BAB II DASAR TEORI 2.1 Pengertian PLC Programmable Logic Controllers (PLC) adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam. Mengingat suatu industri akan membutuhkan hasil produksi semaksimal mungkin, sehingga untuk memenuhinya diperlukan peralatan kendali yang menunjang proses produksi maupun pendistribusiannya. Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah : sistem elektronik yang beroperasi secara dijital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O dijital maupun analog.

Gambar 2.1 PLC Siemens S7-200 Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut : 1. Programmable menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.

Logic menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya. 3. Controller menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan. PLC menentukan aksi apa yang harus dilakukan pada instrument keluaran berkaitan dengan status suatu ukuran atau besaran yang diamati. PLC adalah suatu piranti yang memiliki saluran masukan (input), saluran keluaran (output). Output yang dihasilkan ditentukan oleh status input dan program yang dimasukkan ke dalamnya. Input dapat berupa relay, limit switch, photo switch maupun proximity switch. Input dimasukkan kedalam program PLC kemudian akan menghasilkan output berupa relay-relay maupun kontaktor. Akan tetapi bukan berarti banyak relay dalam ukuran yang sangat kecil. Di dalam PLC berisi rangkaian elektronika digital yang dapat difungsikan seperti Normally Open (NO) dan bentuk kontak Normally Close (NC) relay. Bedanya dengan relay yaitu nomor kontak relay (NC atau NO) pada PLC dapat digunakan berkali-kali untuk semua instruksi dasar selain instruksi output. Jadi dengan kata lain, bahwa dalam suatu pemrograman PLC tidak diijinkan menggunakan output dengan nomor kontak yang sama. 2.2 Sistem Kerja PLC PLC menerima sinyal input dari peralatan sensor berupa sinyal on off. Apabila input berupa sinyal analog, maka dibutuhkan input analog modul yang mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal ini akan dikirim ke Central Processing Unit untuk diproses sesuai program yang

2.

telah dibuat. Hasil pemrosesan berupa sinyal keluaran digital yang dikirim ke modul output untuk menjalankan aktuator. Jika aktuator membutuhkan sinyal analog, maka dibutuhkan analog output modul. Berikut ini skema prinsip kerja PLC:

Gambar 2.2 Gambar Prinsip kerja PLC 2.3 Perangkat Keras PLC PLC mempunyai kemiripan struktur dasar dengan komputer karena pada dasarnya PLC merupakan perangkat yang berbasiskan mikroprosesor. Komponen dasar PLC adalah: Central Processing Unit atau disebut juga Central Controlling Unit, terdiri atas bagian Processor, memory, dan power supply

Struktur input/output Program device

Gambar 2.3. Diagram kerja tiga komponen utama sistem PLC Diagram kerja tiga komponen utama sistem PLC diatas, akan lebih dijelaskan lebih rinci dengan gambar diagram blok sistem PLC seperti terlihat pada gambar berikut:

Gambar 2.4 Diagram blok sistem PLC 2.3.1 Struktur Input/Output Perangkat masukan merupakan perangkat keras yang dapat digunakan untuk memberikan sinyal kepada modul masukan. Sistem PLC dapat memiliki jumlah perangkat masukan sesuai dengan sistem yang diinginkan. Fungsi dari perangkat masukan untuk memberikan perintah khusus sesuai dengan kinerja perangkat masukan yang digunakan, misalnya menjalankan atau menghentikan motor. Dalam hal tersebut seperti misalnya, perangkat masukan yang digunakan adalah

push button yang bekerja secara Normally Open (NO) ataupun Normally Close (NC). Ada bermacam-macam perangkat masukan yang dapat digunakan dalam pembentukan suatu sistem kendali seperti misalnya : selector switches, foot switches, flow switches, proximity sensors dan lain-lain. Gambar 2.5 memperlihatkan simbol-simbol perangkat masukan yang sering digunakan pada sistem kendali.

Gambar 2.5 Simbol perangkat masukan PLC Keterangan : a. NO Pushbutton c. NO Flow Switch b. NC Pushbutton d. NO Pressure Switch Modul masukan adalah bagian dari sistem PLC yang berfungsi memproses sinyal dari perangkat masukan yang kemudian memberikan sinyal tersebut ke prosesor. Suatu sistem PLC dapat memiliki beberapa modul masukan. Masing-masing modul dapat mempunyai jumlah terminal masukan tertentu, yang berarti modul tersebut dapat melayani beberapa perangkat masukan. Pada umumnya modul masukan ditempatkan pada sebuah rak.

