8

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 PLC (Programmable Logic Controller)

Sumber : PT OMRON Elektronik (2003), “PLC Basic Training Manual”.

Sebelum adanya Programmable Logic Controller (PLC), sudah banyak peralatan

kontrol sekuensial, semacam cam shaft dan drum. Ketika relay muncul, panel kontrol

dengan relay menjadi kontrol sekuens yang utama. Ketika transistor muncul, solid state

relay diterapkan pada bidang dimana elektromagnetik tidak cocok diterapkan seperti

untuk kontrol dengan kecepatan tinggi.

Sekarang sistem kontrol sudah meluas sampai ke keseluruhan pabrik dan sistem

kontrol total dikombinasikan dengan umpan balik, pemrosesan data dan sistem monitor

terpusat.

2.1.1 Komposisi PLC

Sumber : PT OMRON Elektronik (2003), “PLC Basic Training Manual”.

Komposisi PLC terdiri dari:

1. Komponen hardware PLC

o CPU

Central Processing Unit sebagai unit pemrosesan utama.

o Power Supply

Berfungsi sebagai sumber tegangan.

9

o Memory

Berfungsi sebagai penyimpan program dan data.

o Input

Berfungsi sebagai penerima sinyal dari peralatan input seperti sensor, switch, dan

sebagainya untuk diproses pada CPU.

o Output

Berfungsi sebagai pengirim sinyal hasil pemrosesan dalam CPU untuk dikirim ke

peralatan output seperti solenoid, motor, dan sebagainya.

o Programming Device

Alat pemrogram yang berfungsi untuk menuliskan dan memonitor program dalam

PLC seperti Programming Console dan komputer.

2. Komponen software PLC

Program PLC yang berbentuk Ladder Diagram atau Kode Mneumonic yang

dituliskan ke dalam PLC dengan menggunakan Programming Device.

Contoh ladder Logic pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Ladder Logic, Sumber : Automating Manufacturing Sistems with PLCs.

10

2.1.2 Operasi PLC

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

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

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

kan pada bagian yang penting saja. Bagian-bagian lainnya hanya memeriksa sistem dan

meng-update pencacah internal (updating internal counter) dan nilai timer. Berikut ini

adalah 3 tahap penting dari siklus penelusuran PLC seperti yang dapat dilihat pada

gambar 2.3.

Gambar 2. 2. 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 me-

nentukan kondisi setiap masukan tersebut apakah pada keadaan aktif atau non-aktif.

Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubung dengan masukan pertama

11

aktif/tidak aktif, masukan kedua aktif/tidak aktif, dst. 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 tersimpan di da-

lam memori per instruksi. Misalkan program menginginkan jika masukan pertama

aktif, maka program tersebut harus mengaktifkan keluaran pertama. Dikarenakan

program yang ada telah mengetahui masukan-masukan mana saja yang aktif/tidak

aktif dari langkah sebelumnya, maka program tersebut akan menentukan apakah

keluaran pertama harus diaktifkan atau dimatikan 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 berdasarkan

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 diaktifkan 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.

12

2.1.3 Diagram Ladder

Sumber : http://www.delta.com.tw/products/plc/pdf/Manual%20Online/PLC-

A/chapter1.pdf

Pada sebuah PLC, diagram kontrol yang digunakan adalah diagram ladder. Dia-

gram ladder adalah sebuah bahasa diagram pengendali otomatis yang menggunakan

simbol-simbol. Pada awalnya diagram ladder hanya terdiri dari komponen dasar seperti

kontak A (NORMALLY OPEN), kontak (NORMALLY CLOSE), kumparan keluaran,

timer, pencacah, dan lain-lain. Selain itu ada juga perintah-perintah aritmatika yang

digunakan seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian. Simbol-

simbol diagram ladder dapat dilihat pada tabel 2.1.

