Tutorial PLC: pengantar (1)

Isi materi ini ditujukan untuk berbagi ilmu pengetahuan kepada semua pengunjung blog ini.
Silakan digunakan untuk kepentingan proses pembelajaran untuk mencerdaskan bangsa ini dengan tidak lupa menyebutkan sumbernya.
Namun yang harus dihindari adalah: mengambil isi dengan mengakui sebagai haknya, mengambil isi untuk tujuan komersialisasi.
Semua tergantung kepada hati-nurani, jika terjadi saya berkewajiban mengingatkan para plagiator. Biasakan sesuatunya terlahir dari tangan anda, itu menunjukkan bahwa anda ada dan anda diberi hidayah sebagai ciptaanNya yang paling mulia untuk memberikan manfaat di dunia ini. Biasakanlah memberikan manfaat kepada orang lain, dan jangan membiasakan memanfaatkan orang lain.

Topik 

Menjelaskan tentang dasar-dasar PLC, Elemen dasar PLC 

Pendahuluan

 Industri dibangun karena adanya kebutuhan pengembangan kualitas dan menaikkan produktifitas. Fleksibilitas juga merupakan kebutuhan utama dan perlu dipikirkan, sehingga perubahan sistem proses produksi dalam industri menjadi sangat penting, agar dapat menyesuiakan dengan kebutuhan konsumen yang semakin bervariasi dari waktu ke waktu.

Bayangkan, untuk merealisasikan itu semua sebuah otomatisasi produksi dalam industri semakin diperlukan. Biasanya berupa panel-panel yang dipenuhi dengan rangkaian-rangkaian elektrik untuk keperluan sistem kontrol. Dalam panel-panel tersebut terdapat sejumlah interkoneksi antara elektrik dan mekanik (electromechanical) berupa relay untuk membuat sebuah sistem kontrol proses yang dapat dapat bekerja secara otomatis. Interkoneksi berupa hubungan pengawatan antara beberapa relay dengan menggunakan kawat penghantar. Seorang engineer medisain rangkaian logika untuk keperluan sistem, dan bagian elektrik akan menerima outline rangkaian logika yang akan diimplementasikan dengan menggunakan relay. Untuk membangun sebuah rangkaian logika bisa dalam jumlah ratusan relay. Rancangan akan berupa sebuah rangkaian ladder (ladder schematic). Ladder akan dapat menggambarkan seluruh saklar, sensor, motor, klep, relay dan lain sebagainya, yang nantinya akan ditemukan dalam sistem sebenarnya. Pekerjaan elektrik adalah menghubungkan seluruh sistem dengan menggunakan kawat penghantar.

Salah satu masalah yang timbul dengan menggunakan cara ini yaitu penggunaan sistem kontrol yang didasarkan pada relay mekanik. Instrumen mekanik biasanya akan menjadi aus sehingga hubungan kontak-kontaknya tidak akan tersambung secara sempurna, karena adanya gerakan-gerakan mekanis. Jika salah satu relay berhenti bekerja, bagian teknisi elektrik akan sulit mencari satu persatu relay yang mengalami gangguan agar sistem secara keseluruhan bekerja normal kembali.

Masalah lainnya adalah cara ini akan menyebabkan sistem akan dihentikan dalam periode waktu tertentu selama perbaikan, sehingga industri berhenti melakukan proses produksi, karena adanya perbaikan pada panel-panel elektrik. Jika ada sebuah keputusan untuk mengadakan perubahan-perubahan kecil dalam sistem kontrolnya, diperlukan biaya yang cukup besar dan proses produksi akan berhenti pada periode waktu tertentu sampai sistem bekerja normal kembali.

Kontroler pertama yang dapat diprogram 

 ”General Motors” adalah perusahaan pertama kali yang mengetahui adanya kebutuhan untuk menggantikan panel kontrol yang menggunakan sistem pengawatan. Fleksibilitas dan kecepatan serta kemudahan untuk mengadakan perubahan otomasi sistem produksi menjadi krusial. Ide General Motors adalah menggunakan sistem logika berbasis mikrokomputer (mikrokomputer saat itu kira-kira sebanding dengan mikrokontroler 8bit saat ini) untuk menggatikan sejumlah pengawatan menggunakan relay.Jika diperlukan perubahan dalam sistem logikanya atau dalam hal operasi, program dalam mikrokomputer dapat diubah.

