5

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Programmable Logic Controller (PLC)

Kemajuan teknologi yang berkembang pesat dewasa ini mengakibatkan

industri sebagai produsen/penghasil barang menggunakan cara-cara otomatisasi

untuk meningkatkan jumlah barang yang diproduksinya secara efektif dan efisien.

Salah satu peralatan kontrol otomatis yang saat ini banyak digunakan adalah PLC

(Programmable Logic Controller).

Nama PLC diberikan oleh sebuah asosiasi yang bernama National

Electrical Manufacture Association (NEMA) pada tahun 1978. PLC adalah

sebuah relay elektronik yang dioperasikan secara digital menggunakan memory

yang dapat diprogram sebagai tempat penyimpanan instruksi-instruksi untuk

mengimplementasikan fungsi-fungsi seperti operasi logika, operasi sekuensial,

pewaktuan (Timing), pencacah (Counter) sampai pengendali aritmatika.

(Wilhelm, 1992, p.7-8).

PLC pertama kali digunakan sekitar pada tahun 1960-an untuk menggan-

tikan peralatan konvensional yang begitu banyak. Perkembangan PLC saat ini

terus mengalami perkembangan sehingga bentuk dan ukurannya semakin kecil.

Saat ini terdapat PLC yang dapat dimasukan ke dalam saku karena bentuk dan

ukurannya yang sangat kecil, dan dalam perkembangannya, dimasa yang akan

datang akan diperkenalkan PLC dengan bentuk dan ukuran sebesar kotak rokok.

6

2.1.1 Arsitektur PLC

PLC biasanya terdiri dari 4 bagian utama yaitu pusat pemrosesan data

(data process center), modul masukan/keluaran (input/output module), pemro-

graman (programmer), dan catu daya (power supply), seperti yang ditunjukan

pada Gambar 2.1.

Data Process CenterProgrammerInput Module

Output Module

Power SupplySumber : Wilhelm, 1992, p.5

Gambar 2. 1. Elemen-elemen dasar PLC

2.1.2 Komponen Internal PLC

PLC biasanya terdiri dari sebuah CPU, area memori, dan rangkaian untuk

menerima data masukan/keluaran (input/output). Gambar 2.2 menggambarkan

PLC sebagai sebuah kotak, yang terdiri dari ratusan atau ribuan relay yang terpi-

sah, pencacah (counter), timer, dan tempat penyimpanan data. Relay-relay ini

disimulasikan melalui lokasi bit dalam register.

7

RangkaianMasukan

CPU

Memori

RangkaianKeluaran

RelayMasukan Pencacah Relay

Keluaran

InternalUtilityRelay

Timer PenyimpanData

Sumber : http://www.plcs.net/chapters/parts3.htm Gambar 2. 2. Komponen PLC

Fungsi masing-masing bagian tersebut adalah :

1. Relay Masukan (Input Relay)

Bagian ini terhubung langsung dengan dunia luar. Relay masukan

ada secara fisik dan menerima sinyal dari saklar (switch), sensor, dan lain-

lain. Sebenarnya relay masukan bukanlah relay dalam arti sebenarnya, mela-

inkan transistor yang difungsikan sebagai relay.

2. Internal Utility Relay

Bagian ini secara fisik tidak ada dan tidak menerima sinyal dari dunia

luar. Bagian ini merupakan simulasi dari fungsi sebuah relay dengan tujuan

untuk mengurangi relay eksternal.

3. Pencacah (Counter)

Bagian ini tidak memiliki bentuk fisik karena merupakan sebuah

simulasi. Pencacah diprogram untuk menghitung pulsa (clock) yang masuk.

Dikarenakan bagian ini hanyalah sebuah simulasi, kecepatan berhitungnya

terbatas.

8

4. Timers

Bagian ini tidak memiliki bentuk fisik karena merupakan sebuah

simulasi. Timer memiliki banyak jenis dan increment. Jenis timer yang pa-

ling sering dijumpai adalah jenis ON-delay, selain itu jenis lainnya adalah

OFF-delay. Jenis increment-nya bervariasi dari 1 milidetik sampai 1 detik.

