4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Materi yang berhubungan dengan miniatur lift berbasis PLC sudah banyak

diangkat sebagai judul untuk menyelesaikan studi di jurusan Teknik Elektro. Tugas

Akhir mahasiswa Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara contohnya, mengangkat

judul Perancangan Prototipe lift 4 lantai yang dikontrol PLC (Syafrizal, 2009) dalam

tulisannya Syafrizal tidak memanfaatkan Tugas Akhirnya sebagai modul praktikum.

Tugas Akhir yang dimaksud hanya dibatasi sebagai pengguna dan hanya membahas

struktur dan arsitektur serta komponen-komponen dasar PLC, dan tidak dibahas

secara mendetail, tidak membahas karakteristik motor arus searah secara mendalam.

Tugas Akhir lainnya misalnya dibuat oleh mahasiswa Teknik Elektro Institut

Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, dengan judul Pembuatan Miniatur Lift

Barang 3 Lantai Dengan Penggerak Berupa Ulir (Hadziq,M. dan R.H. Putra, 2009).

Tugas Akhir ini dibuat hanya sebagai cara kerja lift barang yang sebenarnya

digunakan dalam industri.

Dalam penelusuran pustaka yang telah dilakukan, khususnya yang

berhubungan dengan materi PLC, belum ditemukan rancang bangun miniatur lift

sebagai modul praktikum PLC dan Mekatronika. Adapun referensi yang ditemukan

hanya sekedar memberi teori singkat tentang cara kerja lift, fungsi PLC dan cara

pengontrolan motor melalui program yang diisikan dalam PLC dan belum

mencantumkan pembahasan mengenai rancang bangun miniatur lift serta sebagai

modul praktikum mata kuliah PLC dan Mekatronika seperti yang dilakukan dengan

Tugas Akhir yang dibuat.

5

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Lift

Lift adalah seperangkat alat yang digunakan untuk mengangkut orang atau

barang secara vertikal dengan menggunakan seperangkat alat mekanik baik disertai

alat otomatis ataupun manual (Wicaksono. H, 2009). Lift bekerja dengan bantuan

relay atau kontaktor magnetik pada umumnya, pengendali lift yang digunakan adalah

sistem pengendali lift berbasis PLC.

2.2.2 Programmable Logic Controller (PLC)

PLC (Programmable Logic Controller) yaitu kendali logika terprogram

merupakan suatu piranti elektronik yang dirancang untuk dapat beroperasi secara

digital dengan menggunakan memori sebagai media penyimpanan instruksi-instruksi

internal untuk menjalankan fungsi-fungsi logika, seperti fungsi pencacah, fungsi

urutan proses, fungsi pewaktu, fungsi aritmatika, dan fungsi yang lainnya dengan cara

memprogramnya.(Budianto, M., A. Wijaya, 2003) Program-program dibuat

kemudian dimasukkan dalam PLC melalui programmer. Pembuatan program dapat

menggunakan komputer sehingga dapat mempercepat hasil pekerjaan. Setelah

program selesai ditulis dan diuji, maka program dapat didesain dengan mudah ke

sejumlah PLC lainnya. Fungsi lain pada PLC adalah dapat digunakan untuk

memonitor jalannya proses pengendalian yang sedang berlangsung, sehingga dapat

dengan mudah dikenali urutan kerja (work sequence) proses pengendalian yang

terjadi pada saat itu.

Pabrik pembuat PLC mendesain sedemikian rupa sehingga pengguna dapat

dengan mudah menguasai fungsi-fungsi dan logika-logika dalam PLC hanya dalam

beberapa jam saja. Fungsi-fungsi dasar yang banyak digunakan antara lain : kontak-

kontak logika, pewaktu (timer), dan pencacah (counter).