Cara ini akan lebih baik dibanding menggunakan relay, tetapi terdapat masalah baru yaitu bagaimana teknisi dapat menerima sebuah perangkat yang baru. Sistem yang komplek akan diperlukan pemrograman yang komplek pula. Belum lagi teknisi harus belajar dan memahami bahasa pemrograman komputer sebagai tambahan pekerjaannya. Divisi Generl Motors Hidromatic dari sebuah perusahaan besar menjawab kebutuhan ini dan menentukan kriteria dari sebuah programmable logic controler pertama. Saat itu terdapat beberapa perusahaan yang akan menjual instrument yang digunakan dalam kontrol industri sebagai kontroler sekuensial sederhana, tidak seperti PLC yang kita kenal sekarang.
Kebutuhan spesifikasi peralatan baru saat itu adalah didasarkan pada komponen elektronik menggantikan komponen mekanik, komputer yang memiliki fleksibilitas, kondisi yang dibutuhkan dalam industri seperti getaran, panas, debu dll dan mmiliki kapabilitas dapat diprogram ulang dan digunakan untuk pekerjaan lainnya. Kriteria terakhir sangat penting, yaitu perangkat baru dapat diprogram dan dipelihara dengan mudah.

“Gould Modicon” mengembangkan sebuah perangkat pertama yang dapat memenuhi kriteria ini. Kunci kesuksesannya adalah perangkat baru ini dapat diprogram tanpa harus belajar bahasa pemrograman. Yaitu dapat diprogram sama seperti bahasa pemrograman yaitu diagram ladder (ladder diagram), mudah dipelajari penggunaannya. Teknisi dapat memahami dengan mudah sebab akan terlihat seperti logika. Selanjutnya, tidak memerlukan kemampuan pemrograman bahasa komputer. PLC awalnya disebut sebagai PC Controller (Programmable Controller). Hal ini akan menyebabkan sedikit menjemukan ketika terlihat sebuah Personal Komputer. Untuk menghindari itu semua, didisain sebuah komputer khusus, dan programmable controller menjadi Programmable Logic Controller. PLC pertama merupakan perangkat yang sederhana. Dihubungkan dengan beberapamasukan seperti saklar, sensor digital, dll, dan didasarkan pada logika internal berupa keluaran on atau off. Seiring dengan adanya kebutuhan kontrol yang semakin komplek seperti kontrol temperatur, posisi, tekanan dll. Selanjutnya dari tahun ke tahun, pembuat PLC menambahkan sejumlah kemampuan dan improvisasi. Sekarang PLC dapan melakukan pekerjaan yang sangat komplek seperti kontrol posisi, variasi regulasi, dan sejumlah aplikasi komplek. Kecepatan melaksanakan pekerjaan dan kemudahan program juga dikembangkan. Selai itu modul-modul untuk keperluan khusus juga dikembangkan, seperti modul komunikasi untk hubungan dengan beberapa PLN melalui jaringan komunikasi. Sampai saat ini sulit dibayangkan pekerjaan apa yang tidak dapat dikerjakan oleh PLC.

Bagian-bagian PLC

 PLC pada kenyatannya adalah sistem mikrokontroler untuk industri (pada akhir-akhir ini kita menyebutnya mikroprosesor daripada mikrokontroler) dimana merupakan perangkat keras dan lunak yang khusus diadaptasikan untuk kebutuhan industri. Skema secara blok secara dengan komponen yang tipikal membentuk PLC diperlihatkan dalam Gambar 1.

Kebutuhan khusus adalah adanya saluran masukan dan keluaran, sebab dalam blok ini akan ditemukan kebutuhan proteksi untuk mengisolasi blok CPU dari kondisi yang tidak menentu di lingkungan industri yang dapat membahayakan CPU melalui saluran masukan. Unit pemrogram biasanya sebuah komputerdiperlukan untuk menulis program pada umumnya berupa diagram ladder (ladder diagram).