5. Relay Keluaran (Output Relay)

Bagian ini memiliki bentuk fisik dan terhubung dengan dunia luar.

Relay keluaran mengirim sinyal aktif/non-aktif (ON/OFF) ke beban seperti

lampu, solenoid, dan lain-lain. Relay keluaran dapat berupa transistor, relay,

atau pun triac, tergantung dari model yang dipilih.

6. Penyimpan data

Bagian ini mempunyai register yang berfungsi untuk mempermudah

penyimpanan data. Penyimpan data digunakan sebagai tempat penyimpanan

sementara dari hasil perhitungan atau manipulasi data. Selain itu, juga dapat

digunakan untuk menyimpan data ketika catu daya (power) PLC dimatikan.

Sehingga ketika catu daya PLC dinyalakan kembali, data-data yang tersim-

pan masih sama seperti ketika catu daya dimatikan.

2.1.3 Operasi PLC

PLC bekerja dengan cara menelusuri (scanning) program yang telah di-

masukkan sebelumnya. Siklus penelusuran biasanya lebih dari 3 tahap, tetapi di-

fokuskan pada bagian yang penting saja. Bagian-bagian lainnya hanya memerik-

sa sistem dan memperbaharui pencacah internal (updating internal counter) dan

9

nilai timer. Berikut ini adalah 3 tahap penting dari siklus penelusuran PLC

seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Periksa Status Masukan

Perbaharui Status Keluaran

Eksekusi Program

Sumber : http://www.plcs.net/chapters/howworks4.htm

Gambar 2. 3. Siklus penelusuran PLC

Proses operasi PLC adalah sebagai berikut :

1. Periksa status masukan (Check Input Status)

Pada langkah ini, PLC melihat keadaan setiap masukan yang ada

untuk menentukan kondisi setiap masukan tersebut apakah pada keadaan

aktif atau non-aktif. Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubung dengan

masukan pertama aktif/tidak aktif, masukan kedua aktif/tidak aktif, dan

seterusnya. PLC akan menyimpan data masukan tersebut ke memori untuk

dapat digunakan pada langkah berikutnya.

2. Eksekusi program (Execute Program)

Pada langkah kedua, PLC akan mengeksekusi program yang tersim-

pan di dalam memori per instruksi. Misalkan program menginginkan jika

10

masukan pertama aktif, maka program tersebut harus mengaktifkan keluaran

pertama. Dikarenakan program yang ada telah mengetahui masukan-masuk-

an mana saja yang aktif/tidak aktif dari langkah sebelumnya, maka program

tersebut akan menentukan apakah keluaran pertama harus diaktifkan atau di-

non-aktifkan berdasarkan kondisi dari masukan pertama yang diterimanya.

Setelah itu, program akan menyimpan hasil eksekusi tersebut dengan tujuan

untuk dapat digunakan pada langkah selanjutnya.

3. Perbaharuan status keluaran (Update Output Status)

Pada langkah terakhir ini, PLC memperbaharui kondisi keluaran ber-

dasarkan masukan mana yang aktif pada langkah pertama dan hasil eksekusi

program yang dimasukkan pada langkah kedua. Berdasarkan contoh pada

langkah kedua, PLC akan mengaktifkan keluaran pertama karena masukan

pertama sudah aktif dan program menginstruksikan agar keluaran pertama di-

aktifkan pada saat kondisi ini benar. Setelah langkah ini dilalui, PLC akan

kembali ke langkah pertama dan menelusuri ulang langkah-langkah tersebut

secara terus menerus. Satu kali penelusuran dapat diartikan sebagai waktu

yang diperlukan untuk mengeksekusi 3 langkah diatas.