Perangkat keluaran adalah komponen-komponen yang memerlukan sinyal untuk mengaktifkan komponen tersebut. Pada sistem PLC dapat mempunyai beberapa perangkat keluaran seperti motor listrik, lampu indikator, sirine dan lain-lain. Gambar 2.6 memperlihatkan contoh-contoh simbol dari perangkat keluaran yang sering digunakan.

Gambar 2.6 Contoh-contoh simbol perangkat keluaran Keterangan : a. Simbol motor listrik b. Lampu Indikator c. Sirine/Alarm 2.3.2 Central Controlling/Processing Unit Prosesor adalah bagian pemroses dari sistem PLC yang akan membuat keputusan logika. Keputusan yang telah dibuat berdasarkan pada program yang telah disimpankan pada memori. Prosesor adalah bagian dari Central Processing Unit (CPU) dari PLC yang akan menerima, menganalisa, memproses dan memberikan informasi ke modul keluaran. Di dalam CPU PLC dapat dibayangkan seperti kumpulan dari ribuan relay. Hal tersebut bukan berarti di dalamnya terdapat banyak relay dalam ukuran yang sangat kecil tetapi berisi rangkaian elektronika digital yang dapat difungsikan sebagai kontak NO dan NC relay. Memori berfungsi sebagai tempat di mana informasi tersebut disimpan. Ada bermacam-macam jenis serpih memori dalam bentuk Integrated Circuits (IC). Masingmasing jenis memori memiliki keuntungan dan kerugian dan dipilih untuk spesifikasi yang terbaik sesuai dengan aplikasinya.

Salah satu jenis memori yang digunakan dalam CPU PLC adalah Random Access Memory (RAM). Satu kerugian dari jenis memori tersebut adalah diperlukannya catu daya untuk menjaga agar memori tetap bekerja. Pada aplikasi PLC diperlukan catu daya cadangan yang digunakan untuk menjaga agar isi dari memori tidak hilang apabila tiba-tiba catu daya hilang. RAM sering digunakan untuk keperluan memori karena RAM mudah diubah dengan cepat ketika di bandingkan dengan jenis memori yang lain. RAM disebut juga sebagai memori baca/tulis, karena dengan RAM dapat dibaca dan ditulis data untuk disimpan di RAM. Read Only Memory (ROM) adalah jenis memori yang semi permanen dan tidak dapat diubah dengan pengubah program. Memori tersebut hanya digunakan untuk membaca saja dan jenis memori tersebut tidak memerlukan catu daya cadangan karena isi memori tidak hilang meskipun catu daya terputus. Programmable Read Only Memory (PROM) adalah jenis lain dari memori yang bekerja hampir menyerupai ROM, dengan satu pengecualian yaitu bisa diprogram. PROM di rancang untuk diisi dengan program yang terprogram. Apabila data dapat diubah, maka dapat diadakan pemrograman. Pemrograman ulang dari PROM, membutuhkan perlengkapan khusus yaitu PROM Programmer di mana PLC sendiri tidak dapat melakukannya. 2.3.3 Programming Device Pemrograman PLC adalah memasukkan instruksiinstruksi dasar PLC yang telah membentuk logika pengendalian suatu sistem kendali yang diinginkan. Bahasa pemrograman biasanya telah disesuaikan dengan ketentuan dari pembuat PLC itu sendiri. Dalam hal ini setiap pembuat PLC memberikan aturan-aturan tertentu yang sudah disesuaikan dengan pemrograman CPU yang digunakan pada PLC tersebut.

