5–1

Modul 6PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER5.1 PengantarPada aplikasi industri, banyak dibutuhkan implementasi pengontrol proses yang akan beraksimenghasilkan output sebagai fungsi dari state, perubahan state, atau beberapa variabel biner.Sistem yang mengimplementasikan fungsi ini disebut sistem pengontrol logic karena input dansinyal yang diproses berupa variabel biner.Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana suatu logic controller mengontrol suatu prosesaktuatorIndustrial ProsessensorLogic controllerdisplayindustri secara closed loop.Combinational LogicControllerSequentialasynchronoussynchronous

Klasifikasi dari logic controller:Sistem kontrol atau sistem kendali dengan menggunakan logic controller merupakan basisdari sistem kendali terotomatisasi. Sistem kendali terotomatisasi dapat diimplementasikan denganteknologi hard-wired dan teknologi yang dapat diprogram (programmable technology).

5–2Dalam teknologi hard-wired, sistem kendali terdiri dari modul-modul perangkat kerasyang dihubungkan satu sama lain. Fungsi yang dibentuk adalah fungsi hasil dari modul-modul yang dipilih. Susunan perangkat keras yang spesifik akan menghasilkan aksikendali spesifik dan untuk proses plant yang tertentu pula. Apabila diinginkan untukmengendalikan plant yang lain, maka susunan perangkat keras ini harus diubah secaramenyeluruh.Dalam programmable technology, unit kendali diimplementasikan dengan modulterintegrasi berupa peralatan pemrograman yang didesain secara khusus sehinggaberfungsi sebagai multi-modul. Artinya unit kendali ini dapat digunakan dalam berbagaiproses/plant. Jika diinginkan mengendalikan plant yang lain maka tidak perlu susahmerombak susunan hardware-nya, tetapi cukup mengganti program kendalinya secarasoftware.Sistem hard-wired:Tiga jenis teknologi yang digunakan pada sistem otomatis hard-wired:1. Relay elektromagnetTerdiri dari kontak yang digerakkan dengan kumparan. Relay ini adalah komponen dasaryang digunakan dalam teknologi hard-wired.2. Modul logika pneumatikTerdiri dari katup pneumatik yang menggunakan udara terkompresi sebagai medianya. Halini seperti yang telah diuraikan pada bab sebelumnya mengenai pneumatik. Katup pneumatik inimerupakan unit pemroses sinyal yang akan menghasilkan aksi kendali ke aktuator.3. Modul elektronikTerdiri dari komponen elektronika. Hubungan antar modul dilakukan dengan kabel sepertirangkaian biasa. Modul elektronik ini juga merupakan pemroses sinyal. Papan elektronik hanyakompetitif untuk sistem kendali yang identik dalam jumlah besar.

5–3Teknologi di atas digunakan untuk plant atau sistem yang tetap karena instalasi besertawiring-nya membutuhkan biaya yang mahal. Dapat dibayangkan betapa mahalnya jikamerombak susunan perkabelan atau hubungan dari modul-modulnya apabila digunakan untukplant yang berbeda.Programmable technologyTeknologi ini dipakai untuk sistem yang membutuhkan fleksibilitas yang tinggi (multimodul). Peralatan terprogram ini menggunakan teknologi terintegrasi dari elektronika yangberfungsi sebagai pengolah sinyal dengan respon yang cepat.Sistem hard-wired digunakan untuk sistem dengan masukan dan keluaran yang terbatas atausistem dengan pemrosesan data yang kecil. Sedangkan programmable controller digunakan padasistem yang membutuhkan pemrosesan sinyal dalam jumlah yang besar. Dalam pemilihan antaradua teknologi tersebut harus diperhatikan kriteria kelayakan dan kriteria optimalnya. Kriteriakelayakan adalah bagaimana perangkat tersebut dapat menyelesaikan masalah yang ada.Sedangkan kriteria optimal adalah mengoptimalkan aspek-aspek yang berhubungan seperti biaya,faktor keamanan, efisiensi, dan kehandalan.5.2. Pengenalan PLCPROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) adalah elemen kendali yang fungsipengendaliannya dapat diprogram sesuai keperluan. PLC mempunyai jenis input/output berupasinyal logic on off. Alat ini mempunyai kemampuan menyimpan instruksi-instruksi untukmelaksanakan fungsi kendali atau melaksanakan suatu perintah kerja yang sekuensial,perhitungan aritmatik, pemrosesan numerik, sarana komunikasi dari suatu proses.Perkembangan PLC sangat erat dengan perkembangan mikroprosesor. Seiring denganmeningkatnya kemampuan mikroprosesor, maka kemampuan PLC akan meningkat juga. Saat iniPLC telah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modul-modul kendali tertentu seperti