2.2 Finite State Machine (FSM)

FSM adalah suatu sistem yang terdiri dari sekumpulan kondisi (state),

termasuk kondisi awal, sekumpulan event masukan, sekumpulan event keluaran,

dan sebuah state transition fuction (http://computing-

dictionary.thefreedictionary.com/Finite%20State%20Machine, 2004). State

transition function mengubah sekumpulan masukan dan current state menjadi

11

kumpulan keluaran dan next state. State machine dapat digambarkan sebagai se-

buah fungsi yang memetakan sekumpulan event masukan (input event) menjadi

sekumpulan event keluaran (output event) sesuai dengan yang diinginkan. FSM

terdiri dari dua bagian penting, yaitu sekumpulan kondisi dan sekumpulan transi-

si antara kondisi-kondisi tersebut. State digambarkan dengan simbol lingkaran,

sedangkan transisi digambarkan dengan simbol anak panah. FSM memiliki 2

model yang umum digunakan, yaitu model Mealy dan model Moore.

2.2.1 Model Mealy

Gambar 2.4 menggambarkan model Mealy untuk sebuah state machine.

Logika KombinasionalUntuk Keluaran dan

Next State

ClockRegister State

Keluaran

UmpanBalikState

Masukan

Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html Gambar 2. 4. Diagram blok model Mealy

Keluaran dari model Mealy tergantung pada kondisi saat itu (present

state) dan nilai masukan (input) pada saat itu juga. Sehingga dapat disimpulkan

keluaran akan langsung berubah ketika terjadi perubahan pada masukannya, ti-

dak tergantung pada clock.

12

A B C D

1/0 0/0

0/0 1/0

0/0

0/0

1/1

1/0Sumber : http://web.cs.mun.ca/~paul/cs3724/material/web/notes/node25.html

Gambar 2. 5. State transition diagram model Mealy

Lihat Gambar 2.5, mesin ini mempunyai 4 keadaan, dan keluarannya dia-

sosiasikan dengan masukan pada kondisi (state machine).

Kondisi awal mesin adalah state A. Apabila masukannya 1 (satu), maka

state berikutnya tetap pada state A dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi

masukan 0 (nol), maka state berikutnya akan berpindah ke state B dan keluaran-

nya 0 (nol). Dari state B, jika masukannya berupa 0 (nol) maka state berikutnya

akan kembali ke state B dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi masukan 1

(satu), maka state berikutnya akan berpindah ke state C dan keluarannya 0 (nol).

Pada state C, jika diberi masukan 1 (satu), maka state berikutnya akan kembali

ke state A dan keluarannya 0 (nol). Dan jika diberi masukan 0 (nol), maka state

berikutnya menjadi state D dan keluarannya 0 (nol). Terakhir untuk state D, jika

diberi masukan 0 (nol), state berikutnya akan berpindah ke state B dan keluaran-

nya 0 (nol). Sedang jika diberi masukan 1 (satu), maka state berikutnya akan

berpindah ke state C dan keluarannya 1 (satu).

13

2.2.2 Model Moore

Model lainnya untuk state machine adalah model Moore (lihat Gambar

2.6).

Logika KombinasionalUntuk

Next State

Clock

Register

Keluaran

Umpan Balik State

MasukanLogika

KombinasionalUntuk

Keluaran

Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html Gambar 2. 6. Diagram blok model Moore

Keluaran dari model Moore hanya tergantung pada kondisi saat itu

(present state). Pada Gambar 2.6, transisi state terjadi bila ada masukan clock.

Dalam model ini, transisi adalah fungsi dari masukan dan present state, sedang-

kan keluarannya adalah fungsi dari state.

A/0 B/0 C/0 D/0

1 0

0 1

0

0

1

E/11

1

0

Sumber : http://web.cs.mun.ca/~paul/cs3724/material/web/notes/node25.html Gambar 2. 7. State transition diagram model Moore