Program yang digunakan dalam pemrograman PLC tergantung dari jenis atau merk PLC itu sendiri, karena PLC yang akan dijadikan sebagai bahan penelitian menggunakan PLC merk Omron maka program yang digunakan adalah Syswin. Sedangkan seri Syswin yang digunakan adalah Syswin 3.2. Program yang akan dimasukkan ke dalam PLC sebagai perintah adalah menggunakan Function Block, Statement list, dan Diagram Tangga (Ladder Diagram). Dari ketiga bahasa pemrograman di atas yang paling mudah adalah menggunakan Ladder logic yaitu bahasa pemrograman dengan bahasa grafik atau bahasa yang digambar secara grafik. Pemrogram dengan mudah menggambar skematik diagram dari program pada layar. Hal tersebut menyerupai diagram dasar yang digunakan pada logika kendali sistem kontrol panel di mana ketentuan instruksi terdiri dari koil-koil, NO, NC dan dalam bentuk penyimbolan. Pemrograman tersebut akan memudahkan pemrogram dalam mentransisikan logika pengendaliannya khususnya bagi para pemrogram yang telah memahami logika pengendalian sistem kontrol panel. Simbol-simbol tersebut tidak dapat dipresentasikan sebagai komponen tetapi dalam pemrogramannya simbolsimbol tersebut dipresentasikan sebagai fungsi dari komponen sebenarnya. Instruksi-instruksi yang digunakan pada pemrograman akan dibahas lebih lanjut pada sub bab dibawah ini. 2.3.4 Modul-modul Tambahan Untuk melengkapi kemampuan PLC maka digunakan modul tambahan: I/O analog seperti yang telah dijelaskan di atas Modul controller yang didalamnya terdapat berbagai macam aksi pengendalian seperti P, I, PI, PD, PID. Untuk keperluan tertentu, pembuat PLC menambahkan

2.4

pengendali modelservo-mekanik dan servo-pneumatik, sebagai contoh adalah perusahaan Festo. Modul komunikasi. Modul ini membuat PLC dapat berhubungan dengan PLC lainnya, dengan PC, ataupun dengan alat pemrogram. Hubungan antara satu PLC dengan PLC lainnya memungkinkan terwujudnya DCS (Distributed Control System). Sedangkan hubungan antara PLC dan PC memungkinkan terwujudnya sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Kedua sistem ini banyak digunakan dalam kontrol proses diindustri. Komunikasi antar perangkat dapat menggunakan RS 232. Extended I/O serta memori tambahan

Dasar Pemrograman PLC Spesifikasi PLC yang berbeda mempunyai bahasa pemrograman yang berbeda. Pada prinsipnya untuk semua jenis PLC, penulisan program ada beberapa cara seperti yang telah dijelaskan pada subbab sebelumnya, namun yang paling mudah adalah menggunakan Ladder Diagram. Diagram ladder berbentuk jaringan sakelar yang dihubungkan secara seri dan paralel dan hasilnya disimpan di dalam memori tertentu. Keberhasilan dari jaringan ladder membawa data logika dari input ke output tergantung dari program yang dibuat. Diagram ladder bentuknyaseperti tangga dibatasi oleh dua garis vertikal. Sisi kiri untuk aliran daya masukan positif, sisi kanan untuk keluaran. Sistem penulisan dengan cara ladder diagram ini populer digunakan orang karena sudah banyak digunakan dalam penggambaran rangkaian kontrol dengan menggunakan relay dan kontaktor. Ladder diagram akan menyederhanakan pergantian sistem kontrol berbasis relay oleh PLC serta memudahkan pemrograman oleh control engineer yang sudah familiar dengan disain sistem kontrol berbasis relay. Sedangkan telah kita ketahui bahwa PLC merupakan

pengembangan dari kontrol relay. Pada penulisan ladder diagram, terdapat tampilan urutan kerja sinyal listrik sesuai dengan aksi yang diberikan. Logika pemikirannya sama seperti gambar pada diagram relay, yang berbeda adalah simbolnya saja. Simbol pada PLC: Logika untuk input Normally Open (NO), Logika akan benar apabila nilai boolean=1, atau input energized. Jika input diberi energi, sakelar mengalirkan arus.

Normally closed (NC), Logika akan benar apabila nilai boolean=0, atau input de-energized. Jadi apabila input tidak diberi energi sakelar ini mengalirkan arus.

Logika untuk output Hasil operasi logika ditransfer ke bagian output. Jika hasil operasi logika adalah 1, maka output memberikan energi.