6

Dalam sistem PLC terdapat empat komponen bagian utama, yaitu :

1. Central Processing Unit (CPU), merupakan otak dari PLC yang terdiri dari 3

(tiga) bagian, yaitu :

a. Mikroprosesor, merupakan otak dari PLC yang difungsikan untuk operasi

matematika dan operasi logika.

b. Memori, merupakan daerah CPU yang digunakan untuk melakukan proses

penyimpanan dan pengiriman data pada PLC.

c. Catu daya, yang berfungsi untuk mengubah sumber masukan tegangan

bolak-balik menjadi tegangan searah.

2. Programmer/Monitor, adalah perangkat pemrograman yang digunakan untuk

pemrograman ini umumnya tidak tersambung secara permanen ke dalam PLC.

Jalannya program juga dapat diamati melalui perangkat ini.

3. Input/Output Modules, adalah antarmuka antara PLC dan perangkat eksternal

(peralatan input dan peralatan output) dimana prosesor menerima informasi

dari perangkat-perangkat eksternal tersebut dan mengkomunikasikan informasi

kontrol ke perangkat-perangkat eksternal tersebut.

4. Raks dan Chasis, adalah sebagai rumah untuk PLC dan sebagai dudukan PLC

agar posisinya stabil.

Secara blok diagram, hubungan utama dari PLC dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Hubungan Bagian Utama dari PLC (Sumber: Putra, A.E, 2004)

7

2.2.3 Programmable Logic Controller (PLC) OMRON CPMA1-30CDR-D

Berikut adalah karakteristik dari PLC OMRON NCPMA1-30CDR-D yang

dikutip dari Beginner Guide PLC Controller (Omron Asia Pacific LTD PTE, 1999).

Secara umum, PLC Omron CPMA1-30CDR-D memiliki karakteristik sebagai

berikut:

Memiliki 30 terminal I/O yang terpasang dalam CPU, yaitu 18 buah terminal

input dan 12 buah terminal output.

Sebuah satuan I/O ekspansi dapat dihubungkan ke CPU dengan menambah 20

terminal I/O ekstra.

PLC CPMA1-30CDR-D diperlengkapi dengan sebuah fungsi filter untuk

mencegah operasi yang salah yang disebabkan oleh chatter atau noise pada

sinyal input. Pemakai dapat memilih sebuah konstanta waktu input 1 ms, 2

ms, 4 ms, 8 ms, 16 ms, 32 ms, 64 ms, atau 128 ms.

Memori flash menyediakan memori cadangan tanpa baterei.

Input respon-cepat dapat mendeteksi sinyal input dengan pulsa sependek 0,2

ms tanpa peduli saatnya selama siklus PLC. Input respon-cepat dan input

interupsi menggunakan terminal input yang sama.

PLC CPMA1-30CDR-D mempunyai sebuah timer interval berkecepatan

tinggi yang dapat diset dari 0,5 ms sampai 319968 ms. Timer dapat diset

untuk memicu sebuah interupsi tunggal (one-shot mode) atau interupsi

berulang terjadwal (scheduled interrupt mode).

PLC CPMA1-30CDR-D mempunyai counter berkecepatan tinggi yang dapat

digunakan dalam mode hitungan naik (incremental mode) atau mode up/down.

Counter berkecepatan tinggi dapat dikombinasikan dengan input interupsi

untuk melakukan kontrol nilai target atau kontrol daerah perbandingan yang

tidak dipengaruhi oleh waktu siklus PLC.

8

PLC CPMA1-30CDR-D mempunyai 2 kontrol volume analog yang dapat

dipakai untuk membuat setting analog secara manual.

PLC CPMA1-30CDR-D kompatibel dengan Host Link, yang memungkinkan

komunikasi dengan personal komputer. CPMA1-30CDR-D yang

menggunakan Host Link dapat juga berkomunikasi dengan Programmable

Terminal yang menggunakan perintah Host Link.

Adapter RS-232C digunakan untuk komunikasi 1 ke 1 dan adapter RS-422

digunakan untuk komunikasi 1 ke n.

Operasi berkecepatan tinggi dapat dicapai dengan tersedianya sebuah akses

langsung dengan menghubungkan CPMA1-30CDR-D ke Programmable

Terminal melalui antarmuka NT Link. Adapter RS-232 digunakan untuk

penyambungan tersebut.