14

Gambar 2.7, menunjukkan sebuah diagram state untuk model Moore

yang mengerjakan fungsi yang sama seperti pada model Mealy. Perlu diketahui

bahwa pada penamaan diagram state model Moore berbeda dengan penamaan

pada diagram state model Mealy, transisi-transisi diberi nama dengan masukan-

masukan yang menyebabkan terjadinya transisi, sedangkan state-nya diberi nama

dengan keluaran yang sesuai (keluaran hanya sebuah fungsi dari state, dan tidak

tergantung secara langsung pada masukan). Kondisi awalnya adalah state A

dengan keluaran 0, bila ada masukan 1 maka akan berpindah ke state A dengan

keluaran 0. Sedangkan bila pada state A diberi masukan 0, maka akan berpindah

ke state B dengan keluaran 0. Bila pada state B diberi masukan 0 maka akan

berpindah ke state B dengan keluaran 0, sedangkan bila state B diberi masukan 1

maka akan berpindah ke state C dengan keluaran 0. Pada state C, bila diberi

masukan 1 maka akan berpindah ke state A dengan keluaran 0, sedangkan bila

state C di beri masukan 0 maka akan berpindah ke state D dengan keluaran nol.

Pada state D, bila diberi masukan 0 maka akan berpindah ke state B dengan

keluaran 0, sedangkan bila state D diberi masukan 1 maka akan berpindah ke

state E dengan keluaran 1. Pada state E bila diberi masukan 0, akan berpindah

ke state D dengan keluaran 0, sedangkan bila state E diberi masukan 1 maka

akan berpindah ke state A dengan keluaran nol.

2.3 ASM Chart

Diagram alir (flowchart) merupakan cara yang tepat untuk menggambar-

kan urutan dari langkah-langkah prosedur yang harus dijalankan oleh sistem. Se-

buah diagram alir untuk suatu algoritma perangkat keras harus memiliki karak-

15

teristik khusus yang dapat mewakili algoritma dari implementasi perangkat keras.

Sehingga digunakanlah diagram alur khusus yang disebut dengan Algorithmic

State Machine (ASM) chart untuk menentukan algoritma perangkat keras digital.

Pada ASM chart terdiri dari 3 elemen dasar yaitu :

1. State Box

Merupakan kotak persegi panjang yang mengandung operasi transfer

register (Register Transfer Operation) atau sinyal keluaran, yang diaktifkan

ketika unit pengendali berada dalam state tersebut. Penamaan untuk state di-

letakkan di sudut atas kiri kotak, dan kode biner untuk state diletakkan di

sudut atas kanan kotak (jika digunakan). Gambar State Box dapat lihat pada

Gambar 2.8.

Register OperationOr Output

NameBinaryCode

Entry

ExitSumber : Mano, Kime, 2004, p.366 Gambar 2. 8. State Box

2. Scalar Decision Box

Menggambarkan pengaruh dari sebuah masukan pada suatu unit pe-

ngendali. Digambarkan dengan kotak berbentuk belah ketupat yang mempu-

nyai 2 jalur keluaran (lihat Gambar 2.9), kondisi masukan berupa masukan

16

bilangan biner tunggal dan ekspresi Boolean. Sebuah jalur keluaran akan ter-

pakai jika kondisi masukan adalah True (1), dan jalur keluaran yang satunya

lagi akan terpakai jika kondisi masukan adalah False (0).

Condition10

Entry

Exit 0 Exit 1Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366

Gambar 2. 9. Scalar Decision Box

3. Conditional Output Box

Digambarkan dengan bentuk kotak oval, seperti yang ditunjukan pada

Gambar 2.10. Bentuk ujung yang melengkung, membedakannya dengan

State Box. Jalur masukan ke sebuah Conditional Output Box dari sebuah

State Box, harus melalui satu atau lebih Decision Box. Jika kondisi pada ja-

lur Decision Box (yang berasal dari State Box) ke sebuah Conditional Output

Box terpenuhi, maka transfer register atau keluaran yang tercantum didalam

Conditional Output Box akan aktif.