Tabel 2. 1. Simbol-simbol diagram ladder

Normally Open LD

Normally Close LDI

Serial Normally Open AND

Paralel Normally Open OR

13

Paralel Normally Close ORI

Rising Edge Trigger Switch LDP

Falling Edge Trigger Switch LDF

Rising Edge Trigger In

Serial ANDP

Falling Edge Trigger In

Serial ANDF

Rising Edge Trigger In

Paralel ORP

Falling Edge Trigger In

Paralel ORF

Block In Serial ANB

Block In Paralel ORB

Output Command Of Coil OUT

14

Drive

Multiple Output

MPS

MRD

MPP

Step Ladder STL

Basic Command

Application

Command

Inverse Logic INV

Gambar 2. 3. Rangkaian Diagram Ladder

Pada gambar 2.8, keluaran X tidak akan aktif jika salah satu dari relay A atau C

tidak aktif. Dan keluaran Y akan aktif hanya jika relay A dan C dalam keadaan aktif.

Keterangan : A masukan/tombol start B Normally Close (NC) C Normally Open (NO) Y keluaran/relay X keluaran/relay

15

2.1.4 Statement List

Sumber : http://www.plcman.co.uk/stl/page2.html

Selain menggunakan diagram ladder, sebuah PLC juga dapat diprogram dengan

menggunakan instruksi yang umum dikenal dengan Instruction List ( IL ), Instruction

Statement ( IS ), atau Statement List ( STL ).

Gambar 2. 4. Diagram Ladder

Pada gambar 2.9, dapat dilihat bahwa untuk menghasilkan output Q = 10.0 ,

maka diperlukan input sebagai berikut :

10.0

10.1

Operasi AND diwakili dengan huruf ‘A’, operasi LOAD diwakili huruf ‘LD’dan

operasi EQUAL diwakili dengan ‘=’ (baca: sama dengan). Selain itu, operasi OR

biasanya juga diwakili dengan huruf ‘O’. Penggunaan huruf besar dan huruf kecil dalam

perlambangan tersebut umumnya tidak menjadi masalah.

16

Selain itu, gerbang pertama dari suatu diagram ladder dapat diwakili dengan hu-

ruf ‘LD’ yang berarti LOAD. Dan gerbang akhir yang merupakan keluaran dari sebuah

diagram ladder diwakili dengan huruf ‘OUT’. Untuk contoh kasus pada gambar 2.9,

pernyataan operasinya dapat juga ditulis seperti berikut ini.

LD 10.0

A 10.1

OUT Q10.0

Jika ingin meng-invers sebuah operasi, tambahkan saja statement ‘NOT’ pada

akhir sebuah statement. Contohnya dapat dilihat berikut ini dimana invers dilakukan

pada statement pertama (LOAD) menjadi ‘LD N’ (LOAD NOT).

LD N 10.0

A 10.1

OUT Q10.0

Pada umumnya, perangkat lunak yang digunakan untuk memprogram sebuah

PLC, dapat merubah bahasa pemrograman yang digunakan baik dari diagram ladder ke

statement list maupun sebaliknya. Namun perlu diingat, tidak semua diagram ladder

dapat dirubah menjadi statement list dan begitu juga sebaliknya.

17

2.1.5 Keuntungan PLC

Sumber : PT OMRON Elektronik (2003), “PLC Basic Training Manual”.

Keuntungan PLC dalam sistem otomatisasi diantaranya:

1. Implementasi proyek lebih singkat

Didalam PLC menyediakan banyak relay dan gate, sehingga mudah untuk

implementasinya karena tidak perlu membuat rangkaian konvensional lagi.

2. Modifikasi lebih mudah tanpa tambahan biaya

Untuk penambahan atau perubahan fungsi baru tidak diperlukan biaya tambahan

lagi.

3. Biaya proyek dapat dikalkulasi secara tepat

Biaya dapat dikalkulasi dengan tepat karena PLC dapat mengerjakan banyak fungsi

yang seharusnya dikerjakan oleh banyak controller sehingga tidak perlu

mengeluarkan tambahan biaya untuk mengcover jika diperlukan tambahan controller

baru.

4. Training lebih cepat

Trainning lebih cepat karena bahasa yang digunakan dalam PLC relatif lebih mudah

dipahami oleh teknisi dibandingkan dengan dengan mesin yang biasa digunakan

untuk mengisi program dalam controller.

5. Desain dapat diubah dengan mudah melalui software

Perubahan dan penambahan spesifikasi dapat dilakukan ulang melalui software.