5–4PID kontroler, multi-channel analog I/O, berkomunikasi dengan komputer atau PLC lain, bahkandapat juga mentransmisikan data untuk keperluan pengontrolan jarak jauh (remote).Keuntungan dari PLC antara lain:Kemudahan untuk memprogram dan mengubah program sesuai kebutuhan.Kemudahan dalam pemeliharaan dan perbaikanBersifat fleksibel dan multi-modul serta ukurannya yang kompak dan praktis untuk di-installdilapangan industri. Hal ini merupakan kemajuan dari teknologi relay.Biaya total pada akhirnya akan dapat ditekan dibandingkan teknologi hard-wired.5.3. Sistem kerja PLCPLC menerima sinyal input dari peralatan sensor berupa sinyal on off. Apabila input berupasinyal analog, maka dibutuhkan input analog modul yang mengkonversi sinyal analog menjadisinyal digital. Sinyal ini akan dikirim ke Central Processing Unit untuk diproses sesuai programyang telah dibuat. Hasil pemrosesan berupa sinyal keluaran digital yang dikirim ke modul outputALAT PEMROGRAMPCHAND HELD PROGRAMMERTABELINPUTPROGRAMAPLIKASI PLCTABELOUTPUTDATAINPUT DEVICESWITCHSENSORPUSH BUTTONOUTPUT DEVICELAMPURELAYMOTORVALVESISTEM I/O

5–5untuk menjalankan aktuator. Jika aktuator membutuhkan sinyal analog, maka dibutuhkan analogoutput modul.Prinsip kerja PLC:5.4. Perangkat keras PLCPLC mempunyai kemiripan struktur dasar dengan komputer karena pada dasarnya PLCmerupakan perangkat yang berbasiskan mikroprosesor. Komponen dasar PLC adalah:1. Central Processing Unit atau disebut juga Central Controlling Unit, terdiri atas bagian:Processor, memory, dan power supply.2. Struktur input/output.3. Program device5.4.1. Central Controlling/Processing UnitCCU merupakan otak dari PLC, dimana ia akan mengendalikan dan mengawasi jalannyaoperasi dalam PLC sesuai dengan instruksi program yang tersimpan dalam memori. Suatu jalurkomunikasi internal akan membawa informasi dari dan ke CCU, memori, unit I/O, dengandikendalikan oleh CCU. Sistem CCU pada PLC berbasis mikroprosesor.5.4.2. MemoriKarakteristik terpenting PLC adalah kemudahan pemakai dalam mengganti program denganmudah dan cepat. Kemudahan ini didapatkan karena arsitektur PLC yang dilengkapi dengansistem memori. Sistem memori yang dimaksud adalah tempat pada CCU yang dapat menyimpandata-data urutan instruksi ataupun program yang nantinya akan dieksekusi oleh prosesor. Sistemmemori PLC terdiri dari dua macam:Executive memori: atau disebut juga memori sistem operasi. Sistem memori ini adalahtempat menyimpan program yang menangani operasi PLC.Program permanen inimenjalankan aktivitas seluruh sistem seperti eksekusi program, komunikasi peralatan, dll.