17

Register OperationOr Output

Entry From Decision Box

ExitSumber : Mano, Kime, 2004, p.366

Gambar 2. 10. Conditional Output Box

Untuk memberi kemudahan, maka ditambahkan elemen ke-4 yaitu,

Vector Decision Box (lihat Gambar 2.11). Menggambarkan pengaruh dari suatu

fungsi vektor dari masukan-masukan pada pengendali. Vector Decision Box di-

gambarkan dengan kotak bentuk segi enam yang memiliki jalur keluaran seba-

nyak 2n, untuk suatu n-bit masukan. Kondisi masukannya berupa suatu data de-

ngan n-bit bilangan biner atau ekspresi Boolean dari n > 1. Jalur keluaran digu-

nakan jika nilai dari data sesuai dengan label yang dicantumkan pada jalur kelu-

aran.

n-bitCondition

Entry

......

Exit 0Exit 1

Exit 2n-1

Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366 Gambar 2. 11. Vector Decision Box

18

ASM Chart merupakan suatu bentuk dari state diagram untuk rangkaian

unit pengendali sekuensial. Setiap State Box sama dengan lingkaran yang terda-

pat pada State Diagram. Decision Box sama dengan nilai-nilai masukan pada ga-

ris-garis yang menghubungkan lingkaran-lingkaran dalam State Diagram.

Transfer register dan keluaran yang terdapat di dalam State Box dan Conditional

Output Box dapat disamakan dengan keluaran dari rangkaian sekuensial.

Lihat Gambar 2.12, keluaran yang terdapat di dalam State Box dan juga

yang terdapat dalam lingkaran pada State Diagram disebut sebagai model Moore.

0

[0]

2

[1]

1

[0]

0

0

0

1

1

1

H OUT

IN

IN

IN

S2

S1

S0 00

10

01T

F

T

T

F

F

Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html Gambar 2. 12. ASM Chart model Moore

Lihat gambar 2.13, keluaran yang terdapat di dalam Conditional Output

Box sama dengan nilai-nilai masukan pada garis-garis yang menghubungkan an-

19

tar state dalam State Diagram. Karena tergantung pada masukan-masukan, ma-

ka disebut sebagai model Mealy.

1

0

0/0

1/0

1/1

0/0

S0

1

0

S1

IN

IN

H OUT

T

F

F

T

Sumber : http://www2.ele.ufes.br/~ailson/digital2/cld/chapter8/chapter08.doc4.html Gambar 2. 13. ASM Chart model Mealy

Jadi, jika suatu ASM Chart adalah model Moore maka tidak terdapat

Conditional Output Box dan jika dalam suatu ASM chart adalah model Mealy

maka terdapat Conditional Output Box.

2.4 FSM based PLC (Finite State Machine based Programmable Logic

Controller)

FSM adalah suatu model sistem yang memiliki banyak cara untuk meran-

cangnya seperti berbasiskan mikrokontroler, PLC, PC, dan sebagainya. Jika se-

buah sistem membutuhkan sebuah pengendali yang menghubungkan keluaran

20

dari suatu state ke state lain berdasarkan kondisi masukan saat itu, salah satu

caranya adalah dengan menggunakan sebuah metode yang disebut FSM (Finite

State Machine).

Jika desain sistem yang diinginkan hanya membutuhkan suatu pengendali

untuk menerima sejumlah masukan dan mengendalikan sejumlah keluaran yang

sudah ditentukan, maka cara terbaik untuk desain tersebut adalah menggunakan

PLC. Jadi FSM based PLC adalah sebuah PLC yang menggunakan konsep FSM

sebagai dasar dalam merancang unit pengendali.

FSM based PLC ditujukan untuk mempermudah perubahan sebuah pro-

ses, dari suatu produk tertentu menjadi produk yang lain dengan menggunakan

mesin yang sama tanpa perlu merubah rangkaian, melainkan hanya dengan me-

ngubah program.

2.5 Relay

Relay adalah saklar elektromekanik sederhana yang dibuat dari

elektromagnet dan satu set kontak, lihat Gambar 2.14. (Marshall Brain, 2004).

Relay diaktifkan oleh arus listrik yang mengalir pada kumparan yang terdapat di

dalamnya dan menghasilkan medan magnet. Medan magnet tersebut akan mena-

rik saklar yang ada, sehingga mengakibatkan saklar dapat terbuka atau tertutup.

