1.3 programmable logic controller modul (rev)

Totok Heru TM, M.Pd.

33

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER ( P L C )

A. Kompetensi yang diharapkan Setelah mengikuti pelatihan, diharapkan peserta dapat :

1. menguasai konsep dan fungsi programmable logic controller.

2. menjelaskan komponen-komponen dan diagram programmable logic controller.

3. menjelaskan langkah-langkah pemrograman programmable logic controller.

4. membuat program pada programmable logic controller.

B. Indikator 1. Dapat menjelaskan konsep programmable logic controller.

2. Dapat menjelaskan fungsi programmable logic controller.

3. Dapat menyebutkan kriteria pembuatan program dengan programmable logic controller.

4. Dapat menyebutkan komponen-komponen programmable logic controller.

5. Dapat menggambarkan diagram programmable logic controller.

6. Mampu menjelaskan langkah-langkah pemrograman programmable logic controller.

7. Mampu membuat program pada programmable logic controller.

8. Dapat menyelesaikan permasalahan otomasi dengan programmable logic controller.

C. Materi 1. Konsep dan Fungsi Programmable Logic Controller (PLC).

Dalam bidang industri penggunaan mesin otomatis dan pemrosesan secara otomatis

merupakan hal yang umum. Sistem pengontrolan dengan elektro mekanik yang menggunakan

relay-relay mempunyai banyak kelemahan, diantaranya kontak-kontak yang dipakai mudah aus

karena panas atau hubung singkat, membutuhkan biaya yang cukup besar saat instalasi,

pemeliharaan dan modifikasi dari sistem yang telah dibuat jika dikemudian hari diperlukan

modifikasi.

Dengan menggunakan PLC hal-hal tersebut dapat dengan mudah diatasi, karena sistem

PLC mengintegrasikan berbagai macam komponen yang berdiri sendiri menjadi suatu sistem

kendali terpadu dan dengan mudah merenovasi tanpa harus mengganti suatu instrument yang

ada.

PLC pertama kali digunakan sekitar pada tahun 1960-an untuk menggantikan peralatan

konvensional yang begitu banyak. Pada tahun 1980-an harga PLC masih terhitung mahal,

namun saat ini dapat dengan mudah ditemukan dengan harga yang relatif murah.

Pabrik pembuat PLC mendesain sedemikian rupa sehingga pengguna dapat dengan

mudah menguasai fungsi-fungsi dan logika-logika hanya dalam beberapa jam saja. Fungsi-

Programmable Logic Controller (PLC)

34

fungsi dasar yang banyak digunakan antara lain : kontak-kontak logika, pewaktu (timer),

pencacah (counter), dan sebagainya.

Sistem kontrol yang terdapat pada PLC harus memenuhi kriteria sebagai berikut :

a. Pemrograman yang sederhana.

b. Perubahan program tanpa mengubah sistem secara keseluruhan.

c. Lebih kecil, murah dalam hargan pembelian dan dapat dihandalkan kinerjanya.

d. Biaya perawatan yang murah dan mudah

a. Konsep PLC PLC merupakan suatu piranti yang digunakan untuk menggantikan rangkaian

sederetan relay yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja

dengan cara mengamati masukan (melalui sensor terkait), kemudian melakukan proses dan

melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan

keluarannya. Dengan kata lain, PLC menentukan aksi apa yang harus dilakukan pada

instrument keluaran berkaitan dengan status suatu ukuran atau besaran yang diamati. PLC

yaitu kendali logika terprogram yang merupakan suatu piranti elektronik yang dirancang

untuk dapat beroperasi secara digital dengan menggunakan memori sebagai penyimpan

instruksi-instruksi internal untuk menjalankan fungsi-fungsi logika.

Konsep dari PLC adalah sesuai dengan namanya adalah sebagai berikut :

1). Programmable

Menunjukkan kemampuaannya yang dapat dengan leluasa mengubah program yang

dibuat dan kemampuannya dalam hal memori program yang telah dibuat.

2). Logic

Menunjukkan kemampuannya dalam memproses input secara aritmatik (ALU), yaitu

melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi,

mengurangi, dan negasi.

3). Controller

Menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga

menghasilkan output yang diinginkan.

b. Fungsi PLC Secara umum fungsi dari PLC adalah :

1). Sekuensial control.

PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan

pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC mengontrol agar setiap

langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.


35

2). Monitoring Plant

PLC secara kontinyu memonitor status sistem dan mengambil tindakan yang diperlukan

sehubungan dengan proses yang dikontrol, serta menampilkan pesan tersebut pada

operator sistem. Sedang fungsi secara khusus pada PLC adalah memberikan input ke

CNC (Computarized Numerical Control). CNC pada umumnya dipakai pada proses

finishing, membentuk benda kerja, moulding, dan lain-lain.

c. Perbandingan antara PLC dengan Kontrol Konvensional Kontrol konvensional yang menggunakan relay atau kontaktor mempunyai keuntungan dan

kerugian jika digunakan sebagai rangkaian kontrol dan bila dibandingkan kontrol dengan

menggunakan PLC. Relay sendiri merupakan kontrak elektronik, karena terdapat

koil/kumparan yang akan menggerakkan kontak membuka atau menutup bila kumparannya

diberi aliran arus listrik. Berikut ini adalah keuntungan dan kerugian menggunakan

relay/kontaktor.

1). Keuntungan:

Mudah diadaptasikan untuk tegangan yang berbeda. Tidak banyak dipengaruhi oleh temperatur sekitarnya. Relay terus beroperasi pada

temperatur 353 K (80C) sampai 240 K (-33C).

Tahanan yang relatif tinggi antara kontak kerja pada saat terbuka. Beberapa rangkaian terpisah dapat dihidupkan.

Rangkaian yang mengontrol relay dan rangkaian yang membawa arus yang

terhubung secara fisik terpisah satu sama lainnya. 2). Kerugian:

Kontak dibatasi pada keausan dari bunga api atau dari oksidasi (material kontak

yang terbaik adalah platina, emas, dan perak).

Menghabiskan banyak tempat dibandingkan dengan transistor.

Menimbulkan bunyi selama proses kontak. Kecepatan kontak terbatas 3 ms sampai 17 ms.

Kontaminasi (debu) dapat mempengaruhi umur kontak. Perbedaan PLC dengan kontrol konvensional (menggunakan relay) adalah seperti di bawah

ini:

Pada kontrol konvensional menggunakan hardware program sedangkan pada PLC menggunakan software.

Aplikasi pada kontrol konvensional hanya dapat digunakan untuk tugas tertentu sedangkan pada PLC dapat digunakan secara universal karena fungsinya ditentukan

oleh program.


36

Persamaan PLC dengan kontrol konvensional (menggunakan relay) adalah sebagai berikut:

Mengontrol sekuensial Memproses sinyal input dan mengubahnya menjadi sinyal output. Keuntungan PLC atas Kontrol Konvensional:

Aplikasi Universal

Pemprograman yang ampuh

Produksi yang besar

Mudah diubah

Harga semakin murah

Commissioning mudah

Bidang aplikasi baru

Text dan grafik

2. Komponen dari PLC PLC sederhana mempunyai komponen utama berupa CCU (Central Control Unit), Unit

I/O, Programming Console, Rack atau Mounting Assembly dan Catu daya. Hubungan antar

komponen dari sebuah PLC adalah seperti gambar dibawah ini :

Gambar 1. Diagram Sistem Komponen dari sebuah PLC

a. Central Control Unit Central Control Unit (CCU) merupakan unit pusat pengolahan data yang digunakan

untuk melakukan proses pengolahan data dalam PLC. CCU merupakan sebuah

mikroprosesor. Mikroprosesor terdiri atas Arithmatic and Logic Unit (ALU), unit kontrol dan

sejumlah kecil memori unit yang sering disebut register. Tugas dari ALU adalah untuk

melakukan operasi aritmatika (penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan sebagainya) dan

logika (operasi OR, AND, NOT, dan sebagainya).

PLC Program

Modul Masukan CCU Modul Keluaran

Sensor Aktuator


37

1). Accumulator

Accumulator adalah register khusus yang dapat diakses secara langsung oleh ALU.

Accumulator ini berfungsi untuk menyimpan data yang akan diproses dan data hasil

pemrosesan.

2). Instruction Register

Instruction Register ini mempunyai fungsi untuk menyimpan perintah yang telah dipanggil

oleh program memori sampai perintah tersebut diterjemahkan dan dieksekusi. Sebuah

perintah (Command), terdiri dari dua bagian yaitu bagian operasi dan bagian alamat.