Gambar 1
Elemen Dasar dari PLC 

Central Processing Unit (CPU, Unit Pengolah Utama) 

Central Processing Unit (CPU) merupakan komponen utama atau otak dari sebuah PLC. CPU itu sendiri biasanya menggunakan salah satu dari mikrokontroler. Seperti halnya mikrokontroler 8bit, sebagai contoh mikrokontroler 8051, dan sekarang mikrokontroler 16 bahkan 32 bit. Tanpa disebutkan kebanyakan ditemukan mikrokontroler Hitachi dan Fujitsu dalam PLC buatan Jepang, Mikrokontroler Siemens di Eropa, dan Mikrokontroler Motorola di Amerika. CPU juga dapat berkomunikasi, saling berinterkoneksi dengan perangkat PLC lainnya, mengeksekusi program, operasi memori, dapat mengecek saluran masukan dan men-set saluran keluaran. PLC memiliki rutin yang komplek untuk mengecek memori dalam hal memastikan bahwa tidak ada kesalahan-kesalahan dalam operasinya. Secara sederhana akan terlihat sebuah PLC memiliki beberapa indikator berupa LED untuk menunjukkan adanya kesalahan-kesalahan saat beroperasi.

Memori

Memori sistem (saat ini kebanyakan diimplementasikan menggunakan teknologi FLASH) digunakan PLC untuk sistem kontrol proses. Selain itu sistem operasi itu sendiri berisi sebuah user program untuk menterjemahkan dari bentuk diagram ladder menjadi bentuk biner. Isi memori FLASH dapat diubah hanya dalam kondisi dimana user program berubah. PLC yang digunakan saat ini selain memori FLASH daripada menggunakan EEPROM, karena memori FLASH dapat diubah dan dihapus secara elektrik. Dengan menggunakan memori FLASH proses penulisan akan menjadi sangat singkat. Untuk memprogram ulang memori biasanya dilakukan melalui kabel serial yang dihubungkan dengan PC melalui perangkat lunak pengembangan.status dari saluran masukan dan keluaran

Memori user dibagi kedalam beberapa blok yang memiliki fungsi khusus. Beberapa bagian memori digunakan untuk menyimpan status saluran masukan dan keluaran. Pada kenyataannya disimpan sebagai “1″dan “0″ dalam memori bit yang spesifik. Setiap masukan dan keluaran berhubungan dengan bit dalam memori. Bagian lain memori digunakan untuk menyimpan isi dari variabel yang digunakan dalam userprogram. Sebagai contoh, nilai timer, nilai counter yang akan disimpan dalam memori ini.

Pemrograman PLC

PLC dapat diprogram melalui sebuah komputer, tetapi dapat juga melalui konsole secara manual. Secara praktek mengartikan bahwa setiap PLC dapat diprogram melalui sebuah komputer dan diperlukan perangkat lunak untuk pemrogramannya. Sekarang sangat idel melalui saluran serial komputer yang dapat berkomunikasi dengan PLC untuk melalukan pemrograman. Jika program akan dikoreksi untuk pengembangan, program di PLC dapat di ambil kembali kemudian diprogram kembali jika ada perubahan-perubahan dalam programnya.

Pada umumnya program PLC digunakan untuk melakukan switching menjadi on atau of dari sistem masukan dan keluarannya, program dieksekusi secara realtime dan dilengkapi dengan dokumentasi. Dokumentasi ini diperlukan agar program mudah dimengerti untuk melacak gangguan-gangguan atau kesalahan-kesalahan yang terjadi pada saat beroperasi dan pemeliharaan. Komentar tambahan dapat membantu teknisi mengerti diagram ladder dengan benar.

Catu daya

Catu daya listrik digunakan sebagai energi untuk menghidupkan unit CPU dan komponen-komponen lainnya. Kebanyakan PLC bekerja pada tegangan 24VDC atau 220VAC. Kebanyakan PLC menggunakan modul catu daya secara terpisah pada PLC yang besar, PLC kecil dan menengah biasanya sudah dilengkapi catu daya. Pengguna PLC biasanya harus mengetahui berapa kebutuhan arus yang diperlukan, agar catu daya mampu menyediakan arus sesuai dengan kebutuhan. Setiap jenis PLC akan membutuhkan arus yang berbeda.

Catu daya ini biasanya tidak digunakan untuk masukan dan keluaran ekternal. Pengguna harus menyediakan catu daya secara terpisah untuk masukan dan keluarannya, sebab tidak dapat dipastikan kebutuhan catu daya. Beberapa PLC kecil menyediakan tegangan untuk saluran masukan dan keluaran yang telah diintegrasikan kedalam PLC.