Relay banyak digunakan dalam aplikasi industri dikarenakan sifatnya yang seder-

hana, tahan lama, dan mempunyai kehandalan yang tinggi. Selain dibidang in-

dustri, relay juga banyak digunakan untuk melindungi sistem kelistrikan terha-

dap gangguan (noise). Selain terbuat dari rangkaian elektronik, ada juga relay

21

yang dihasilkan dengan memanfaatkan rangkaian pneumatic dan hidrolik, dima-

na masukannya berupa arus listrik dan keluarannya berupa mekanik.

Sumber : http://electronics.howstuffworks.com/relay.htm

Gambar 2. 14. Bagian dalam Relay

Relay terdiri dari sebuah sensing unit dan kumparan yang diaktifkan oleh

arus DC ataupun AC, lihat Gambar 2.15. Ketika catu daya diberikan ke kumpar-

an, kumparan akan menghasilkan suatu medan magnet yang akan menarik sen-

sing unit. Pada saat sensing unit tertarik, maka sensing unit akan menutup kon-

tak yang terbuka atau membuka kontak yang tertutup.

SumberTegangan220V AC

SumberTegangan12V DC

Relay

Gambar 2. 15. Rangkaian relay sederhana

22

2 fungsi dasar relay adalah :

1. Kendali aktif/non-aktif (On/Off control)

Contohnya pada sebuah AC (Air Conditioning), relay digunakan untuk me-

ngendalikan beban yang memerlukan daya besar seperti kompresor.

2. Pembatas (Limit control)

Relay ini berfungsi sebagai pengendali kecepatan motor, yang akan meng-

hentikan jika motor tersebut berputar lebih lambat atau lebih cepat dari kece-

patan yang diinginkan.

Ada beberapa jenis relay elektromekanik, yaitu

a. Relay umum

Relay ini dibatasi oleh jumlah arus yang dapat mengalir pada kontak saklar.

Pada umumnya, relay ini mempunyai 5 sampai 8 kaki dan dapat berupa satu

atau dua jalur.

b. Power Relay

Power relay mampu mengendalikan beban dengan daya yang besar. Kontak

saklar relay ini mampu dialiri arus 10 hingga 50 Ampere, bahkan lebih.

c. Penghubung (Contactor)

Relay ini merupakan jenis khusus dari power relay, yang digunakan dalam

aplikasi industri untuk mengendalikan arus dan tegangan tinggi.

d. Relay waktu tunda (Time Delay Relay)

Pada relay ini, kontak tidak langsung terbuka atau tertutup setelah kumparan

diaktifkan. Kontak akan membuka atau menutup selama interval waktu ter-

23

tentu setelah kumparan diaktifkan. Relay ini memiliki 2 jenis, yaitu delay-on

operate dan delay-on-release.

2.5.1 Kontak (Contact)

Kontak adalah bagian yang terpenting dari sebuah relay. Faktor-faktor

yang dapat mempengaruhi karakteristik relay antara lain bahan-bahan dari kon-

tak relay, besar tegangan dan arus yang melaluinya, jenis beban, dan frekuensi

kerja (operating frequency).

Untuk memperpanjang masa pakai sebuah relay, dibutuhkan sebuah rang-

kaian pelindung untuk mengurangi gangguan (noise) dan mencegah terjadinya

penimbunan karbon pada permukaan kontak. Komponen-komponen yang dapat

melindungi kontak antara lain resistor.

Beberapa jenis susunan kontak relay, antara lain :

a. Kontak bentuk A

Merupakan sebuah kontak jenis Normally Open (NO), dimana kontak dalam

keadaan terbuka ketika kumparan tidak diberi tegangan dan tertutup ketika

kumparan diberi tegangan.

b. Kontak bentuk B

Merupakan sebuah kontak jenis Normally Closed (NC), dimana kontak da-

lam keadaan tertutup ketika kumparan tidak diberi tegangan dan terbuka keti-

ka kumparan diberi tegangan.

c. Kontak bentuk C

Merupakan kombinasi dari kontak bentuk A dan bentuk B, dimana Normally

Open dan Normally Closed terdapat pada sebuah relay.