Hasil operasi logika diinverskan dan ditransfer ke bagian output. Jika hasil operasi adalah 1, maka output tidak akan memberikan energi

Fungsi-fungsi blok Program pada PLC mempunyai fasilitas selain gerbang logika. Fasilitas tersebut antara lain: - pemanfaatan register

-

Operasi aritmatik sehingga memungkinkan dilakukannya perhitungan numerik seperti halnya pada komputer. Operasi biner dan bit (bit-wise operation). Looping dan jumping operation dll. Timer

Gambar 2.7 Timer Pada rangkaian di atas, penekanan I1 akan mengaktifkan T1 selama 5 detik. Maka diagram waktu dari input dan output:

Gambar 2.8 diagram waktu input dan output

-

Counter Berikut contoh counter dalam ladder diagram

Gambar 2.9 counter I0 digunakan sebagai inisialisasi counter yaitu menunjukkan bahwa counter siap bekerja. Sekali I0 ditekan maka C1 akan inisialisasi dan penekanan I0 kembali tidak akan mempengaruhi C1. Pada line kedua, setiap penekanan I1 akan menyebabkan C1 menghitung sebanyak satu pulsa naik karena digunakan mode increment (INC) counter. Apabila pulsa yang dihitung sudah mencapai yang tertulis pada counter, maka C1 akan non-aktif kembali. Pada saat C1 nonaktif maka output O0 akan menyala (set). O0 akan padam apabila input I2 aktif (reset). 2.7 PLC Siemens S7-200 PLC sendiri terdiri dari beberapa jenis antara lain : small PLC, medium PLC, dan Large PLC. Berikut yang akan dibahas lebih lanjut ialah mengenai PLC siemens s7-200 yang termasuk dalam kategori small PLC.

Gambar 2.10 PLC Siemens S7-200 Cara Interface Input dan output pada PLC S7-200 berbeda-beda berdasarkan type I/O DC atau AC. Untuk terminal bagian atas adalah terminal output dan bagian bawah adalah terminal input. Terminal power terletak di terminal bagian atas paling kanan. Terminal power supply PLC N dan L1 adalah terminal AC input(sebagai pewer supply). Terminal power supply PLC dengan nama M (-) dan L+ (+24VDC) adalah terminal DC 24V (pemasangan jangan sampai terbalik polaritasnya). Terminal input terletak dibawah, nama 1M, 2M adalah diisi tegangan -24VDC. Terminal dengan nama L+ dihubungkan tegangan + 24VDC. Terminal dengan nama 1L,2L dihubungkan langsung AC 110/220V tergantung bebannya. Gambar persegi pada terminal output adalah coil relay, sedangkan gambar kontak pada terminal input adalah intrface dari sensor input yang sudah berupa kontak relay. PLC Siemens S7-200 ini sendiri terdiri dari beberapa jenis yaitu : CPU 221,CPU222,CPU 224,cpu 224XP, dan CPU 226. CPU 221 berguna dalam tugas otomatisasi sederhana, lebih bernilai ekonomis dan alat terbaik jika ingin hasil yang efektif dengan performa sederhana/seadanya. Diagram wiring bagi CPU 221.

Gambar 2.11 CPU 221 CPU 222 Berguna untuk tugas yang lebih rumit/kompleks, memiliki tingkat kapabilitas yang lebih baik dengan small system solutions.

Gambar 2.12 CPU 222 CPU 224 CPU dengan tingkat performa yang lebih tinggi dan membutuhkan kecepatan proses yang besar kemampuan komunikasi khusus.

Gambar 2.13 CPU 224 CPU 224XP Memiliki 2 interface, 2 analog input dan 1 analog output. Dengan fungsi menyelesaikan tugas drive yang sederhana, dengan 2 pulsa output 100 kHz dan dua dengan kecepatan 200 kHz counter.

Gambar 2.14 CPU 224XP 2.6 Kelebihan dan Kekurangan PLC Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut: 1. Sekuensial Control PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik

secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step atau langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat. 2. Monitoring Plant PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator. Dengan menggunakan PLC akan diperoleh banyak keuntungan diantaranya adalah sebagai berikut: Fleksibel Pada masa lalu, tiap perangkat elektronik yang berbeda dikendalikan dengan pengendalinya masing-masing. Misal sepuluh mesin membutuhkan sepuluh pengendali, tetapi kini hanya dengan satu PLC kesepuluh mesin tersebut dapat dijalankan dengan programnya masing-masing. Perubahan dan pengkoreksian kesalahan sistem lebih mudah Bila salah satu sistem akan diubah atau dikoreksi maka pengubahannya hanya dilakukan pada program yang terdapat di komputer, dalam waktu yang relatif singkat, setelah itu didownload ke PLC-nya. Apabila tidak menggunakan PLC, misalnya relay maka perubahannya dilakukan dengan cara mengubah pengkabelannya. Cara ini tentunya memakan waktu yang lama. Jumlah kontak yang banyak Jumlah kontak yang dimiliki oleh PLC pada masingmasing coil lebih banyak daripada kontak yang dimiliki oleh sebuah relay. Harganya lebih murah PLC mampu menyederhanakan banyak pengkabelan dibandingkan dengan sebuah relay. Maka harga dari sebuah PLC lebih murah dibandingkan dengan harga beberapa buah