6. Rentang besar untuk kontrol aplikasi

18

PLC dapat melakukan banyak control, seperti :

o Kontrol sekuens yang mempunnyai fungsi :

- Timer / Counter

- Pengganti logic kontrol relay konvensional

- Pengganti kontrol PCB card

- Kontrol mesin Auto / Semi-Auto / Manual dan proses

o Kontrol kompleks yang mempunyai fungsi :

- Operasi Aritmatik

- Penanganan informasi

- Kontrol servo motor

- Kontrol stepper motor

o Kontrol supervisor yang mempunyai fungsi :

- Proses Monitoring dan Alarm

- Diagnosa dan monitoring kesalahan

- Antarmuka dengan komputer

7. Perawatan mudah

Indikator input dan output mempercepat dan mempermudah proses Troubleshooting.

8. Kehandalan tinggi

PLC mempunyai kehandalan tinggi dibanding sistem konvensional karena

disamping PLC lebih tahan lama, PLC juga mempunyai efektifitas kerja yang tinggi

dengan selalu menghasilkan output yang tepat dan tetap.

9. Mampu bekerja pada lingkungan yang sulit

Beroperasi secara normal dalam kondisi temperatur, kelembapan, fluktuasi tegangan,

dan noise yang berat.

19

2.1.6 Software Pemrograman

Sumber : PT OMRON Elektronik (2003), “PLC Basic Training Manual”.

Pemrograman PLC adalah penulisan perintah-perintah yang harus dilakukan oleh

PLC. Pemrograman PLC dapat digunakan menggunakan berbagai macam alat. Selain

menggunakan Programming Console, pemrograman PLC saat ini juga banyak dilakukan

dengan menggunakan PC (Personal Computer) yang dilengkapi dengan software

pemrograman.

Software - software yang digunakan dalam pemrograman PLC biasanya terus

berkembang sesuai dengan perkembangan hardware PLC. Mulai yang bekerja dengan

sistem operasi DOS sampai Windows. Untuk setiap merek PLC memiliki software

pemrograman tersendiri. PLC OMRON memiliki software pemrograman PLC tersendiri

seperti LSS, SSS, syswin sampai software terbaru CX-Programmer.

2.1.7 Komunikasi data antara komputer dengan PLC

Sumber : PT OMRON Elektronik (2001),” CPM1/CPM1A/CPM2A/CPM2C/SRM1(-V2)

Programmable Controllers Programming Manual”

PROGRAM READ – RP

Perintah ini berfungsi untuk membaca atau mengambil isi program PLC ke

komputer. Format perintah dan tanggapan dapat dilihat pada gambar 2.2.

20

Gambar 2.5 Format Program Read.

Tanggapan :

Program tersebut dibaca dari keseluruhan program area

Catatan: Hanya perintah ABORT(XZ) yang dapat digunakan untuk menghentikan

operasi yang sedang berjalan.

PROGRAM WRITE – WP

Perintah ini digunakan untuk mengirim program ke PLC. Penulisa program

hanya dapat dilakukan jika, hanya jika status write pada kondisi mode program serta

tidak ada kesalahan pada PLC. Program lama akan hilang bila dimasukkan program

baru. Format perintah dan tanggapan dapat dilihat pada gambar 2.3.

21

Gambar 2.6 Format Program Write.

STATUS WRITE – SC

Penulisan status digunakan untuk mengubah mode operasi sesuai dengan

masukan informasi ke dalam mode data, dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.7 Format Status Write.

FCS (Frame Check Sequence)

Ketika suatu bingkai dikirimkan, suatu FCS ditempatkan tepat sebelum delimiter

atau terminator yang digunakan untuk memeriksa kesalahan data telah dihasilkan. FCS

adalah 8-bit data yang diubah menjadi dua karakter ASCII. 8-Bit data itu adalah hasil

dari suatu perhitungan XOR nilai bit dari ASCII data paling awal sampai data tepat

22

sebelum FCS. Perhitungan FCS akan dilakukan setiap kali suatu bingkai diterima dan

mengecek hasil tanggapan terhadap FCS yang digunakan untuk melihat kemungkinan

kesalahan data yang dibuat.

Gambar 2.8 Format Perhitungan FCS.

Gambar 2.9 Cara Perhitungan FCS.