Bagian operasi menunjukkan operasi logika mana yang akan dikerjakan, sedangkan

bagian alamat menunjukkan operansi (sinyal input, sinyal output, flag, timer, dan

sebagainya) dari operasi logika yang akan dikerjakan.

3). Program Counter

Merupakan register yang berisi alamat dari perintah selanjutnya yang akan dikerjakan.

4). Control Unit

Bertugas mengatur dan mengontrol seluruh urutan logika dari operasi yang dikehendaki

selama proses eksekusi sebuah perintah.

Program yang dijalankan mendapat perhatian khusus selama proses operasi dan

karenanya perlu suatu memori yang disebut memori program yang dapat dibaca oleh

prosesor. Pemilihan memori program harus didasarkan atas pertimbangan-pertimbangan

sebagai berikut :

1). Harus cukup sederhana dan mudah untuk memodifikasi atau membuat program baru.

2). Keamanan terjamin, dalam hal program tidak akan berubah terhadap interferensi listrik

atau bila listrik padam.

3). Harus cukup cepat atau tidak ada delay untuk operasi dengan prosesor.

Terdapat tiga jenis memori yang sering digunakan, yaitu RAM, EPROM, dan

EEPROM.

1). RAM RAM (Random Acces Memory) merupakan memori yang cepat dan bersifat volatile (data

akan hilang bila arus listrik mati). RAM digunakan sebagai memori utama dalam PLC,

dapat dibaca dan ditulisi. Untuk menjaga terhadap tegangan listrik yang mati, biasanya

RAM dilengkapi dengan baterai yang tahan bertahun-tahun.

2). EPROM EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) adalah jenis memori yang cepat

dan juga murah harganya, sama dengan memori RAM hanya saja EPROM bersifat non

volatile, artinya isi memori ini tetap ada walaupun supply tegangan hilang. Untuk

keparluan modifikasi program maka memori ini harus dikosongkan isinya melalui

penyinaran dengan sinar ultraviolet. Karena begitu kompleksnya proses penghapusan


38

untuk pemrograman ulang bahkan meskipun harganya murah, orang cenderung memilih

RAM.

3). EEPROM Adalah memori yang mirip dengan memori EPROM, hanya saja untuk proses

penghapusannya menggunakan arus listrik.

b. Modul Input dan Modul Output Fungsi dari sebuah modul input adalah untuk mengubah sinyal masukan dari sensor

ke PLC untuk diproses dibagian CCU, sedangkan modul output adalah kebalikannya,

mengubah sinyal PLC kedalam sinyal yang sesuai untuk menggerakkan aktuator. Dari

modul input dan output kita dapat menentukan jenis suatu PLC dari hubungan antara CCU

dengan output, yaitu compact PLC dan modular PLC. Compact PLC adalah bila input modul

CCU dan output modul dikemas dalam suatu wadah. Modular PLC bila modul input, modul

output dan CCU dikemas secara tersendiri.

1). Modul Input Merupakan tempat menghubungkan sensor-sensor dengan modul itu sendiri.

Sinyal sensor tersebut selanjutnya akan diteruskan ke CCU. Fungsi terpenting dari

sebuah modul input, yaitu :

Mendeteksi sinyal masukan.

Mengatur tegangan kontrol untuk batas tegangan logika masukan yang diijinkan.

Melindungi peralatan elektronik yang sensitif terhadap tegangan luar.

Menampilkan sinyal masukan tersebut.

Gambar 2. Blok Diagram Modul Input.

Deteksi tegangan error meyakinkan bahwa tegangan masuk masih dalam batas

yang diijinkan atau tidak. Bila tegangannya terlalu tinggi akan diturunkan melalui dioda

breakdown.

Sinyal delay meyakinkan apabnila tegangan yang diterima sudah merupakan

input yang sebenarnya atau bukan. Rangkaian ini mempertahankan tegangan input

sesaat (1-20 ms) untuk membedakannya dengan sinyal-sinyal lain seperti tegangan

interferensi.

