PEMBANGUNAN PERSEKITARAN MAYA PENGAWAL LOGIK BOLEHATURCARA (PLC) MENGGUNAKAN LabVIEWRusmay Abdullah1Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Politeknik Ungku Omar 43000 Ipoh, Perak rusmay@jkm.puo.edu.my

Kamaruzzaman Daud2Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Politeknik Ungku Omar 43000 Ipoh, Perak mandaud@jkm.puo.edu.my

Zairi Osman3Jabatan Kejuruteraan Mekanikal Politeknik Ungku Omar 43000 Ipoh, Perak zaiman@jkm.puo.edu.my

Abstrak- Kajian penyelidikan ini ialah untuk membangunkan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dapat mengatasi kekurangan sumber oleh kebanyakan institusi pendidikan telah menjadi penghalang kepada pelajar untuk menjadi pengguna PLC yang cekap. Dalam membangunkan perisian ini, perisian LabVIEW 6.1 dan PLC jenis Omron Sysmac CPM1A digunakan. Perisian yang dibangunkan ini telah diuji menerusi komputer pelayan dan melalui pelayar web. Hasil pengujian persekitaran maya PLC ini, aturcara litar tetangga telah berjaya dimuat turun dan dilaksanakan menerusi komputer pelayan dan juga melalui pelayar web. Kesimpulan dari kejayaan pengujian ini, membolehkan pengguna melakukan ujikaji jarak jauh tanpa perlu menghadiri aktiviti-aktiviti makmal secara tetap. Oleh kerana itu masalah nisbah antara fakulti dan pelajar yang tinggi, kekurangan peralatan makmal dan masa pembelajaran makmal yang terhad dapat di atasi seterusnya membantu pelajar untuk menjadi pengguna PLC yang cekap. Kata kunci- PLC; LabVIEW; Pelayar Web

membangunkan sistem tutorial pintar (ITS) iaitu sistem komputer yang menyediakan suruhan secara individu seperti yang terdapat pada kaedah tutor yang dilakukan oleh pensyarah. Merlos dan Velazquez [9] dan Blakley dan Irvine [3] pula telah membangunkan multimedia tutorial PLC untuk membantu pengajaran dan pembelajaran PLC. Pemahaman secara khusus berkenaan operasi dan penggunaan PLC adalah penting bagi pelajar universiti terutama yang akan berkerja di dalam industri. Walaupun PLC diajar kepada pelajar universiti dalam bidang berkaitan automasi dan kawalan, kebanyakan institusi pendidikan kekurangan sumber untuk membantu pelajar untuk menjadi pengguna yang cekap. Ini disebabkan nisbah antara fakulti dan pelajar adalah tinggi, masa pembelajaran makmal yang terhad dan kekurangan peralatan untuk menyokong tugasan makmal [12]. Kualiti dan kebolehsediaan peralatan makmal adalah merupakan faktor utama meningkatnya kualiti pembelajaran makmal. Walau bagaimanapun, untuk membina makmal yang berkualiti tinggi ianya memerlukan perbelanjaan yang tinggi. Tambahan pula masa penggunaan makmal oleh pelajar adalah terhad disebabkan oleh sekatan masa dan tempat [3],[13]. Pembangunan makmal maya/jarak jauh adalah merupakan kaedah yang terbaik untuk mengatasi masalah nisbah antara fakulti dan pelajar yang tinggi, kekurangan peralatan makmal dan masa pembelajaran makmal yang terhad [5]. Shaheen, et al. [11] telah membangunkan makmal proses kawalan dan automasi modul PLC yang boleh diakses secara jauh melalui internet. Maarouf, et al. [8] pula telah membangunkan makmal kawalan PLC melalui internet bagi manipulasi peranti nyata yang digunakan. Melalui keseluruhan proses reka bentuk makmal ini, maka antaramuka pelanggan dan animasi objek dapat dilihat oleh pengguna yang dibenarkan melalui web. Wei, et al. [13] juga telah membangunkan makmal PLC berasaskan web. Pelajar boleh melakukan latihan eksperimen PLC dengan mengklik butang icon. Pengguna boleh mengawasi operasi PLC secara terus melalui kamera web yang dipasang berdekatan dengan PLC.

I.