24

2.6 Motor

Beberapa jenis motor DC, contohnya adalah motor stepper, motor servo,

motor dengan sikat atau tanpa sikat.

2.6.1 Motor Stepper

Motor stepper terdiri dari berbagai macam ukuran dan kekuatan torsi,

mulai dari ukuran kecil yang digunakan pada floppy disc drive, sampai motor

stepper dengan ukuran besar yang digunakan pada mesin-mesin industri. Pada

umumnya motor stepper dibagi menjadi 2 jenis, yaitu jenis bipolar dan unipolar.

Motor stepper bipolar mempunyai 4 kabel, sedangkan motor stepper unipolar

mempunyai 5, 6, atau 8 kabel.

Sumber : http://www.stepperworld.com

Gambar 2. 16. Kumparan pada motor stepper

Gambar 2.16, menggambarkan bagian dalam dari sebuah motor stepper

unipolar yang mempunyai dua kumparan dengan jumlah lilitan yang sama dan ti-

dak terhubung satu sama lain. Setiap kumparan mempunyai center-tap, berupa

sebuah kabel yang keluar di tengah kumparan antara dua terminal. Center-tap

dapat diketahui dengan mengukur hambatannya (resistance) menggunakan ohm-

meter yang sesuai (mampu mengukur hambatan lebih kecil dari 10 ohm). Besar-

25

nya hambatan dari terminal ke center-tap, setengah kalinya dari besar hambatan

di antara dua terminal kumparan. Biasanya besar hambatan kumparan tertulis

pada motor. Sebagai contoh tertulis ‘5 ohms/phase’, ini berarti hambatan dari

center-tap ke terminal kumparan sebesar 5 ohm dan besar hambatan dari termi-

nal ke terminal sebesar 10 ohm.

+-Sumber Tegangan DC

Sumber : h ttp://www.stepperworld .com Gambar 2. 17. Konsep kerja motor stepper

Pada Gambar 2.17, arus mengalir melalui kumparan sehingga menghasil-

kan medan magnet yang menarik magnet permanen rotor yang terhubung dengan

“AS” (shaft) dari motor. Prinsip dasar dari pengendalian motor stepper adalah

membalikkan arah arus yang mengalir pada dua kumparan motor stepper secara

berurutan. Dikarenakan memiliki dua kumparan dan dua arah, maka motor step-

per memiliki urutan 4-phase. Dengan mendapatkan urutan terminal yang benar,

maka motor akan berputar secara berurutan terus menerus.

26

V+

CT

Kumparan 1

Kumparan 2

V+CT

V+

CT

Kumparan 1

Kumparan 2

V+CT

V+

CT

T1A T1BKumparan 1

Kumparan 2T2A T2B

V+CT

T1A T1B

T2A T2B

T1A T1B

T2A T2B

V +

CT

Kumparan 1

Kumparan 2

V+CT

T1A T1B

T2AT2B

Gambar 2. 18. Pola perpindahan tegangan positif dan Ground pada motor stepper unipolar

Pada pengendali motor stepper bipolar, arus balik dihasilkan dengan

membalik polaritas kedua terminal kumparan. Sedangkan pengendali motor

stepper unipolar menggunakan center-tap untuk menghasilkan arus balik.

Center-tap tersebut dihubungkan ke kutub positif dari catu daya, dan salah satu

dari empat terminal dihubungkan ke tanah untuk mendapatkan satu step perge-

rakan motor. Sedang untuk mendapatkan pergerakan motor yang continuous,

hubungkan terminal lain ke tanah secara berurutan (lihat Gambar 2.18). Arus da-

pat mengalir dengan dua arah, tetapi dalam satu saat hanya boleh setengah kum-

paran yang aktif. Ini artinya keempat terminal tidak boleh dihubungkan ke tanah

pada saat bersamaan.

