SISTEM PENGONTROLAN MESIN CASE PACKER

BAB II
TEORI DASAR PLC
( PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
)
2.1. UMUM
Pada awalnya, mesin merupakan suatu peralatan sederhana yang
menggantikan satu bentuk usaha menjadi usaha yang dapat dikendalikan atau
diatur oleh manusia. Ini berarti mesin merupakan suatu teknologi yang maju
dijamannya, yang mengantikan fungsi tertentu dalam suatu proses tertentu, dan
yang menggantikan campur tangan manusia. Namun dalam pengoperasiannya,
manusia yang mengendalikan mesin tersebut.
Bagian terpenting yang dapat dirasakan pada otomasi modern adalah pada
industrial robotics. Beberapa keuntungan yang didapat adalah kontrol kualitas
yang sangat baik, efisiensi yang lebih tinggi, dapat diintegrasikan dengan sistem –
sistem yang berhubungan dengan bisnis, peningkatan produktivitas, dan
mengurangi tenaga kerja/buruh. Sedangkan beberapa kerugian yang dapat
dirasakan adalah modal yang dibutuhkan besar, dan menambah ketergantungan
pada perawatan dan perbaikan. Sebagai contoh, Jepang harus menarik beberapa
industri robot ketika mereka menyadari ketidakmampuan mereka terhadap
perubahan kebutuhan produksi yang adalah penting sehingga tidak mampu untuk
memberikan harga produksi awal mereka.
Pada kenyataannya, sistem otomasi dalam dunia industri tidak lepas dari
berkembangnya teknologi dalam bidang elektris, yang dimulai pada awal abad ini,
Universitas Sumatera Utara
ketika motor mulai menggantikan bentuk sumber energi yang lain seperti
manusia, hewan atau tenaga air. Sistem terotomasi apabila dilihat dari sudut
pandang ilmu kendali merupakan sistem yang mempunyai harga sesaat dari nilai
sebenarnya dibandingkan nilai yang diinginkan, sehingga selisih tersebut
menghasilkan sinyal untuk mengoreksi dan mengontrol sistem tanpa campur
tangan manusia .
Pada pertengahan abad ke-20, otomasi telah ada untuk beberapa tahun
dalam skala yang kecil, menggunakan devais atau peralatan mekanikal yang
sederhana untuk mengotomasikan proses manufacturing yang sederhana.
Sedangkan dunia elektronik mulai memasuki arena industri pada tahun 1940-an
ketika berbagai komponen pengendali dibuat untuk meningkatkan kinerja sistem
industri. Pada masa ini, motor – motor AC mulai muncul mendampingi motor DC
sebagai tulang punggung sistem industri. Pada tahun 1950-an, penguat elektronik
dan magnetik memberikan sumbangan besar pada sistem kendali, yaitu dengan
memungkinkan umpan balik pada kendali posisi. Bagaimanapun juga, konsep
akan menjadi benar-benar terwujud dalam prakteknya dengan adanya perubahan
atau evolusi pada komputer digital, yang fleksibilitasnya memampukannya untuk
mengatur hampir semua bagian dari tugas atau proses produksi. Komputer digital
dengan kombinasi kecepatan, kemampuan untuk menghitung atau mengkalkulasi
dengan cepat, harga, dan ukuran yang dibutuhkan secara keseluruhan, pertama
kali muncul sekitar tahun 1960. Sebelumnya, komputer – komputer yang ada
pada industri terdiri dari komputer analog dan komputer hybrid. Sejak tahun 1960,
komputer digital telah mengambil alih kontrol secara luas dan sederhana, proses
yang diulang-ulang, dan proses – proses lain yang lebih kompleks.Pada periode
Universitas Sumatera Utara
ini juga muncul apa yang dinamakan PLC (Programmable Logic Controller,
sebagai pengganti relai elektromagnetik pada sistem kendali yang bersifat
sekuensial .
Dalam perkembangannya hingga kini, otomasi dalam dunia industri makin
lama makin bertambah kompleks. Perkembangan ini membentuk sistem otomasi
menuju pada suatu struktur tertentu, dan membentuk suatu hirarki sistem otomasi.
2.2. Sejarah Programmable Logic Controller
PLC diciptakan sebagai respon atas kebutuhan – kebutuhan pada industri
otomotif Amerika. Sebelumnya, kontrol, sequencing, dan safety interlock logic
untuk manufaktur automobile dan truk-truk dikerjakan dengan relay, timer, dan
kontroler close-loop. Proses dalam mengupdate fasilitas-fasilitas tersebut, yaitu
dengan mengadakan perubahan model dalam waktu setahun dirasakan sangat
mahal dan boros, sedangkan dalam rewiring, sistem relay membutuhkan teknisi
elektrik yang ahli dan terampil.
