga merupakan transistor yang dirancang untuk menangkap cahaya dan dirakit dalam sebuah kemasan transparan. Kepekaan phototransistor jauh lebih baik daripada photodioda karena phototransistor telah memiliki penguat terintegrasi. Cahaya yang diterima menimbulkan arus pada daerah basis dari phototransistor, dan menghasilkan penguatan arus mulai dari seratus hingga beberapa ribu kali. Penguatan terintegrasi memungkinkan phototransistor dapat dikopel dengan beban resistor untuk menyesuaikan dengan level tegangan TTL untuk range level cahaya yang lebar. Meskipun begitu, phototransistor memiliki kekurangan dibandingkan dengan photodiode. Bandwidth frekuensi dan linearitasnya relatif terbatas serta respon spektrumnya berada antara 350 nm hingga 1100 nm. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 14
Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Phototransistor dan simbol Phototransistor Gambar 2.7 Phototransistor Berikut beberapa karakteristik dari phototransistor : a. Sensitivitas Untuk tingkat iluminasi tertentu, output dari phototransistor berdasarkan pada area junction collector - base dan pengaturan arus dc pada transistor. h fe padaphototransistor tidak konstan tetapi bergantung kepada arus base (intesitas cahaya), tegangan bias dan temperature, h fe juga akan meningkat dengan meningkatnya V CE. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 15
Gambar 2.8 Sensitivitas phototransistor Gambar 2.9 Karakteristik arus dan tegangan b. Respon Spektral Output dari phototransistor bergantung dari panjang gelombang cahaya yang diterima. Phototransistor mampu merespon cahaya dengan range panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah. c. Linieritas Linieritas photoransistor bergantung pada h fe phototransistor tersebut. d. Kecepatan respon Kecepatan respon dari pototransistor bergantung pada kapasitansi dari junction collector-base dan harga resistansi dari beban, dengan demikian semakin tinggi penguatan dari pototransistor maka kecepatan responnya akan semakin lambat. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 16
Phototransistor merupakan jenis transduser foto yang dapat merubah besarnya arus listrik jika pada permukaan sensor dari phototransistor tersebut disinari cahaya, akibat adanya kuantitas cahaya inilah yang akan merubah arus listrik yang akan lewat bagian kolektor dan emiter phototransistor tersebut, kemudian arus listrik yang berubah inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui keadaan dari variabel yang akan diukur. Aplikasi dari phototransistor banyak ditemukan pada peralatan-peralatan otomatis yang cara kerjanya dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan sensornya. Untuk selanjutnya peralatan otomatis peka cahaya tadi dapat dimanfaatkan sebagai alat sekuriti atau alat pengendali peka cahaya lainnya. II.3.1 Karakteristik Phototransistor Gambar 2.10 Karakteristik Phototransistor Keterangan: Gambar 2.8 di atas merupakan Family - Curve atau kumpulan kurva yang menyatakan hubungan arus Kolektor dan tegangan Kolektor-Emiter dari phototransistor tertentu. Terlihat bahwa semakin tinggi intensitas cahaya (L) dengan jarak 1 cm dari sumber, arus Kolektor IC akan meningkat pada setiap nilai Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 17
intensitas tertentu. Contoh : Untuk suatu nilai VCE tertentu, jika nilai L bertambah besar, maka arus kolektor juga akan meningkat tinggi. Hal ini menunjukkan tingkat sensitivitas phototransistor akan semakin meningkat jika intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan semakin tinggi (semakin besar dan terang). II.4 Sensor Induktif Sensor kedekatan induktif adalah alat yang merasakan keberadaan suatu objek logam. Sensor Induktif digunakan untuk mendeteksi enda yang terbat dari bahan logam atau bukan logam. Prinsip kerjanya adalah jika ada logam mendekat maka akan ada arus listrik dibangkitkan pada sensor