2.2. Serial Port

Sumber : http://www.camiresearch.com/Data_Com_Basics/RS232_standard.html dan

http://www.arcelect.com/rs232.htm.

RS232 adalah standard komunikasi serial antar periperal-periperal. Contoh

paling sering dipakai adalah antara komputer dengan modem, atau komputer dengan

23

komputer. Standar ini menggunakan beberapa piranti dalam implementasinya. Paling

umum yang dipakai adalah plug DB9 atau DB25. Untuk RS232 dengan DB9, biasanya

dipakai untuk serial port pada komputer pribadi. Dipakai untuk port mouse dan modem.

Tabel 2.2 Fungsi pin-pin DB9 standar RS232.

2.2 Motor Stepper

Sumber : Al-Himaone, http://www.ilmu.8k.com/pengetahuan/stepper.htm. ILMU Web

Site Himaone Center

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa

elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan

pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper

diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik.

Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan

penggunaan motor DC biasa.

Keunggulannya antara lain adalah :

24

o Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.

o Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

o Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

o Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)

o Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada

motor DC

o Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung

ke porosnya

o Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang

luas.

Pada dasarnya terdapat 3 tipe motor stepper yaitu:

1. Motor stepper tipe Variable reluctance (VR)

Motor stepper jenis ini telah lama ada dan merupakan jenis motor yang

secara struktural paling mudah untuk dipahami. Motor ini terdiri atas sebuah

rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator. Ketika

lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi

termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-

kutub stator. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe

variable reluctance (VR):

25

Gambar 2.10. Penampang melintang dari motor stepper tipe (VR)

2. Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)

Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar

(tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling

dengan kutub yang berlawanan (perhatikan gambar 2.11). Dengan adanya

magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan

meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar. Motor jenis

ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50

hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya. Berikut

ini adalah ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe permanent magnet:

26

Gambar 2.11. Ilustrasi sederhana dari motor stepper tipe (PM)

3. Motor stepper tipe Hybrid (HB)

Motor stepper tipe hibrid memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari

kedua tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hibrid memiliki

gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen

yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM.

Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja

lebih baik. Motor tipe hibrid dapat menghasilkan resolusi langkah yang

tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap

putarannya. Berikut ini adalah penampang melintang dari motor stepper tipe

hibrid:

27

Gambar 2.12. Penampang melintang dari motor stepper tipe hibrid

Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi

menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih

mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya.

Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa

digital yang hanya terdiri atas tegangan positif dan nol (ground) pada salah satu terminal

lilitan (wound) motor sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan

(VM) pada bagian tengah (center tap) dari lilitan (perhatikan gambar 2.12).

28

Gambar 2.13. Motor stepper dengan lilitan unipolar

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-ubah

dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus

dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya

(perhatikan gambar 2.13). Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih

kompleks daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar

memiliki keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang

lebih besar untuk ukuran yang sama.

29

Gambar 2.14. Motor stepper dengan lilitan bipolar

Sumber : Industrial circuits application note, “Stepper Motor Basic”, motorbas.pdf,

http://users.pandora.be/educypedia/electronics/motorstep.htm.

Stepping mode :

o Wave drive

o Full Step Drive

o Half Step Drive

Gambar 2.15 Excitation Sequence

30

Sumber : http://www.sanyodenki.co.jp/product/newstep/step_e.htm#sups.

Motor stepper yang dipakai adalah 03-548-0250 2k945 3ohm, 1,8 Deg/Step

dengan dimensi 4,1 x 4,1 Cm. Stepper motor tersebut dibuat oleh Sanyo Denki. Motor

ini mempunyai 5 kabel yaitu coklat, hitam, oranye, kuning dan merah dimana merah

sebagai common power.

Gambar 2.16 Motor stepper.

Sumber: Wirz Electronics (1998), http://www.wirz.com/stepper/

Terdapat tiga tipe Pergerakan yaitu Full Stepping, Half Stepping, dan Micro Stepping.

Bipolar Full Step:

Gambar 2.17 Bipolar full Step

Unipolar Full Step:

Gambar 2.18 Unipolar full Step

31

Bipolar Half Step:

Gambar 2.19 Bipolar Half Step

Unipolar Half Step:

Gambar 2.20 Unipolar Half Step