5–6Bagian ini menyimpan instruksi-instruksi software seperti instruksi internal relay, blocktransfer, instruksi aritmatik dll.Application memori: Sistem ini untuk menyimpan instruksi program yang dimasukkanoleh pemakai untuk menjalankan proses kendali tertentu. Di samping itu terdapat memoripenyimpanan status (status register) input/output dan status fungsi dalam PLC itu sendiriseperti timer dan counter.5.4.3. Modul input/outputModul I/O dari suatu PLC merupakan komunikasi atau hubungan PLC dengan dunia luar.Dengan modul ini maka PLC mampu mengendalikan suatu proses. Unit I/O ini mempunyaikarakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan jenis PLC nya. Ada PLC yang mempunyai 8 bitI/O digital tetapi dapat juga terdapat modul extended I/O yang memungkinkan PLC memilikibanyak I/O. Tiap I/O ini mempunyai alamat tersendiri yang akan digunakan pada program.Modul input PLC berhubungan dengan elemen sensor yang memberikan informasi keadaanproses. Sinyal informasi ini akan diolah sesuai dengan program yang telah dibuat oleh CCU.Sedangkan modul output PLC berhubungan dengan elemen aktuator yang akan memberikan aksikendali kepada plant.Apabila input berupa sinyal analog, maka dibutuhkan suatu modul input analog yangberfungsi sebagai ADC. Modul ini juga akan mengkondisikan sinyal input sehingga range inputanalog menjadi sesuai dengan range input ADC (scaling). Begitu juga dengan output, apabilaaktuator membutuhkan sinyal analog maka dibutuhkan modul output analog. Dengan demikianPLC mempunyai kemampuan lebih dengan menerima input dan memberikan output analogdengan pemrosesan sinyal secara digital.5.4.4. Programming Device.Bagian ini merupakan elemen yang berinteraksi dengan pemakai. Alat ini memudahkanpemakai dalam memprogram ataupun mengubah program PLC. Apabila PLC sudah terprogram,

5–7maka alat ini tidak diperlukan lagi dan PLC bekerja secara mandiri. Alat ini dapat berupa hand-held programmer/console berbentuk seperti kalkulator kecil untuk memasukkan program.Programming device dapat juga berupa personal computer dengan software tertentu yangdikeluarkan oleh pembuat PLC. Masing-masing alat, mempunyai kelebihan dan kekurangan.Hand-held programmer bentuknya kecil dan praktis digunakan di lapangan, tetapi tidakkomunikatif dengan user karena tampilan programnya hanya satu baris. Sedangkan PC tidakmudah dibawa atau dipindahkan ke lapangan tetapi cara pemrogramannya lebih mudah karenasoftware-nya telah dirancang untuk memudahkan.5.4.5 Modul-modul tambahanUntuk melengkapi kemampuan PLC maka digunakan modul tambahan:I/O analog seperti yang telah dijelaskan di atasModul controller yang didalamnya terdapat berbagai macam aksi pengendalian seperti P, I,PI, PD, PID. Untuk keperluan tertentu, pembuat PLC menambahkan 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 PLClainnya memungkinkan terwujudnya DCS (Distributed Control System). Sedangkanhubungan antara PLC dan PC memungkinkan terwujudnya sistem SCADA (SupervisoryControl 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.5.5. Dasar Pemrograman PLCPada sub-bab ini akan disajikan sekilas tentang pemrograman PLC. Penyajian ini tidak akanmendetail karena tiap jenis PLC mempunyai karakteristik pemrograman tersendiri. Spesifikasi

5–8PLC yang berbeda mempunyai bahasa pemrograman yang berbeda. Pada prinsipnya untuksemua jenis PLC, penulisan program ada beberapa cara:1. Diagram ladderDiagram ladder berbentuk jaringan sakelar yang dihubungkan secara seri dan paralel danhasilnya disimpan di dalam memori tertentu. Keberhasilan dari jaringan ladder membawa datalogika 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, sisikanan untuk keluaran.Sistem penulisan dengan cara ladder diagram ini populer digunakan orang karena sudahbanyak digunakan dalam penggambaran rangkaian kontrol dengan menggunakan relay dankontaktor. Ladder diagram akan menyederhanakan pergantian sistem kontrol berbasis relay olehPLC serta memudahkan pemrograman oleh control engineer yang sudah familiar dengan disainsistem kontrol berbasis relay.Sedangkan telah kita ketahui bahwa PLC merupakanpengembangan dari kontrol relay. Pada penulisan ladder diagram, terdapat tampilan urutan kerjasinyal listrik sesuai dengan aksi yang diberikan. Logika pemikirannya sama seperti gambar padadiagram relay, yang berbeda adalah simbolnya saja. Simbol pada PLC:Logika untuk inputNormally Open (NO), Logika akan benar apabila nilai boolean=1, atauinput energized . Jika input diberi energi, sakelar mengalirkan arus.Normally closed (NC), Logika akan benar apabila nilai boolean=0, atauinput de-energized. Jadi apabila input tidak diberi energi sakelar inimengalirkan arus.Logika untuk outputHasil operasi logika ditransfer ke bagian output. Jika hasil operasi logikaadalah 1, maka output memberikan energi.