tersebut. Pada prinsipnya sensor induktif terdiri dari kumparan, osilator, rangkaian detektor dan output elektronis. Osilator adalah rangkaian elektronis untuk membangkitkan bentuk gelombang ac dan frekwensi dari sumber energi dc. Ketika energi diberikan, osilator bekerja membangkitkan medan frekuensi tinggi. Pada saat itu harus tidak ada bahan konduktif apapun pada medan frekuensi tinggi. Apabila objek masuk pada medan frekuensi tinggi arus eddy akan terinduksi pada permukaan target. Hal ini akan mengakibatkan kerugian energi pada rangkaian osilator shg menyebabkan lebih kecilnya amplitudo osilasi. Rangkaian detektor merasakan perubahan beban spesifik pada amplitudo dan membangkitkan sinyal yg akan menghidupkan atau mematikan output elektronik. Apabila objek logam meninggakan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi, membuat sensor kembali lagi ke status normalnya. Pada sistem ball sorting ini, sensor induktif yang digunakan adalah sensor induktif merek omron yaitu cylindrical proximity sensor tipe E2GN. Untuk spesifikasi dari alat tersebut penulis lampirkan pada bab lampiran. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 18
Gambar 2.11 Cylindrical proximitysensor E2GN II.5 IC LM324 IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier yang memilki 4 buah opamp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini digunakan di rangkaian sensor warna dan sensor keberadaan. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut : Gambar 2.12 Simbol IC LM324 a. Pin 1,7,8,14 (Output) Merupakan sinyal output. b. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input) Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang berkebalikan dari input. c. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input) Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama dengan input (tidak berkebalikan). Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 19
d. Pin 4 (+Vcc) Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt. e. Pin 11 (-Vcc) Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt. II.6 Transistor Transistor adalah suatu monokristal semikonduktor dimana terjadi dua pertemuan P-N, dari sini dapat dibuat dua rangkaian yaitu P-N-P dan N-P-N. Transistor adalah suatu komponen yang dapat memperbesar level sinyal keluaran sampai beberapa kali sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat berupa sinyal AC ataupun DC. Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil arus basis mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter. Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat. Dalam keadaan kerja normal, transistor harus diberi polaritas sebagai berikut : 1. Pertemuan Emitter-Basis diberi polaritas dari arah maju seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6 (a). 2. Pertemuan Basis-kolektor diberi polaritas dalam arah mundur seperti ditunjukkan pada gambar 2.6 (b). Gambar 2.13 Dasar Polaritas Transistor Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 20
Dan dalam pemakiannya transistor juga bisa berfungsi sebagai saklar dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut-off). Pada daerah penjenuhan nilai resistansi penyambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan nol atau kolektor terhubung langsung (short). Ini menyebabkan tegangan kolektor emitter Vce = 0 pada keadaan ideal. Dan pada daerah cut off, nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan tak terhingga atau terminal kolektor dan emitter terbuka yang menyebabkan tegangan Vce sama dengan tegangan sumber Vcc. II.7 Relay Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut : Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka) kontak saklar. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik. Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 21
untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya. Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu: Normally Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup, tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan kontak-kontak yang lain. Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik (maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi lebih aman. Gambar 2.14 Bentuk Fisik Relay Omron MY2NJ Prinsip Kerja Relay : Relay terdiri dari Coil & Contact coil adalah gulungan kawat yang mendapat arus listrik, sedang contactadalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung dari ada tidaknya arus listrik dicoil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 22
relay : ketikacoil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan menutup. Gambar 2.15 Prinsip Kerja Relay II.8 Programmable Logic Control (PLC) Programmable logic controller (PLC) diperkenalkan pertama kali pada tahun 1969 oleh Richard E. Morley yang merupakan pendiri Modicon Corporation. Menurut National Electrical Manufacturing Assosiation (NEMA) PLC didefinisikan sebagasi suatu perangkat elektronik digital dengan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang menjalankan fungsi-fungsi spesifik seperti: logika, sekuen, timing, counting, dan aritmatika untuk mengontrol suatu mesin industri atau proses industri sesuai dengan yang diinginkan. Programmable logic control (PLC) adalah elemen kendali yang fungsi pengendaliannya dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. PLC memiliki jenis input/output berupa logik on off. PLC telah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modul-modul kendali tertentu PID kontroler, multi-channel analog I/O, berkomunikasi dengan komputer atau PLC lain, juga dapat mentransmisikan data untuk keperluan pengontrolan jarak jauh (remote). Terdapat empat bagian penting dari operasi pada PLC, yaitu : 1. Pengamatan nilai input 2. Menjalankan program 3. Memberikan nilai output 4. Pengendalian Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 23
Adapun syarat yang harus dimiliki oleh setiap PLC adalah: 1. Perangkat keras controller harus dengan mudah dan cepat diprogram ulang oleh user dengan sedikit mungkin mengganggu jalannya proses. 2. Semua komponen dalam sistem harus mampu beroperasi di industri tanpa alat bantu atau syarat lingkungan tertentu. 3. Sistem harus mudah dirawat dan diperbaiki, beberapa indikator dan peralatan bantu harus tersedia sebagai bagian dari sistem sehingga memudahkan dalam melacak dan perbaikan kerusakan. 4. Perangkat keras sistem kontrol harus memakan tempat dan daya lebih kecil daripada sistem kontrol relay elektromekanis. 5. PLC harus mampu berkomunikasi dengan sistem pusat pengumpul data untuk keperluan pemantauan operasional. 6. Sistem kontrol dapat menerima catu daya AC standar melalui push button dan limit switch yang ada pada sistem. 7. Sinyal output PLC harus mampu menjalankan motor starter dan solenoid valve yang bekerja dengan catu daya AC, setiap output mampu memutuskan atau mengalirkan arus sebesar 2A. 8. Perangkat sistem kontrol memiliki konfigurasi yang dapat dikembangkan dengan sedikit mungkin perubahan pada sistem maupun downtime. 9. Struktur memori yang terdapat didalam PLC harus dapat dikembangkan. 10. PLC harus mampu bersaing dengan kontrol relay elektromekanis dari segi harga dan biaya pemasangannya Keunggulan dari PLC adalah kemampuannya untuk mengubah dan meniru proses operasi di saat yang bersamaan dengan komunikasi dan pengumpulan informasi-informasi vital. Selain itu PLC juga memiliki kekurangan antara lain yang sering disoroti adalah bahwa untuk memrogram suatu PLC dibutuhkan seseorang yang ahli dan sangat mengerti dengan apa yang dibutuhkan pabrik dan mengerti tentang keamanan atau safety yang harus dipenuhi. Sementara itu orang yang terlatih seperti itu cukup jarang dan pada pemrogramannya harus dilakukan langsung ke tempat dimana server yang terhubung ke PLC berada, sementara itu tidak jarang letak main computer itu di tempat-tempat yang berbahaya. Oleh Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 24