PENDAHULUAN

Dalam era industri moden, sistem kawalan proses industri yang kerap digunakan biasanya dirujuk kepada sistem kawalan berautomasi [7]. Salah satu sistem kawalan yang amat luas digunakan pada masa kini ialah PLC. PLC pada asalnya direka cipta bagi menggantikan litar geganti elektromagnet. PLC mengandungi modul masukan/keluaran (I/O) yang mempunyai blok terminal bagi memudahkan penyambungan di antara PLC dan peranti luaran [7]. Namun begitu, kegagalan sistem kawalan proses industri berasaskan PLC menunjukkan 15% daripadanya disebabkan oleh kerosakan unit pemprosesan pusat (CPU) dan modul I/O PLC [4]. Kerosakan unit CPU dan modul I/O pada PLC berpunca dari kesalahan melakukan pendawaian di antara PLC dan peranti luaran dan juga pendawaian bekalan kuasa elektrik pada PLC. Berhubung dengan penyataan masalah yang dinyatakan, pendekatan yang terbaik untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan mengubah konsep pembelajaran kelas tradisional kepada teknologi pembelajaran berasaskan komputer [6]. Sheng dan Patricia [12] dan Bernardo [2] telah

Walaupun Sheng dan Patricia [12] dan Bernardo [2] telah membangunkan sistem tutorial pintar (ITS) manakala Merlos dan Velazquez [9] dan Blakley dan Irvine [3] telah membangunkan multimedia tutorial PLC namun begitu masalah kerosakan unit CPU dan modul I/O PLC yang berpunca dari kesalahan melakukan pendawaian di antara PLC dan peranti luaran dan juga pendawaian bekalan kuasa elektrik pada PLC tidak dijelaskan secara khusus. Oleh itu pembangunan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dicadangkan ini akan mengandungi tetingkap pengawasan yang akan memaparkan penyambungan litar elektrik di antara PLC dan peranti luaran. Paparan ini boleh dijadikan sebagai panduan kepada pengguna untuk melakukan penyambungan litar elektrik di antara PLC dan peranti luaran. Dengan ini masalah kerosakan unit CPU dan modul I/O PLC yang berpunca dari kesalahan melakukan pendawaian di antara PLC dan peranti luaran akan dapat di atasi. Makmal kawalan PLC yang dibangunkan oleh Wei, et al. [13], Maarouf, et al. [8] dan Shaheen, et al. [11] walaupun dapat mengatasi masalah nisbah antara fakulti dan pelajar yang tinggi, kekurangan peralatan makmal dan masa pembelajaran makmal yang terhad tetapi terdapat batasan dari segi pembinaan aturcara proses kawalan PLC. Ini adalah kerana pengguna hanya dibenarkan untuk menggubah parameter pada aturcara proses kawalan PLC tetapi pengguna tidak boleh membina aturcara proses kawalan PLC yang lain. Perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini juga mengandungi tetingkap gambarajah tangga yang membenarkan pengguna untuk membina aturcara proses kawalan PLC yang dikehendaki. Pembangunan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini merupakan penyelesaian untuk mengatasi masalah nisbah antara fakulti dan pelajar yang tinggi, kekurangan peralatan makmal dan masa pembelajaran makmal yang terhad seterusnya membantu pelajar untuk menjadi pengguna PLC yang cekap. II. METHODOLOGI

Komputer peribadi yang menggunakan sistem operasi Windows7 dengan bahasa pengaturcaraan LabVIEW 6.1 digunakan sebagai komputer pelayan. PLC Omron Sysmac CPM1A yang digunakan disambungkan dengan peranti masukan dan keluaran (lihat Rajah 2.0). Struktur pembangunan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini pula ditunjukkan sepertimana dalam Rajah 2.1.

Rajah 2.0: Struktur Komponen Sistem Perisian Persekitaran Maya PLC

Rajah 2.1: Struktur Perisian Persekitaran Maya PLC B. Perkakasan Dan Pengaturcaraan Dalam membangunkan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini, perkakasan yang digunakan dan pengaturcaraan yang dibangunkan adalah rangkaian data, komunikasi di antara komputer dan PLC, antaramuka pengguna dan penerbitan web. Rangkaian Data. Rangkaian data yang dimuat turun ke dalam ingatan PLC adalah satu rangkaian data yang berbentuk kerangka. Aturcara LD yang dibina oleh pengguna pada tetingkap gambarajah tangga adalah dalam bentuk grafik. Aturcara LD berbentuk grafik ini perlu ditukarkan kepada rangkaian data yang berbentuk kerangka yang boleh difahami oleh sistem kendalian PLC terlebih dahulu. Rangkaian data yang berbentuk kerangka bagi PLC Omron Sysmac CPM1A yang digunakan ditunjukkan dalam Rajah 2.2.