Pada tahun 1968, GM (General Motors) Hydaramatic ( the automatic
transmission division of General Motors) mengeluarkan proposal permintaan
untuk penggantian terhadap sistem relay hard-wired. Proposal yang disetujui
berasal dari Bedford Associates of Bedford, Massachusetts. PLC pertama, dengan
model desain 084, oleh karena proyek ini merupakan proyek ke-84 pada Bedford
Associates. Bedford Associates mulai membuka perusahaan untuk tujuan
pengembangan, pembuatan, penjualan dan layanan produk baru : Modicon, yang
merupakan kependekan dari Modular Digital Controller. Orang yang sangat
berpengaruh dalam projek Modicon ini adalah Dick Morley, yang terkenal dengan
Universitas Sumatera Utara
sebutan “Father of the PLC”. Jenis Modicon telah dijual pada tahun 1977 Gould
Electronics, dan terakhir oleh Schneider Electric, Pemilik tunggal.
Salah satu model awal 084 yang telah dibuat ditampilkan pada kantor
pusat perusahaan Modicon, di North Andover, Massachussetts. Model itu
dipresentasikan oleh GM kepada Modicon, ketika unit tersebut telah habis
produksi sekitar dua puluh tahun.
Industri otomotif masih merupakan perusahaan pengguna PLC terbesar.
PLC digunakan pada banyak jenis industri yang berbeda, seperti packaging dan
mesin – mesin semikonduktor. Jenis PLC yang terkenal adalah Koyo, Honeywell,
Siemens, Schneider Electric, Omron, Rockwell, General Electric, Panasonic dan
Mitsubishi.
2.3.Konsep Dasar Programmable Logic Controller
Secara definitif, menurut NEMA (National Electrical Manufactures
Association), PLC adalah suatu alat elektronika digital yang berbasis
mikrokontroller dan menggunakan memori yang dapat diprogram untuk
menyimpan dan mengaplikasikan instruksi – instruksi dari suatu fungsi tertentu,
seperti logika, sekuensial, pewaktuan (timing), pencacahan (counting), dan
aritmatika dalam rangka mengendalikan mesin-mesin ataupun suatu proses.
PLC merupakan elemen unit pengendali yang fungsi pengendaliannya
dapat diprogram sesuai dengan keperluan. Jadi, sebelum digunakan PLC
diprogram terlebih dahulu agar proses pengendalian yang terjadi sesuai dengan
yang diinginkan.
Universitas Sumatera Utara
Piranti ini juga dirancang sedemikian rupa agar tidak hanya para
programer komputer saja yang dapat membuat dan mengubah program-program
yang ada di dalamnya melainkan juga dapat dioperasikan oleh para insinyur yang
memiliki kemampuan terbatas mengenai pemograman bahasa komputer. Oleh
sebab itu para perancang PLC sudah menempatkan sebuah program awal (preprogram) yang memungkinkan program-program kontrol dapat dimasukkan
dengan menggunakan bahasa pemograman yang sederhana dan mudah dipahami.
Prinsip kerja PLC sama dengan prinsip relay yaitu berupa saklar on-off,
tetapi PLC dipandang lebih menguntungkan dari pada relay pada umumnya.
Kemudahan – kemudahan yang di dapat dengan menggunakan PLC sebagai unit
pengendali adalah sebagai berikut :
1. Fleksibel
Sebelum menggunakan PLC sebagian besar sistem kontrol mesin
menggunakan alat kontrol berupa relay ataupun electronic card. Sistem
tersebut tidak praktis karena tidak bisa digunakan secara umum. Sebagai
contoh pada setiap mesin yang berbeda tipe, maka akan dibutuhkan
electronic card yang berbeda pula sesuai dengan yang dibuat oleh
pabrikannya. Sedangkan PLC bisa digunakan secara umum pada setiap
tipe mesin dan kita cukup hanya menyediakan program aplikasinya saja.
2. Kemudahan pembuatan dan pengeditan program.
PLC mudah diprogram dengan menggunakan bahasa pemograman yang
relatif sederhana dan mudah dipahami serta sebagian besar berhubungan
dengan operasi-operasi logika dan penyambungan. Pengeditan program
juga dapat dilakukan dengan mudah sesuai dengan kebutuhan.