karena itu diperlukan suatu perangkat yang mampu mengamati, meng-edit serta menjalankan program dari jarak jauh. Untuk lebih jelasnya, berikut adalah keuntungan dan kelemahan dalam penggunaan PLC : Keuntungan menggunakan PLC Beberapa keuntungan menggunakan PLC adalah sebagai berikut: 1. Wiring relatif sederhana untuk sistem yang kompleks 2. Komponen yang digunakan relatif sedikit 3. Konsumsi daya relatif rendah 4. Mudah dalam pengembangan dan modifikasi dengan biaya rendah 5. Kemudahan untuk memprogram dan mengubah program sesuai dengan kebutuhan. 6. Pelacakan kesalahan sistem lebih mudah, sehingga memudahkan dalam pemeliharaan dan perbaikan. Kelemahan menggunakan PLC Selain ada keuntungan menggunakan PLC, ada juga beberapa kelemahannya, yaitu: 1. Biaya relatif lebih mahal untuk sistem yang sederhana 2. Tidak dapat digunakan langsung pada tegangan tinggi 3. Menggunakan software khusus untuk memprogramnya II.8.1 Perangkat PLC PLC merupakan perangkat yang berbasiskan mikroprosesor sehinga memilki kemiripan struktur dasar dengan computer. Karena itu, komponen dasar PLC adalah : 1. Central Processing/Controlling Unit CCU merupakan otak dari PLC yang akan mengendalikan dan mengawasi jalannya operasi dalam PLC sesuai dengan instruksi program yang tersimpan dalam memori. Sistem CCU pada PLC berbasis mikroprosessor. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 25
1. Struktur input/output Modul input/output dari PLC merupakan komunikasi PLC dengan dunia luar, maka PLC mampu mengendalikan suatu proses. Tiap I/O memilki alamat tersendiri yang akan digunakan pada program. Modul input PLC berhubungan dengan elemen sensor yang memberikan informasi keadaan proses. Sinyal informasi ini akan diolah sesuai dengan program yang telah dibuat oleh CCU. Modul output PLC berhubungan dengan elemen actuator yang akan memberikan aksi kendali kepada plant. 2. Program device Programming device merupakan elemen yang berinteraksi dengan pemakai (user). Alat ini memudahkan pemakai dalam memprogram ataupun mengubah program PLC. Apabila PLC sudah terprogram, maka alat ini tidak diperlukan lagi dan PLC bekerja secara mandiri. II.9 PLC FESTO PLC FESTO merupakan jenis PLC baru. PLC FESTO merupakan PLC yang dapat digunakan untuk aplikasi sehari-hari. II.9.1 FESTO Didactic Sistem Salah satu jenis PLC FESTO adalah FESTO tipe FEC 34. PLC FESTO FEC 34 ini terdiri dari 12 input dan 8 output, 2 relay, 6 transistor output, dan Ethernet 10 base dengan dimensi 130 x 80 x 35 mm. Berikut tampilan dan element-element PLC FESTO FEC 34, juga gambar kabel koneksi serta contoh koneksi PLC FESTO ke PC : Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 26
Gambar 2.16 Tampilan PLC FESTO FEC 34 Gambar 2.17 a Element PLC FESTO Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 27
Gambar 2.17 b Element PLC FESTO Gambar 2.17c Kabel Koneksi PLC FESTO Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 28
Gambar 2.17d Contoh Koneksi PLC FESTO ke PC Berikut adalah tabel sfesifikasi dan gambar koneksi antara PLC ke Easy port dari PLC FESTO. Dalam hali ini dapat ditemukan data kelistrikan, data fisik, dan data ketahanan dari PLC FESTO. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 29
Gambar 2.18 Koneksi antara PLC dengan Easy Port Gambar 2.19 Rincian Koneksi antara PLC dengan Easy Port II.10 Solenoid Solenoid adalah salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar daripada diameternya. Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid. Perbedaan antara solenoida dan motor adalah bahwa solenoid adalah motor yang tidak dapat berputar. Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 30