CPMA1-30CDR-D menggunakan Programming Consule dan Ladder Support

Software (SYSWIN) seperti PLC Omron lainnya.

Gambar PLC Omron CPMA1-30CDR-D dapat dilihat pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. PLC Omron CPMA1-30CDR-D

9

Seperti terlihat pada Gambar 2.2., PLC Omron CPMA1-30CDR-D selain

adanya indikator keluaran (OUT) dan masukan (IN), terlihat juga adanya empat

macam lampu indikator yaitu PWR, RUN, ERR/ALM dan COMM. Arti masing-

masing lampu indikator tersebut ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Arti Lampu Indikator PLC Omron CPMA1-30CDR-D

Indikator Status Keterangan

PWR

(hijau)

ON Catu daya disalurkan ke PLC

OFF Catu daya tidak disalurkan ke PLC

RUN

(hijau)

ON PLC dalam kondisi mode kerja RUN atau MONITOR

OFF PLC dalam kondisi mode PROGRAM atau munculnya

kesalahan yang fatal

COMM

(kuning)

Kedip Data sedang dikirim melalui port periferal atau RS-232C

OFF Tidak ada proses pengiriman data melalui port periferal maupun

RS-232C

ERR/ALM

(merah)

ON Muncul suatu kesalahan fatal (operasi PLC berhenti)

Kedip Muncul suatu kesalahan tak-fatal (operasi PLC berlanjut)

OFF Operasi berjalan dengan normal

2.2.4. Diagram Tangga (Ladder Diagram)

Program untuk sistem-sistem berbasis mikroprosesor harus dimuatkan dalam

bentuk kode mesin. Kode ini merupakan serangkaian bilangan biner yang

mempresentasikan instruksi-instruksi program. Bahasa assembler berbasis mnemonic

juga dapat dipakai. Akan tetapi, penggunaan metode-metode ini untuk menuliskan

program membutuhkan keahlian pemrograman hingga taraf tertentu, sementara PLC

ditujukan untuk dapat digunakan oleh para insinyur yang tidak memiliki banyak

pengetahuan mengenai pemrograman. Sebagai konsekuensinya, dikembangkanlah

10

metode pemrograman tangga (ladder programming). Metode ini menyediakan suatu

cara untuk menuliskan program-program, yang kemudian dapat dikonversikan

menjadi kode mesin oleh suatu software sehingga dapat digunakan oleh

mikroprosesor PLC.

Sebuah diagram tangga atau ladder diagram terdiri dari sebuah garis menurun

ke bawah pada sisi kiri dengan garis-garis bercabang ke kanan. Garis yang ada di

sebelah kiri disebut sebagai palang bis (bus bar), sedangkan garis-garis cabang (the

branching lines) adalah baris instruksi atau anak tangga. Sepanjang garis instruksi

ditempatkan berbagai macam kondisi yang terhubung ke instruksi lain di sisi kanan.

Kombinasi logika dari instruksi-instruksi tersebut menyatakan kapan dan bagaimana

instruksi yang ada di sisi kanan tersebut dikerjakan.

2.2.5. Instruksi-Instruksi Dasar Pemrograman

1. Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT)

Kondisi pertama yang mengawali sembarang blok logika di dalam diagram

tangga berkaitan dengan instruksi LD atau LD NOT.

Diagram ladder instruksi LOAD dan LOAD NOT :

Gambar 2.3 diagram ladder instruksi LOAD dan LOAD NOT

11

Kode mnemonic LOAD dan LOAD NOT dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Kode Mnemonic LOAD dan LOAD NOT

Alamat Instruksi Operan

00000 LD 00000

00001 Instruksi

00002 LD NOT 00000

00003 Instruksi

2. Instruksi And Dan And Not

Jika terdapat dua atau lebih kondisi yang dihubungkan secara seri pada

garis instruksi yang sama, maka kondisi yang pertama menggunakan instruksi

LD atau LD NOT dan sisanya menggunakan instruksi AND dan AND NOT.