5–9Hasil operasi logika diinverskan dan ditransfer ke bagian output. Jikahasil operasi adalah 1, maka output tidak akan memberikan energi.Fungsi-fungsi blokProgram pada PLC mempunyai fasilitas selain gerbang logika. Fasilitas tersebut antara lain:counter (increment dan decrement)timerpemanfaatan registeroperasi aritmatik sehingga memungkinkan dilakukannya perhitungan numerik sepertihalnya pada komputer.Operasi biner dan bit (bit-wise operation).Looping dan jumping operation dll.2. Function chartPersamaannya dengan ladder diagram adalah keduanya merupakan representasi grafik.Function chart seperti ini untuk memudahkan engineer yang familiar dengan elektronika digital.Dan juga akan sangat memudahkan untuk kontrol kombinasional.3. Statement atau Instruction listSelain dengan menggunakan cara grafik seperti di atas, PLC dapat diprogram denganmenggunakan listing program. Umumnya, pembuat PLC menyediakan software untukmemungkinkan hal ini. Karena bahasa mesin untuk PLC berbeda satu sama lain, maka listingprogramnya juga berbeda, namun algoritmanya dapat sama. Hal ini persis seperti bermacam-macam bahasa pemrograman tingkat tinggi pada komputer. Maka dari itu, listing pemrogramantidak akan dibahas di sini. Bentuk listing program ini dapat dipelajari pada literatur atau manualbook dari PLC yang bersangkutan.Bentuk listing program ini sangat membantu bagi mereka yang familiar dengan algoritmapemrograman dan informatika. Keuntungan dari listing program:

5–10Pada listing program dapat diberikan komentar, sehingga memudahkan mereka yangmembaca untuk mengerti algoritmanya.Listing program sedikit memakan tempat visual pada layar monitor dan memoridibandingkan dengan model grafik seperti ladder diagram dan function chart.4. Bentuk grafcetBentuk ini menggunakan blok-blok yang dipasang secara seri atau paralel. Setiap blokmerupakan kumpulan instruksi-instruksi dalam bentuk ladder maupun listing program. Bentukgrafcet yang mirip flowchart ini memudahkan orang dalam memahami algoritma suatu programPLC.5.6. Studi KasusPada sub-bab ini akan disajikan sedikit mengenai pemrograman PLC. Pemrogramandilakukan dengan ladder diagram. PLC yang digunakan adalah jenis Festo. Contoh program yangdisajikan adalah merupakan fungsi dasar dari PLC. Adapun untuk tingkat masalah pengontrolanyang lebih lanjut, dapat dipelajari pada buku manual /literaturSet dan resetSI0O0RI1O0Dalam pemrograman ladder diagram, tiap input dan output diberikan alokasi alamat.Untuk PLC biasa (standard) input adalah I0-I7, output adalah O0-O7. Jumlah digital I/O inidapat ditambah dengan menggunakan modul extended dari PLC.Gambar diagram waktu:

5–11I0I1O0Jika tombol I0 ditekan sekali (ditekan kemudian dilepaskan) maka lampu O0 akan menyalaterus. Lampu akan padam apabila tombol I1 ditekan. Tanda S dan R pada output menunjukkankeadaan holding. Apabila tidak terdapat tanda S dan R pada output maka lampu akan menyalahanya selama tombol ditekan (tidak bersifat holding).Set dan reset menggunakan flag memori.I0I1F0.0.0F0.0.0F0.0.0O0Fungsi rangkaian ini sama seperti sebelumnya, tetapi pada output tidak digunakan tanda Sdan R. Flag memori berfungsi sebagai register sementara untuk menyimpan hasil operasi.LabelI0LABEL1I1O0I2O1I3O2LABEL1