BAB II LANDASANN TEORI panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam solenoid saat arus dialirkan. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas, membuka pintu, atau mengoperasikan relai. Berikut contoh gambar solenoid 12 Vdc. Gambar 2.20 Solenoid 12 Vdc Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah: di mana: adalah kuat medan magnet, adalah permeabilitas ruang kosong, adalah kuat arus yang mengalir, dan adalah jumlah lilitan. II.10.1 Sistem Kerja solenoid Di dalam solenoida terdapat kawat melingkar pada inti besi (gambar 2.21). Ketika arus listrik melalui kawat tersebut, maka terjadi medan magnet untuk menghasilkan energi yang dapat mendorong inti besi. Poros dalam solenoida adalah piston seperti silinder terbuat dari besi atau baja, yang disebut plunger (setara dengan sebuah dinamo). Kemudian medan magnet menerapkan kekuatan untuk plunger ini, baik menarik atau repeling. Ketika Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 31
medan magnet dimatikan, pegas plunger kemudian kembali ke keadaan semula (gambar 2.21 ). Gambar 2.21 jenis solenoid Gambar 2.22 Prinsip kerja Solenoid II.10.2 Jenis Solenoida Ada dua jenis utama dari solenoida. Solenoida jenis menarik (gambar 2.21 yaitu posisi awal menjulur ke luar setelah terdapat aliran arus listrik inti besi yang menjulur keluar menjadi masuk kedalam. Solenoida jenis Dorong yaitu sebaliknya jenis menarik, posisi awal inti besi dalam posisi masuk kedalam. Apabila terdapat aliran arus listrik maka inti besi akan menjulur keluar. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 32
II.10.3 Powering Solenoid Solenoida yang terpolarisasi, hanya bekerja ketika ada arus. Setelah arus tidak ada, Solenoid elektromekanik dapat meleleh jika digunakan terlalu lama. Pastikan bahwa power rating tidak kurang dari menarik x tegangan arus diterapkan pada solenoida. Solenoid tentu saja dapat melebihi power rating untuk periode singkat, tapi akan terlalu panas dan meleleh dengan periode aktuasi diperpanjang. II.11 Pemograman PLC Festo Didactic Pada dasarnya setiap PLC memiliki karakteristik bahasa pemograman tersendiri, namun memiliki prinsip yang sama yaitu dengan ladder diagram, intruction list dan fungtion chart. II.11.1 Ladder diagram Disebut ladder diagram karena teknik pemrograman ini menggunakan diagram yang bentuknya mirip seperti tangga. Sistem penulisan program dengan ladder diagram ini adalah teknik yang paling populer karena sudah banyak digunakan dalam penggambaran rangkaian control dengan menggunakan relay dan kontaktor. Gambar 2.23 Contoh Ladder diagram Pemograman ladder diagram pada dasarnya memiliki fungsi seperti relay yaitu mengenali normally open dan normaly close. Tampilan urutan kerja sinyal listrik sesuai dengan aksi yang diberikan. Berikut adalah simbol pada PLC: Fungsi-fungsi Blok PLC memiliki fungsi-fungsi blok yang disediakan yaitu timer, Counter (naik dan turun), pemanfaatan register, operasi looping dan jumping, operasi aritmatik, operasi biner dan bit dll. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 33
Logika input Normally Open (NO), saklar akan aktif jika diberi tegangan atau input energized atau logika benar jika nilainya 1. Namun apabila Normally Close (NC), saklar akan aktif jika tidak diberi tegangan atau input de-energized atau logika benar bila nilainya 0. Logika Output Hasil operasi logic diinverskan dan ditransfer ke modul output. Jadi jika hasil operasi logika adalah 1, maka output tidak akan memberikan tegangan. II.11.2 Intruksi-intruksi yang terdapat pada Ladder diagram PLC Instruksi AND dan AND NOT Jika terdapat instruksi LD dan setelahnya ada LD atau LD NOT dalam satu garis instruksi secara seri, maka instruksi LD yang kedua dan setelahnya menggunakan AND untuk kontak NO atau AND NOT untuk kontak NC. Gambar 2.2 akan menujukkan contoh instruksi AND dan AND NOT. Gambar 2.24 Contoh instruksi AND dan AND NOT Cara kerja dari instruksi diatas yaitu jika kotak instruksi yang terdapat pada sisi paling kanan ingin diaktifkan, maka syaratnya yaitu ketiga kontak sebelumnya harus aktif secara bersamaan. Jika salah satu tidak aktif, maka instruksi tidak akan aktif. Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT) Masing-masing instruksi ini membutuhkan satu baris kode mnemonik. Contoh untuk instruksi ini ditunjukkan pada Gambar 2.25. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 34