Diagram ladder instruksi AND dan AND NOT:

Gambar 2.4 Ladder Diagram Instruksi AND dan AND NOT

12

Kode mnemonic instruksi AND Dan AND NOT dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 mnemonic instruksi AND Dan AND NOT

Alamat Instruksi Operan

00000 LD 00000

00001 AND NOT 00100

00002 AND LR 0000

00003 Instruksi

3. Instruksi Or Dan Or Not

Jika dua atau lebih kondisi dihubungkan secara paralel, artinya dalam garis

instruksi yang berbeda kemudian bergabung lagi dalam satu garis instruksi yang

sama, maka kondisi pertama terkait dengan instruksi LD atau LD NOT dan sisanya

berkaitan dengan instruksi OR atau OR NOT.

Diagram ladder instruksi OR Dan OR NOT:

Gambar 2.5 Ladder Diagram Instruksi OR Dan OR NOT

13

Kode mnemonic instruksi OR Dan OR NOT dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Ladder Diagram Instruksi OR Dan OR NOT

Alamat Instruksi Operan

00000 LD NOT 00000

00001 OR NOT 00100

00002 OR LR 0000

00003 Instruksi

4. Instruksi Output (Out) Dan Output Not (Out Not)

Kedua instruksi ini digunakan untuk mengontrol bit operan yang berkaitan dengan

kondisi eksekusi (apakah ON atau OFF). Dengan menggunakan instruksi OUT, maka bit

operan akan menjadi ON jika kondisi eksekusinya juga ON. Sedangkan OUT NOT akan

menyebabkan bit operan menjadi ON jika kondisi eksekusinya OFF.

Diagram ladder instruksi OUT:

Gambar 2.6 instruksi OUT

14

Kode mnemonic instruksi OUT dapat dilihat pada Tabel 2.5.

Tabel 2.5 Mnemonic Instruksi Out

Alamat Instruksi Operan

00000 LD 00000

00001 OUT 01000

Diagram ladder instruksi OUT NOT:

Gambar 2.7 Ladder Diagram Instruksi OUT NOT

Kode mnemonic instruksi OUT NOT dapat dilihat pada Tabel 2.6.

Tabel 2.6 Mnemonic Instruksi OUT NOT

Alamat Instruksi Operan

00000 LD 00000

00001 OUT NOT 01000

15

5. Instruksi Timer (Tim 01+50)

Instruksi TIM (Timer) dapat digunakan sebagai timer ON-delay atau timer

OFF-delay pada rangkaian relay. Nilai setting value (SV) berkisar dari 0000 sampai

9999 ( 0 sampai 999,9 detik).

Diagram ladder rangkaian On dan Off delay:

Gambar 2.8 Ladder Diagram Instruksi Timer (Tim 01+50)

16

Kode Mnemonic instruksi TIMER (TIM 01+50) dapat dilihat pada Tabel 2.7.

Tabel 2.7 Mnemonic Instruksi Timer (Tim 01+50)

Alamat Instruksi Operan

00000 LD 00000

00001 TIM 000

#0050

00002 LD TIM000

00003 OR 01000

00004 AND NOT TIM001

00005 OUT 01000

00006 LD 01000

00007 AND NOT 00000

00008 TIM 001

#0050

00009 END(01)

6. Instruksi Counter (CNT)

Instruksi CNT (Counter) adalah sebuah counter penurunan yang diset awal.

Penurunan satu hitungan setiap kali saat sebuah sinyal input berubah dari OFF ke

ON. Counter harus diprogram dengan input hitung, input reset, angka counter, dan

nilai set (SV). Nilai set ini dapat berkisar dari 0000 sampai 9999.

17

Diagram ladder COUNTER (CNT):

Gambar 2.9 Ladder Diagram Instruksi Counter (CNT)

Kode mnemonic instruksi COUNTER (CNT) dapat dilihat pada Tabel 2.8.