relay yang mampu melakukan pengkabelan dengan jumlah yang sama dengan sebuah PLC. PLC mencakup relay, timers, counters, sequencers, dan berbagai fungsi lainnya. Pilot running PLC yang terprogram dapat dijalankan dan dievaluasi terlebih dahulu di kantor atau laboratorium. Programnya dapat ditulis, diuji, diobserbvasi dan dimodifikasi bila memang dibutuhkan dan hal ini menghemat waktu bila dibandingkan dengan sistem relay konvensional yang diuji dengan hasil terbaik di pabrik. Observasi visual Selama program dijalankan, operasi pada PLC dapat dilihat pada layar CRT. Kesalahan dari operasinya pun dapat diamati bila terjadi. Kecepatan operasi Kecepatan operasi PLC lebih cepat dibandingkan dengan relay. Kecepatan PLC ditentukan dengan waktu scannya dalam satuan millisecond. Metode Pemrograman Ladder atau Boolean Pemrograman PLC dapat dinyatakan dengan pemrograman ladder bagi teknisi, atau aljabar Boolean bagi programmer yang bekerja di sistem kontrol digital atau Boolean. Sifatnya tahan uji Solid state device lebih tahan uji dibandingkan dengan relay dan timers mekanik atau elektrik. PLC merupakan solid state device sehingga bersifat lebih tahan uji. Menyederhanakan komponen-komponen sistem kontrol Dalam PLC juga terdapat counter, relay dan komponenkomponen lainnya, sehingga tidak membutuhkan komponenkomponen tersebut sebagai tambahan. Penggunaan relay membutuhkan counter, timer ataupun komponen-komponen lainnya sebagai peralatan tambahan. Dokumentasi

Printout dari PLC dapat langsung diperoleh dan tidak perlu melihat blueprint circuit-nya. Tidak seperti relay yang printout sirkuitnya tidak dapat diperoleh. Keamanan Pengubahan pada PLC tidak dapat dilakukan kecuali PLC tidak dikunci dan diprogram. Jadi tidak ada orang yang tidak berkepentingan dapat mengubah program PLC selama PLC tersebut dikunci. Dapat melakukan pengubahan dengan pemrograman ulang Karena PLC dapat diprogram ulang secara cepat, proses produksi yang bercampur dapat diselesaikan. Misal bagian B akan dijalankan tetapi bagian A masih dalam proses, maka proses pada bagian B dapat diprogram ulang dalam satuan detik. Penambahan rangkaian lebih cepat Pengguna dapat menambah rangkaian pengendali sewaktu-waktu dengan cepat, tanpa memerlukan tenaga dan biaya yang besar seperti pada pengendali konvensional. Selain keuntungan yang telah disebutkan di atas maka ada kerugian yang dimiliki oleh PLC, yaitu: Teknologi yang masih baru Pengubahan sistem kontrol lama yang menggunakan ladder atau relay ke konsep komputer PLC merupakan hal yang sulit bagi sebagian orang Buruk untuk aplikasi program yang tetap Beberapa aplikasi merupakan aplikasi dengan satu fungsi. Sedangkan PLC dapat mencakup beberapa fungsi sekaligus. Pada aplikasi dengan satu fungsi jarang sekali dilakukan perubahan bahkan tidak sama sekali, sehingga penggunaan PLC pada aplikasi dengan satu fungsi akan memboroskan (biaya). Pertimbangan lingkungan Dalam suatu pemrosesan, lingkungan mungkin mengalami pemanasan yang tinggi, vibrasi yang kontak

langsung dengan alat-alat elektronik di dalam PLC dan hal ini bila terjadi terus menerus, mengganggu kinerja PLC sehingga tidak berfungsi optimal. Operasi dengan rangkaian yang tetap Jika rangkaian pada sebuah operasi tidak diubah maka penggunaan PLC lebih mahal dibanding dengan peralatan kontrol lainnya. PLC akan menjadi lebih efektif bila program pada proses tersebut di-upgrade secara periodik.