A. Komponen Dan Struktur Perisian Persekitaran Maya PLC Menggunakan LabVIEW Dalam membangunkan perisian persekitaran maya PLC, perisian Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench (LabVIEW 6.1) dan PLC jenis Omron Sysmac CPM1A telah digunakan. Pembangunan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW terbahagi kepada tiga bahagian utama iaitu antaramuka pengguna, komunikasi PLC dan penerbitan web. Pada umumnya tiga komponen utama yang diperlukan dalam pembangunan perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini. Tiga komponen tersebut ialah PLC, komputer pelayan dan komputer pelanggan. PLC disambungkan kepada komputer pelayan melalui kabel RS232C manakala komputer pelanggan berkomunikasi dengan komputer pelayan melalui rangkaian komunikasi protokol kawalan penghantaran/protokol internet (TCP/IP).

Rajah 2.2: Kerangka Data Bagi PLC Omron Sysmac 1A [10]

CPM

Pada bahagian rangkaian data, data yang hendak dihantar mestilah sesuai dengan bahagian kod arahan. Dengan ini, CPU PLC akan dapat memproses dan melaksanakan rangkaian data tersebut berdasarkan kepada kod arahan data tersebut. Empat contoh kod arahan seperti tulis kawasan IR (WR), baca kawasan IR (RR), persediaan tulis kawasan ingatan data PLC (SC) dan persediaan baca kawasan ingatan data PLC (MS). Komunikasi Di Antara Komputer Dan PLC. Komunikasi di antara komputer dan PLC adalah merupakan pelaksanaan konsep pertukaran data antara komputer dan PLC. Bagi tujuan penghantaran kod mesin LD berbentuk kerangka dari komputer pelayan ke dalam ingatan PLC dan penerimaan kod mesin proses kawalan dari ingatan PLC, asas sub aturcara sesiri LabVIEW yang terdapat pada perpustakaan LabVIEW 6.1 digunakan untuk membolehkan komunikasi di antara komputer dan PLC. Format data bagi protokol komunikasi piawai bagi PLC Omron Sysmac CPM1A adalah 9600-1-7-1-2 [1]. Jadual 1 merupakan protokol komunikasi piawai bagi PLC Omron Sysmac CPM1A yang digunakan di dalam perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini. Jadual 1: Protokol Komunikasi Piawai PLC Omron Sysmac CPM1APerkara Parameter

hanya mengklik sel pada tetingkap gambarajah tangga dan memilih simbol-simbol aturcara LD pada menu tarik-bawah yang terpapar (lihat Rajah 2.3). Tetingkap pengawasan yang dibangunkan pada perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini berfungsi sebagai panduan kepada pengguna untuk melakukan penyambungan litar elektrik di antara PLC dan peranti luaran dan juga untuk mengawas status I/O proses kawalan PLC masa nyata (lihat Rajah 2.4).

Rajah 2.4: Tetingkap Pengawasan Penerbitan Web. Penerbitan web dibangunkan supaya pengguna dapat mencapai perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini melalui web pelayar pengguna. Antaramuka pengguna adalah merupakan antaramuka yang akan terpapar pada pelayar web pengguna apabila permintaan diperolehi dari pelayan protokol pindahan hiperteks (HTTP) komputer pelayan. Antaramuka pengguna ini terdiri daripada tetingkap gambarajah tangga dan tetingkap pengawasan. Perkakasan penerbitan web LabVIEW digunakan untuk membentuk pengaturcaraan pelayan HTTP pada perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini. Pelayar web pengguna menghubungkan komputer pelayan dengan menggunakan alamat rangkaian yang dipanggil penempat sumber seragam (URL).

Kadar Bund Kod Mula Panjang Data Kesetarafan Kod Akhir

9600 bit/saat 1 bit 7 bit 1 (bit genap) 2 bit

Rajah 2.3: Tetingkap Gambarajah Tangga Antaramuka pengguna. Tetingkap gambarajah tangga yang dibangunkan pada perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini adalah bermatlamatkan mesra pengguna. Perkakasan kawalan peralatan dan kawalan fungsi LabVIEW digunakan untuk membangunkan tetingkap gambarajah tangga ini. Tetingkap gambarajah tangga ini terdiri daripada sel-sel dalam bentuk matriks (50 x 50) dan juga bar menu. Pengguna boleh membina aturcara LD dengan