Tabel 2.8 mnemonic instruksi COUNTER (CNT)

Alamat Instruksi Operan

00000 LD 00000

00001 LD 00002

00002 CNT 001

#0010

00003 LD CNT 001

00004 OUT 01002

00005 END(01)

18

7. Instruksi End

Instruksi terakhir yang harus dituliskan atau digambarkan dalam diagram

tangga adalah instruksi END. CPU pada PLC akan mengerjakan semua instruksi

dalam program dari awal (baris pertama) hingga ditemui instruksi END yang

pertama, sebelum kembali lagi mengerjakan instruksi dalam program dari awal lagi.

Artinya instruksi-instruksi yang ada di bawah atau setelah instruksi END akan

diabaikan.

Diagram ladder instruksi END:

Gambar 2.10 instruksi Ladder diagram END

2.2.6. Software SYSWIN V_3.4

Diagram tangga dibuat dengan menggunakan program penyuntingan

diagram tangga yang dijalankan melalui komputer dan komunikasi transfer

programnya dilakukan melalui kanal serial. SYSWIN adalah software pemrograman

diagram tangga untuk PLC OMRON CPMA1-30CDR-D. Jendela penyuntingan

diagram tangga ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11. SYSWIN Window

19

2.2.7. Motor DC

Motor DC adalah suatu mesin yang berfungsi mengubah tenaga listrik arus

searah menjadi tenaga gerak atau energy mekanik, dimana tenaga gerak tersebut

berupa putaran dari pada rotor. (Okanandaferry.wordpress.com). Prinsip kerjanya

adalah apabila sebuah kawat penghantar yang dialiri arus diletakan diantara dua buah

kutub magnet maka pada kawat itu akan bekerja suatu gaya yang mengerakan kawat

itu (gaya Lorentz). Kontruksi dari motor DC terbagi atas beberapa bagian antara lain:

Stator atau bagian yang diam, terdiri dari:

Rumah stator (gandar) sebagai tempat jalan mengalirnya medan magnet

yang dihasilkan oleh kutub-kutub magnet, dan melindungi bagian-bagian

mesin lainnya, sehingga dibuat dari bahan feromagnetic.

Rotor yang berputar, terdiri dari jangkar, lilitan jangkar, komutator dan

sikat.

Gambar 2.12 Motor DC/ Power Window

20

2.2.8 LIMIT SWITCH

Saklar batas waktu atau limit switch adalah saklar yang dapat dioperasikan

secara otomatis ataupun manual. Limit Switch mempunyai fungsi yang sama yaitu

kontak NO (normaly open) dan NC (normaly close). Limit switch akan bekerja jika

ada benda yang menekan rollernya sehingga kedudukan kontak NO menjadi NC dan

kontak NC menjadi NO. jika benda sudah diangkat, roller dari limit switch kembali

ke posisi semula, demikian pula dengan kedudukan kontak-kontaknya.

Gambar 2.13 Limit Switch

2.2.9 PUSH BUTTON

Push button adalah saklar yang beroperasi dengan cara ditekan, dan bisa

melakukan dua fungsi berbeda, yakni menutup sirkuit bila ditekan, atau justru

membuka sirkuit bila ditekan. Jika tekanan dilepaskan atau terjadi tekanan berikutnya

maka akan menormalkan kembali tombol ke posisi semula dan sirkuit kembali ke

status semula.

Gambar 2.14 Push Button

21

2.2.10 RELAY

Relay adalah saklar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara

elektronik (elektro magnetik). Saklar pada relay akan terjadi perubahan posisi OFF

ke ON pada saat diberikan energi elektro magnetik pada armatur relay tersebut. Relay

pada dasarnya terdiri dari 2 bagian utama yaitu saklar mekanik dan sistem

pembangkit elektromagnetik (induktor inti besi). saklar atau kontaktor relay

dikendalikan menggunakan tegangan listrik yang diberikan ke induktor pembangkit

magnet untuk menarik armatur tuas saklar atau kontaktor relay. Relay yang ada

dipasaran terdapat berbagai bentuk dan ukuran dengan tegangan kerja dan jumalh

saklar yang berfariasi, berikut adalah salah satu bentuk relay yang ada dipasaran.