Gambar 2.25 Contoh instruksi LD dan LD NOT Kondisi awal untuk LD yaitu Normally Open (NO), dan untuk LD NOT adalah Normaly Close (NC). Kondisi keduanya belum aktif dan operandnya masih 0. Saat aktif, maka logika operandnya akan menjadi 1. Instruksi OR dan OR NOT Jika terdapat beberapa instruksi LD atau LD NOT yang terhubung secara parallel, maka untuk menyatukannya menggunakan instruksi OR atau OR NOT. Berikut adalah Gambar 2.4 yang akan menunjukkan contoh instruksi OR dan OR NOT. Gambar 2.26 Contoh instruksi OR dan OR NOT Instruksi akan aktif jika memenuhi syarat berikut, salah satu dari kontak sebelumnya aktif. II.11.3 Instruction list Teknik ini merupakan bahasa yang dimengerti mesin pemrograman PLC yang memiliki 21 instruksi. Instructin list berbeda dengan 2 cara pemograman funtion chart dan Ladder diagram yang menggunakan banyak gambar sebagai Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 35
instruksinya. Pada Instruction list ini pemograman PLC seperti bahasa pemograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroller yaitu menggunakan tulisan. II.11.4 Fungtion Chart Teknik pemrograman ini adalah menjelaskan urutan operasi dan iteraksi antara proses parallel. Fungtion chart, ladder diagram dan instruction list pada dasarnya bertujuan sama dan saling berhubungan, hanja saya beda cara penggunaan. II.12 Cara Kerja Alat Secara umum alat ini digunakan untuk menyeleksi bola yaitu bola logam, bola berwarna hitam, dan bola berwarna orange dengan menggunakan sensor (sensor capasitive untuk sensor keberadaan, sensor induktif untuk sensor bola logam dan sensor warna untuk mendeteksi bola berwarna orange dan bola berwarna hitam. Dengan menggunaka 4 buah solenoid dalam proses pengoperasian penyeleksian bola sebagai penahan bola. Pertama-tama, beberapa bola dengan warna hitam, orange, serta bola logam dimasukkan ke dalam plan. Setelah tombol start ditekan, maka solenoid pertama akan on sehingga satu bola masuk kedalam daerah pendeteksian kemudian solenoid kembali off. Kemudian bola tersebut akan diteksi oleh tiga sensor, pertama sensor keberadaan akan mendeteksi keberadaan bola, kemudian sensor warna akan mendeteksi warna bola, dan terakhir sensor induktif akan mendeteksi bahan bola. Untuk bola berwarna hitam, hanya akan terdeteksi oleh sensor keberadaan, kemudian solenoid ketiga dan keempat akan on, setelah itu solenoid kedua on sehingga bola warna hitam akan jatuh dan masuk ke jalur tiga, pada jalur tiga terdapat sensor yang akan mendeteksi bola hitam, setelah bola hitam terdeteksi maka solenoid kedua, ketiga, dan keempat akan kembali off serta solenoid kesatu akan on, dan siap memproses bola yang lainnya. Untuk bola berwarna orange, akan terdeteksi oleh sensor keberadaan dan sensor warna, kemudian solenoid ketiga akan on, setelah itu solenoid kedua on Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 36
sehingga bola warna orange akan jatuh dan masuk ke jalur dua, pada jalur dua terdapat sensor yang akan mendeteksi bola orange, setelah bola orange terdeteksi maka solenoid kedua, ketiga akan kembali off serta solenoid kesatu akan on, dan siap memproses bola yang lainnya. Untuk bola logam, akan terdeteksi oleh sensor keberadaan, sensor warna, serta sensor induktif. Kemudian, solenoid kedua on sehingga bola warna orange akan jatuh dan masuk ke jalur satu, pada jalur satu terdapat sensor yang akan mendeteksi bola logam, setelah bola logam terdeteksi maka solenoid kedua akan kembali off serta solenoid kesatu akan on, dan siap memproses bola yang lainnya. Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO 37