Sinyal Input Sinyal ke unit kontrol

Deteksi tegangan

Sinyal delay

Optokopler


39

Optokopler mengirimkan informasi sensor berupa cahaya dan menciptakan

isolasi elektronik antara kontrol dan rangkaian logika. Selanjutnya melindungi

komponen elektronik yang sensitif dan naiknya tegangan luar secara tiba-tiba. Terdapat

optokopler yang mampu memberikan perlindungan terhadap tegangan sampai dengan

5 kV yang sesuai dengan aplikasi untuk industri.

2). Modul Output Modul output mengeluarkan sinyal dari Central Control Unit (CCU) ke kontrol

elemen yang diperlukan untuk menggerakkan aktuator sesuai dengan tugas yang telah

diberikan. Fungsi terpentingnya adalah sebagai berikut :

a). Mengatur tegangan kontrol untuk batas tegangan logika yang diijinkan.

b). Melindungi peralatan elektronik yang sensitif terhadap tegangan luar.

c). Memberikan penguatan pada sinyal output sebelum dikeluarkan sehingga cukup

kuat untuk menggerakkan aktuator.

d). Memberikan perlindungan terhadap arus hubung singkat dan pembebanan lebih

(Over load).

Optokopler adalah bentuk dasar dari power secara elektronik yang memberikan

perlindungan terhadap komponen elektronik dan juga berfungsi untuk mengatur

tegangan output.

Gambar 3. Blok Diagram Modul Output.

Amplifier berguna untuk menguatkan arus listrik output sehingga nantinya cukup

kuat untuk menggerakkan aktuator.

Short circuit monitoring, memonitor jika terjadi arus hubung singkat pada rangkaian luar dan memutuskan hubungan antara modul output dengan rangkaian luar.

c. Catu Daya Sistem PLC memerlukan dua catu daya. Satu untuk keperluan peralatan output,

sedangkan satunya untuk catu daya modul-modul PLC itu sendiri yang menggunakan arus

DC. Arus DC ini diperoleh dari rangkaian terintegrasi atau transistor. Jika sistem catu daya

menggunakan IC TTL dapat dihasilkan tegangan 5 Volt, tetapi jika menggunakan IC CMOS

tegangan yang didapat akan dapat bervariasi dalam 3 sampai 18 Volt.

Sinyal dari unit kontrol Sinyal output

Optokopler Ampli fier

Short circuit monitoring


40

3. Pemrograman pada PLC Kontrol program harus didesain secara sistematis, terstruktur dengan baik dan harus

terdokumentasi agar bebas dari kesalahan, pemeliharaan mudah dan Efektif dalam masalah

biaya. Program PLC ditulis dengan berbagai prosedur yang digunakan untuk menyelesaikan

suatu permasalahan mengenasi kontrol.

a. Langkah 1 : Mempertimbangan gambaran masalah. Definisi permasalahan harus

menjabarkan problema kontrol secara tepat dalam bentuk yang detail. Informasi yang

diperlukan seperti skema posisi, skema sequence dan tabel kebenaran menerangkan

hubungan antara masukan dan keluaran dan juga berguna untuk tes terhadap resiko pada

saat instalasi.

Gambar 4. Prosedur Pembuatan Program

b. Langkah 2 : Allocation list. Dalam hal ini berisi kondisi-kondisi program, termasuk identifier

yang dipakai oleh keluaran atau masukan, juga nama yang singkat untuk identifier tersebut

yang bersesuaian dengan alamat dari sinyal masukan atau keluaran.

c. Langkah 3 : Pembuatan program termasuk didalamnya pembuatan diagram sekuensial atau

tabel kebenaran.

d. Langkah 4 : Pindahkan kedalam controller. Dalam tahap ini program yang telah siap dan

lengkap diterjemahkan kedalam bahasa mesin agar dapat dimengerti oleh CCU.

Terdapat banyak pilihan bahasa untuk membuat program dalam PLC. Masing-masing

bahasa mempunyai kelebihan dan kekurangan tergantung dari sudut pandang user atau

pemrogram. Ladder Diagram (LDR) adalah bahasa yang dimiliki oleh setiap PLC. Selain itu ada

beberapa jenis PLC yang mendukung bahasa pemrograman lain seperti Ladder diagram,

Function chart dan Statement list.

a. Ladder Diagram Ladder Diagram menggambarkan program berupa bentuk grafik. Diagram ini

dikembangkan dari kontak-kontak relay yang tersruktur yang menggambarkan aliran arus

listrik. Dalam ladder diagram, terdapat dua garis vertikal dimana garis vertikal sebelah kiri

dihubungkan dengan sumber tegangan positif catu daya sedangkan garis vertikal sebelah

kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatip catu daya. Diantara dua garis ini

dipasang kontak-kontak yang menggambarkan kontrol dari switch, sensor, atau output.