Contoh relay elektro mekanik relay dibutuhkan dalam rangkaian elektronika sebagai

eksekutor sekaligus interface antara beban dan sistem kendali elektronik yang

berbeda sistem power supply-nya. Secara fisik antara saklar atau kontaktor dengan

elektromagnet relay terpisah sehingga antara beban dan sistem kontrol terpisah.

Bagian utama relay elektro mekanik adalah sebagai berikut. Kumparan elektromagnet

saklar atau kontaktor Swing Armatur Spring (Pegas) konstruksi relay elektro mekanik

posisi NC (Normally Close) dari konstruksi relay elektro mekanik diatas dapat

diuraikan sistem kerja atau proses relay bekerja. Pada saat elektromagnet tidak

diberikan sumber tegangan maka tidak ada medan magnet yang menarik armatur,

sehingga skalar relay tetap terhubung ke terminal NC (Normally Close) seperti

terlihat pada gambar konstruksi diatas. Kemudian pada saat elektromagnet diberikan

sumber tegangan maka terdapat medan magnet yang menarik armatur, sehingga

saklar relay terhubung ke terminal NO (Normally Open) seperti terlihat pada gambar

2.15. Konstruksi relai elektro mekanik posisi NO (Normally Open) relay elektro

mekanik memiliki kondisi saklar atau kontaktor dalam 3 posisi. Ketiga posisi saklar

atau kontaktor relay ini akan berubah pada saat relay mendapat tegangan sumber pada

elektromagnetnya. Ketiga posisi saklar relay tersbut adalah : Posisi Normally Open

(NO), yaitu posisi saklar relay yang terhubung ke terminal NO (Normally Open).

22

Kondisi ini akan terjadi pada saat relay mendapat tegangan sumber pada

elektromagnetnya. Posisi Normally Close (NC), yaitu posisi saklar relay yang

terhubung ke terminal NC (Normally Close). Kondisi ini terjadi pada saat relay tidak

mendapat tegangan sumber pada elektromagnetnya. Posisi Change Over (CO), yaitu

kondisi perubahan armatur saklar relay yang berubah dari posisi NC ke NO atau

sebaliknya dari NO ke NC. Kondisi ini terjadi saat sumber tegangan diberikan ke

elektromagnet atau saat sumber tegangan diputus dari elektromagnet relay. Relay

yang ada dipasaran terdapat bebarapa jenis sesuai dengan desain yang ditentukan oleh

produsen relay. Dilihat dari desai saklar relay maka relay dibedakan menjadi : Single

Pole Single Throw (SPST), relay ini memiliki 4 terminal yaitu 2 terminal untuk input

kumaparan elektromagnet dan 2 terminal saklar. Relay ini hanya memiliki posisi NO

(Normally Open) saja. Single Pole Double Throw (SPDT), relay ini memiliki 5

terminal yaitu terdiri dari 2 terminal untuk input kumparan elektromagnetik dan 3

terminal saklar. relay jenis ini memiliki 2 kondisi NO dan NC. Double Pole Single

Throw (DPST), relay jenis ini memiliki 6 terminal yaitu terdiri dari 2 terminal untuk

input kumparan elektromagnetik dan 4 terminal saklar untuk 2 saklar yang masing-

masing saklar hanya memiliki kondisi NO saja. Double Pole Double Throw (DPDT),

relay jenis ini memiliki 8 terminal yang terdiri dari 2 terminal untuk kumparan

elektromagnetik dan 6 terminal untuk 2 saklar dengan 2 kondisi NC dan NO untuk

masing-masing saklarnya. Relay dapat digunakan untuk mengontrol motor AC

dengan rangkaian kontrol DC atau beban lain dengan sumber tegangan yang berbeda

antara tegangan rangkaian kontrol dan tegangan beban.

Gambar 2.15 Relay