5–12Jika I0 tidak ditekan, maka I1 serta I2 akan dapat berfungsi sesuai tugasnya. Sementara ituI3 tidak dapat mengaktifkan O2 karena aliran energi putus pada label1. Ketika I0 ditekan makainstruksi label aktif, penekanan I3 akan menyebabkan O2 menyala. Tetapi penekanan I1 dan I2tidak dapat mengaktifkan outputnya masing-masing. Instruksi label digunakan untuk mem-bypass perintah pada label yang dituju sehingga perintah lainnya akan diabaikan. Guna daripadaperintah label ini adalah untuk jumping dan looping serta pemenuhan suatu kondisi operasi didepan perintah label.I0I1LABEL1I0I1Rangkaian di atas menunjukkan bahwa jika operasi EXOR terpenuhi, maka perintah akanlangsung by-pass ke label yang dituju. Jika tidak maka operasi di antara tanda label akandijalankan. Hal ini seperti perintah if-then-else.TimerI1T15stimerT1O01T1O1Pada rangkaian di atas, penekanan I1 akan mengaktifkan T1 selama 5 detik. Maka diagramwaktu dari input dan output:

5–13I1O0O15CounterI0C1C15counterdetikC1I1C1INCC1O0SI2O0RI0 digunakan sebagai inisialisasi counter yaitu menunjukkan bahwa counter siap bekerja.Sekali I0 ditekan maka C1 akan inisialisasi dan penekanan I0 kembali tidak akan mempengaruhiC1. Pada line kedua, setiap penekanan I1 akan menyebabkan C1 menghitung sebanyak satu pulsanaik karena digunakan mode increment (INC) counter. Apabila pulsa yang dihitung sudahmencapai yang tertulis pada counter, maka C1 akan non-aktif kembali. Pada saat C1 non-aktifmaka output O0 akan menyala (set). O0 akan padam apabila input I2 aktif (reset).

5–14Pengontrolan on-off pada tangki distribusi air.Masalah:Terdapat satu buah tangki utama dan duaP1P2

buah tangki distributor. Pada tangki distributorterdapat hand valve yang dioperasikan manualU2U1U0V1V2

oleh pemakai apabila membutuhkan air.Sedangkan pada tangki utama terdapat elektrikvalve (tipe on-off) yang akan mengontrol aliranair ke tangki distributor (V1 dan V2). UntukS1.1S1.0S2.1S2.0

mensupply tangki utama terdapat dua buahpompa yaitu P1 dan P2.Pada tangki utama terdapat tiga buah sensor yaitu U0, U1, U2 untuk menunjukkan tiga levelposisi air. Dan pada tangki distributor yang lebih kecil masing-masing terdapat dua buah sensor.Aturan pengontrolan yang diinginkan:Pada tangki utama:Kedua pompa akan menyala jika air pada tangki utama menyentuh sensor U0.Pengisian air dari U0 ke U1 dilakukan oleh P1 dan P2 secara serentak.Pengisian selanjutnya yaitu dari U1 ke U2 dilakukan oleh satu pompa yaitu P1 sementara P2mati.P1 hanya akan mati jika air mencapai level U2.Pada tangki distributor :V1 dan atau V2 akan membuka (melakukan pengisian) apabila air menyentuh S1.0 dan atauS2.0.Jika air pada tangki utama berada antara level U0-U1, pengisian air pada tangki distributorharus satu persatu (V1 dan V2 tidak boleh membuka bersamaan). Satu tangki harus diisihingga menyentuh level teratasnya baru kemudian tangki lainnya diisi.

5–15Jika level air pada tangki utama berada antara level U1-U2, pengisian tangki distributorboleh serentak atau bersamaan.Solusi dengan menggunakan ladder diagram:U0P1SP2SU1P2RU2P1RS1.0S2.0F0.0.1F0.0.0SS2.1U1F0.0.0V1S2.0S1.0F0.0.0F0.0.1SS1.1U1F0.0.1V2S1.1F0.0.0RS2.1F0.0.1R

5–165.7. Komentar mengenai PLCPLC dan sistem mekatronika seperti robotika pada saat ini merupakan inti dari industrialautomation. Pada awalnya PLC merupakan pengganti rangkaian relay, tetapi padapengembangannya, teknologi ini dimaksudkan untuk efisiensi, produktivitas, dan ekonomis. PLCdapat diterapkan pada berbagai bidang. Contoh-contoh praktis penerapan PLC antara lain:Quality control dari produksi.Intelligent Building System (IBS)Packaging pada industri farmasi, makanan dan minuman.Pemasangan komponen elektronika komputer dan IC pada industri manufaktur.Mesin pencuci mobil otomatis