Rajah 2.5: Antaramuka Pengguna Pada Web Pelayar Pengguna Sebagai contoh alamat rangkaian bagi perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini adalah

seperti http://jlp-204-178.tm.net.my/PLC.htm. Pelayar web pengguna menghantar permintaan kepada pelayan HTTP untuk mendapatkan antaramuka pengguna pada komputer pelayan. Komputer pelayan akan memberi sambutan dengan menghantar antaramuka pengguna tersebut kepada komputer pengguna tadi (lihat Rajah 2.5). III. PENGUJIAN DAN KEPUTUSAN

perisian persekitaran maya PLC yang dibangunkan dapat berkomunikasi di antara komputer pelayan dan PLC. Untuk melaksanakan aplikasi ini, perkakas yang diperlukan ialah komputer, kabel RS232C, peranti masukan, peranti keluaran dan PLC (lihat Rajah 3.1). Setelah semua perkara-perkara penting seperti penyediaan perkakas di dalam makmal telah dilengkapkan dan aturcara LD yang akan dimuat turun ke dalam ingatan PLC telah diketahui maka pengujian perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW dilaksanakan. Pelaksanaan pengujian ke atas perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini bagi aplikasi proses kawalan PLC untuk menjalankan proses mengambil dan meletak bola ping pong dimuat turun ke dalam ingatan PLC menerusi komputer pelayan. Hasil pengujian terhadap perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini, didapati penyambungan litar elektrik di antara PLC dan peranti luaran terpapar pada tetingkap pengawasan. Aturcara LD yang dibina juga telah berjaya dimuat turun ke dalam ingatan PLC menerusi komputer pelayan. Ini terbukti dari nyalaan penunjuk peranti masukan dan keluaran dari tetingkap pengawasan (lihat Rajah 3.2).

Peranti masukan dan keluaran yang digunakan dalam aplikasi ini adalah silinder tindakan tunggal, silinder tindakan berganda tanpa rod, unit pemampat udara, unit vakum berserta pad vakum, suis mula, dua unit suis had, dua unit suis bermagnet dan dua unit injap kawalan arah bersolenoid. Bagi tujuan pengujian perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dibangunkan, aplikasi proses kawalan PLC untuk menjalankan operasi mengambil dan memasukkan bola ping pong ke dalam bekas ini dilakukan secara tempatan menerusi komputer pelayan dan secara jarak jauh melalui pelayar web. Sebelum pengujian perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini dilakukan perkakas yang digunakan perlulah disediakan (set up) di dalam makmal terlebih dahulu. Rajah 3.0 menunjukkan perkakas yang digunakan di dalam pengujian perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dibangunkan bagi aplikasi proses kawalan PLC ini.

Rajah 3.2: Keputusan Pengujian Menerusi Komputer Pelayan Jika terdapat kesilapan aturcara LD yang dibina oleh pengguna, hasil pengujian didapati sambungan litar elektrik di antara PLC dan peranti luaran yang terpapar pada tetingkap pengawasan tidak berdasarkan sambungan yang dikehendaki. B. Pengujian Melalui Pelayar Web

Rajah 3.0: Perkakas Aplikasi Proses Kawalan PLC: A. Pengujian Menerusi Komputer Pelayan

Rajah 3.1: Komunikasi Di Antara Komputer Pelayan Dan PLC Pengujian menerusi komputer pelayan adalah pengujian yang dilakukan di dalam bilik makmal. Pengujian menerusi komputer pelayan ini adalah untuk memastikan bahawa

Rajah 3.3: Komunikasi Di Antara Komputer Pelayan, Internet Dan PLC Setelah kejayaan pengujian yang dilakukan menerusi komputer pelayan di dalam makmal, pengujian melalui

pelayar web pula dilakukan pada perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dibangunkan. Sebelum pengujian perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini dilaksanakan, penyediaan perkakas di dalam makmal dan aturcara LD yang akan dimuat turun ke dalam ingatan PLC adalah seperti pengujian yang dilakukan menerusi komputer pelayan. Pengujian melalui internet ini adalah untuk memastikan bahawa perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dibangunkan dapat dimuat turun ke dalam ingatan PLC melalui pelayar web. Untuk melaksanakan aplikasi ini pula, perkakas yang diperlukan ialah dua buah komputer, talian internet, kabel RS232C, peranti masukan, peranti keluaran dan PLC (lihat Rajah 3.3). Hasil pengujian pengawasan status I/O proses kawalan PLC secara masa nyata pada tetingkap pengawasan adalah sama seperti hasil pengujian yang dilakukan menerusi komputer pelayan (lihat Rajah 3.4).