1a

2a

2b

1b

Sumber Daya 1

Sumber Daya 2

1b2b1a

2a

a b

ba

1

2

Sumber : http://www.stepperworld.com Gambar 2. 19. Skematik motor stepper unipolar

27

Center-tap kumparan dihubungkan ke sumber tegangan positif dan termi-

nal dari tiap kumparan secara bergantian dihubungkan ke tanah dengan urutan

yang benar agar dapat menarik rotor, seperti yang ditunjukan oleh Gambar 2.19

(ingat bahwa sebuah arus yang melalui sebuah koil menghasilkan medan

magnet). Konsep diagram ini menggambarkan 90o step per phase.

Dalam dasar urutan searah jarum jam “Wave Drive”, gulungan 1a tidak

aktif dan 2a aktif untuk menuju ke fase berikutnya. Rotor diarahkan dari satu

kumparan ke kumparan selanjutnya, menghasilkan sebuah siklus terus menerus.

Perlu diketahui bahwa jika 2 kumparan aktif, maka rotor akan tertarik diantara 2

kumparan tersebut.

2.6.2 Motor DC

Pada umumnya sebuah motor DC bila dilihat dari luar akan nampak se-

perti sebuah kaleng yang mempunyai bagian motor, poros, tutup yang terbuat

dari bahan nilon, dan dua buah kabel (lihat Gambar 2.20). Jika kita hubungkan

kedua kabel tesebut (positif-negatif) ke sebuah baterai, maka poros akan berputar

(misalnya, maju). Dan jika kita balik hubungan kedua kabel (negatif-positif) ter-

sebut, maka poros akan berputar berlawanan arah (mundur).

Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor2.htm

Gambar 2. 20. Bentuk motor DC

28

Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor2.htm

Gambar 2. 21. Tutup nilon motor DC

Tutup nilon pada motor DC ditahan oleh dua buah besi, bagian dari ka-

leng. Dengan membuka kedua besi tersebut, tutup nilon pada motor DC dapat

ditarik. Pada tutup nilon, terdapat sikat-sikat yang berfungsi menyalurkan daya

dari baterai ke commutator sehingga motor berputar, lihat Gambar 2.21.

Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor3.htm

Gambar 2. 22. Bagian Commutator dan Armature

Bagian-bagian lainnya dari motor DC adalah poros yang terdiri dari

armature dan commutator (lihat Gambar 2.22). Armature merupakan satu set

elektromagnet, pada contoh ini ada 3 buah elektromagnet. Armature pada motor

ini merupakan suatu potongan besi-besi tipis yang disusun bersama-sama, de-

29

ngan kabel tembaga kecil yang dililit di setiap kutub dari tiga kutub Armature.

Akhir dari setiap kabel (sebuah kabel untuk tiap kutub) disolder ke sebuah termi-

nal, lalu setiap teminal dari 3 terminal dihubungkan ke sebuah Commutator.

Sumber : http://www.howstuffworks.com/motor3.htm

Gambar 2. 23. Bagian medan magnet

Bagian terakhir dari motor DC adalah medan magnet (lihat Gambar

2.23). Medan magnet pada motor DC dihasilkan oleh kaleng itu dan dua buah

magnet lengkung permanen. Di antara sela-sela magnet terdapat sebuah klip

yang berfungsi untuk menekan ujung-ujung dari kedua magnet.

2.6. Photodioda

Photodioda merupakan sebuah komponen elektrik (lihat Gambar 2.24)

dan sejenis Photodetector. Photodioda adalah suatu p-n junction yang dibuat

agar responsif terhadap masukan cahaya (Optical Input).

Sumber : http://www.jiannwa.com.tw/con-29.htm

Gambar 2. 24. Photodioda

30

Photodioda dapat digunakan dalam bias nol (Zero Bias) maupun bias ba-

lik (Reverse Bias). Pada bias nol, cahaya yang jatuh pada dioda menyebabkan

terbentuknya tegangan dan arus berarah bias maju (Forward bias). Sedangkan

pada bias balik, dioda memiliki nilai hambatan yang sangat besar. Besar nilai

hambatan akan berkurang ketika junction disinari oleh cahaya dengan frekuensi

tertentu.