Saluran Masukan PLC

Kemampuan dari sebuah sistem otomasi sangat tergantung kemampuan PLC untuk membaca sinyal dari berbagai jenis sensor dan perangkat masukan. Tombol, keyboard dan manusia mengoperasikannya untuk melakukan hubungan pengoperasian mesin. Di lain pihak, dalam hal untuk mendeteksi bekerjanya perangkat, melihat mekanisme gerakan, sensor level dlsb. Sinyal masukan dapat berupa logika (on/off) atau analog. PLC kecil biasanya memiliki saluran masukan digital, pada PLC besar juga dapat menerima masukan analog melalui unit khusus yang disisipkan pada PLC. Sinyal analog yang sering digunakan adalah sinyal arus antara 4 sampai 20 mA dan sinyal orde tegangan milivolt yang dibangkitkan oleh sensor-sensor yang bervariasi. Sensor biasanya digunakan sebagai masukan bagi PLC. Sensor digunakan untuk keperluan mengukur temperatur, tekanan, atau dimensi fisik (sensor induksi yang dapat mendeteksi benda metal).

Antarmuka penyesuai masukan

Antarmuka penyesuai masukan juga disebut sebagai antarmuka yang diletakkan antara saluran masukan dan unit CPU. Fungsinya adalah antarmuka penyesuai untuk memproteksi CPU dari sinyal yang tidak menentu di lingkungan luarnya. Modul penyesuai masukan mengubah logika nyata menjadi level tegangan yang dapat diterima PLC,sebagai contoh masukan dari sensor yang bekerja 24VDC harus diubah menjadi tegangan 5VDC agar dapat diproses oleh CPU. Biasanya melalui isolasi secara optik, fungsi ini akan diperlihatkan dalam Gambar 2 berikut ini.


Gambar 2
Antarmuka penyesuai masukan

Isolasi secara optik artinya tidak ada hubungan elektri antara dunia luar dan unit CPU. Secara optik (Optically) sinya dari dunia luar dikirim secara optik (sinar LED). Cara ini merupakan cara yang sederhana. Perangkat luar memberikan sinya agar LED on, selanjutnya akan menyebabkan photo transistor bekerja (konduksi), dan CPU akan memandangnya sebagai logika 0 (tegangan kolektor jatuh dibawah 1V). Ketika sinyal masukan menyebabkan LED menjadi off, transistor berhenti berkonduksi, tegangan kolektor akan naik, dan CPU menerima informasi logika 1.

Saluran keluaran PLC

Antarmuka penyesuai keluaran sama halnya dengan antarmuka penyesuai masukan. CPU memberikan sinyal ke LED dan menyebabkan hidup. Sinar akan mengeksitasi phototransistor menjadi konduksi, dan selanjutnya tegangan kolektor akan turn dibawah 0,7V, dan perangkat luar akan menerima logika 0. Kebalikannya sinyal akan diiterprestasikan sebagai logika 1. Phototransistor tidak dihubungkan secara langsung ke keluaran PLC. Antara phototransistor dam keluaran biasanya berupa relay atau transistor yang memiliki kemampuan untuk melayani arus yang besar.

Antarmuka penyesuai keluaran diperlihatkan dalam Gambar 3 berikut ini.

Gambar 3
Antarmuka penyesuai keluaran 

Saluran ektensi 

Setiap PLC memiliki batasan dalam hal jumlah saluran masukan dan keluaran yang disediakan. Jika diperlukan penambahan jumlah saluran masukan dan keluaran, biasanya disediakan saluran ektensi tambahan yang dapat disisipkanmodul-modul tambahan yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Misalnya penambahan modul keluaran relay, transistor, atau modul tegangan analog dan lain sebagainya. Biasanya fasilitas ini dimiliki oleh PLC skala menengah atau besar dan tidak dimiliki oleh LC skala kecil atau Compact PLC. 

 

Last updated by at .

Avatar of Bambang Siswoyo

About Bambang Siswoyo

I am a college lecturer since 1988 at UB (University of Brawijaya) in the electronics department. My experience: Applications of Microprocessor system, Applications of Control System, Applications of Field Programmable Gate Array, Computer Programming in computer instrumentations. My hobby: Music especially playing the saxophone, hiking and exploring the countryside.
This entry was posted in PLC and tagged , , . Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

CAPTCHA Image

*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title="" rel=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>