Pengawasan status I/O proses kawalan PLC masa nyata tertunjuk pada tetingkap pengawasan. Jika dibandingkan dengan perisian di pasaran, pengawasan status I/O proses kawalan PLC masa nyata pada perisian ini dapat dilihat sepenuhnya iaitu pada satu paparan sahaja. Selain itu, jika pengguna melakukan eksperimen melalui pelayar web, maka pengguna dapat mengetahui setiap proses kawalan PLC dengan melihat status I/O pada tetingkap pengawasan ini. Perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW adalah perisian yang boleh dicapai melalui pelayar web maka perisian persekitaran maya PLC ini membolehkan pengguna melakukan ujikaji jarak jauh tanpa perlu menghadiri aktivitiaktiviti makmal secara tetap. Oleh kerana itu masalah nisbah antara fakulti dan pelajar yang tinggi, kekurangan peralatan makmal dan masa pembelajaran makmal yang terhad dapat di atasi seterusnya membantu pelajar untuk menjadi pengguna PLC yang cekap. RUJUKAN[1] Alias, M.Y., Musa, M. dan Shaikh Nasir, S.A.R. Litar Pengindustrian dan Pengeluaran Berautomatik. 1997. Penerbit Universiti Teknologi Malaysia, Skudai, Johor Darul Tazim. Bernardo, W. From Computer-Based Teaching to Virtual Laboratories in Automatic Control. 32nd ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, San Juan, Puerto Rico. 3, 1999. Blakley, J.J. and Irvine, D.A. Teaching Programmable Logic Controllers using Multimedia-Based Courseware. International Journal of Engineering Education. 37(4), 305-315, 2000. Bryan, L.A. dan Bryan, E.A. (1997). Programmable Controllers, Theory and Implementation, 2nd edition. An Industrial Text Company Publication, USA. Cook, R.G., Ley, K., Crawford C. and Warner, A. Motivators and Inhibitors for Unversity Faculty in Distance and e-Learning. British Journal of Educational technology, 40(1), 149-163, 2009. Demirci, N. The effect of web-based homework on university students physics achievements. Turkish Online Journal of Educational Technology, 9(4), 156-161, 2010. Lauzon, S.C., Mills, J.K. dan Benhabib, B. An Implementation Methodology for Supervisory Control of Flexible Manufacturing Workcells. Journal of Manufacturing System. 16(2), 97-101, 1997. Maarouf, S., Hamadou, S.H., Hussein, H., Zouhair, E.G. dan Mohamed, C. A Synchronous Remote accessing Control Laboratory on the Internet. 2001. International Conference on Engineering Education, Oslo, Norway. Merlos, J.C.P. dan Velazquez, R.O.D. Development of PLC Multimedia Tutorial. World Automation Congress, Proceeding of the 5th Biannual. 13, 195-200, 2002. Omron. (2001). Programmable Controller. Programming Manual. Omron Corporation. Shaheen, M., Loparo, A. dan Buchner, M.R. Remote Laboratory Experimentation. American Control. Conference, Philadelphia, PA, USA. 1326-1329, 1998. Sheng, J.H. dan Patricia, Y.H. Web-Based Programmable Logic Controller Learning System. 32nd, 2002. ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference, Boston, MA, USA. Wei, F.C., Yu, C.W. dan Chui, W.C. Design and Implementation of a Web-Based Distance PLC Laboratory. Proceeding of the 35th Southeastern Symposium. 326-329, 2003.

[2]

[3]

[4]

[5]

Rajah 3.4: Injap Kawalan Arah Bersolenoid Bagi Silinder Tindakan Tunggal Tergera IV. KESIMPULAN

[6]

[7]

Daripada hasil keseluruhan menunjukkan bahawa perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dibangunkan telah berjaya mencapai objektif penyelidikan ini. Kejayaan daripada pengujian perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW yang dibangunkan dapatlah disimpulkan bahawa: Pada perisian persekitaran maya PLC menggunakan LabVIEW ini, sambungan pendawaian di antara PLC dan peranti luaran tertunjuk secara automatik berdasarkan aturcara LD pengguna pada tetingkap pengawasan. Pengguna boleh menggunakan paparan ini sebagai panduan untuk melakukan penyambungan litar elektrik di antara PLC dan peranti luaran dan bekalan kuasa. Seterusnya, masalah kesalahan pendawaian di antara PLC dan peranti luaran dapat diatasi.

[8]

[9]

[10] [11]

[12]

[13]