Salah satu baris dari diagram disebut dengan satu rung. Input menggunakan simbol [ ]

Skema Posisi

Skema Sekuensial /

Tabel Kebenaran

Download Ke

Cointroller

Alocation List


41

(kontak, normal terbuka) dan [ / ] (negasi kontak, normal tertutup). Output mempunyai

simbol ( ) yang terletak paling kanan. Selama pemrograman setiap simbol yang diberikan

adalah alamat PLC sesungguhnya atau merupakan alamat simbolik (misalnya : S1, S2, S3,

H1).

Gambar 5. Ladder Diagram

b. Allocation list Allocation list merupakan proses pengalamatan pada program yang meliputi Absolute

Operation dan Symbol Operation dan Commentary. Absolute Operation merupakan perintah

yang akan dijalankan oleh program. Sementara Symbol Operation berarti bahasa simbol

untuk memudahkan pengenalan pada hardware yang akan bekerja. Sedangkan

Commentary berfungsi untuk memperjelas kerja.

Absolut Op. Symbolic Op. Deskripsi

I0.0 S1 Saklar ON / 1 saat ditekan

I0.1 S2

O0.0 LAMPU1 ON saat bernilai 1

Gambar 6. Allocation list

c. Statemen list Statement list merupakan bahasa pemrogram tingkat tinggi. Semua hubungan logika

dan kontrol sekuens dapat diprogram dengan menggunakan perintah dalam bahasa ini.

Perintah yang digunakan mirip dengan bahasa tingkat tinggi, seperti : Basic atau

Pascal.

Misal :

IF I1.0

THEN SET O1.0

d. Instruction list Instruction list adalah salah satu bahasa pemrograman untuk PLC. Semua hubungan

logika dan kontrol sekuens dapat diprogram dengan menggunakan perintah dalam bahasa

ini.

S1

I0.0

S2

I0.1

LAMPU1 O0.0


42

Perintah-perintahnya adalah dalam bentuk singkatan dan mempunyai arti yang

khusus, sebagai contoh :

L (Load)

A, O, N (AND, OR, NOT)

= (Allocation)

e. Function Chart (FCH) Function chart diturunkan dari diagram logika dan merupakan gambaran program

dalam bentuk grafik. Dapat digunakan untuk pemrograman logika yang sederhana.

D. Latihan 1. Apakah programmable logic controller itu?

2. Apakah fungsi programmable logic controller?

3. Apakah keuntungan programmable logic controller dibanding kontrol konvensional?

4. Sebutkan komponen-komponen programmable logic controller!

5. Sebutkan langkah-langkah pembuatan program pada programmable logic controller!

E. Rangkuman Programmable Logic Controller (PLC) yaitu kendali logika terprogram yang merupakan suatu

piranti elektronik yang dirancang untuk dapat beroperasi secara digital dengan

menggunakan memori sebagai penyimpan instruksi-instruksi internal untuk menjalankan

fungsi-fungsi logika.

Fungsi dari PLC adalah sekuensial control dan monitoring plant Keuntungan PLC atas Kontrol Konvensional diantaranya adalah aplikasi universal,

pemprograman yang ampuh, produksi yang besar, mudah diubah, harga semakin murah,

commissioning mudah, bidang aplikasi baru, text dan grafik.

Komponen-komponen dari sebuah programmable logic controller adalah central control unit, program PLC, Modul Input, Modul Output, Sensor dan Aktuator.

Langkah-langkah pembuatan program pada programmable logic controller adalah penentuan sket posisi, pembuatan allocation list, pembuatan diagram sekuensial atau tabel

kebenaran serta pembuatan program, download ke PLC.

F. Daftar Pustaka

Anonim. tth. Programmable Logic Controller. Jakarta : Festo.

M. Budiyanto dan A. Wijaya. 2003. Pengenalan Dasar-dasar PLC (Programmable Logic Controller).Yogyakarta : Gava Media.

1.3 programmable logic controller modul (rev)

Documents