Universitas Sumatera Utara
3. Kemudahan pemeliharaan dan perbaikan
Dibutuhkan banyak waktu pada saat hendak memodifikasi proses
pengontrolan dengan menggunakan electronic card maupun relay-relay.
Selain itu proses pelacakan pada saat terjadi gangguan akan cukup sulit
dilakukan. Tetapi, dengan PLC proses modifikasi dapat dilakukan
dengan hanya pemograman ulang (Reprogram) tanpa perlu diinstalasi
ulang. Proses pelacakan kesalahan juga dapat dimonitor langsung
dengan menggunakan programming tools yang disediakan oleh masingmasing vendor PLC.
4. Dapat digunakan pada berbagai macam alat
Proses pengontrolan dengan menggunakan PLC dapat dilakukan pada
berbagai macam alat maupun mesin, walaupun mesin yang digunakan
berbeda-beda jenis maupun tipe. Pemakai hanya perlu menyediakan
program aplikasi sesuai dengan PLC yang digunakan dan memogram
PLC tersebut agar beroperasi sesuai dengan proses yang diinginkan.
5. Memiliki jumlah kontak relay yang banyak
Setiap PLC memiliki jumlah kontak relay yang cukup banyak.
Sedangkan pada relay konvensional jumlah kontaknya terbatas. Pada
satu koil internal relay PLC jumlah kontaknya bisa mencapai ratusan,
tetapi hal ini juga tergantung pada kapasitas memori dari PLC yang
digunakan.
Universitas Sumatera Utara
6. Memiliki banyak fasilitas dan lebih fungsional
Setiap PLC sudah memiliki fasilitas seperti timer, counter, latch, dan
fungsi-fungsi lainnya. Sehingga tidak diperlukan lagi penggunaan timer
dan counter dan fasilitas eksternal lainnya karena sudah ada dalam PLC.
7. Keamanan (security) yang baik
Program PLC yang telah dirancang dapat diproteksi sehingga tidak
dapat diubah orang sembarangan. Hal ini berbeda dengan sistem relay
konvensional
yang
sistemnya
cenderung
lebih
terbuka
dan
memungkinkan setiap orang melakukan perubahan pada sistemnya.
8. Program yang telah dibuat dapat disimpan
Program aplikasi PLC yng telah dirancang dengan mudah dapat
disimpan pada CD, disket, dan harddisk komputer seperti program
komputer pada umumnya. Sehingga program aplikasi yang asli dapat
disimpan dan bisa digunakan kembali bila diperlukan.
9. Dapat dimonitoring secara visual
Sebelum program aplikasi yang telah dirancang akan digunakan, maka
program tersebut dapat dites terlebih dahulu dalam skala laboratorium
dengan menggunakan lampu indikator yang ada pada PLC. Hal ini akan
memudahkan proses evaluasi dan penyempurnaan program. Selain itu,
program tersebut dapat dimonitoring secara visual dengan menggunakan
programming device yang disediakan masing-masing PLC.
10. Bersifat kokoh dan dirancang untuk dapat beroperasi pada kondisi suhu,
kelembapan, getaran, dan tingkat kebisingan yang lebih dari kondisi
normal.
Universitas Sumatera Utara
Perkembangan
PLC
berhubungan
erat
dengan
perkembangan
mikroprosesor. Oleh karena itu, bila kemampuan mikroprosesor meningkat, maka
kemampuan PLC yang menggunakan mikroprosesor tersebut meningkat juga.
Saat ini PLC sudah mampu berkomunikasi dengan operator, dengan modul –
modul khusus seperti PID, analog I/O, dan komputer untuk suatu proses
pengendalian khusus.
Hal – hal mendasar yang harus diketahui dalam pengenalan dan
penggunaan PLC sesuai fungsi yang diinginkan adalah :
•
Prinsip Kerja Dasar
PLC menerima sinyal input dari peralatan diskrit (on/off) atau analog
(sensor). Modul input mengidentifikasi serta mengubah sinyal tersebut ke dalam
bentuk tegangan yang sesuai dengan modul input dan mengirimkannya ke CPU
(Central Processing Unit). Sinyal input tersebut diolah, kemudian dikirim ke
modul output berdasarkan program yang telah disimpan di CPU. Bentuk sinyal
output diubah menjadi tegangan yang sesuai dan dipakai untuk menjalankan
peralatan output (actuator) . Selama proses operasinya, CPU sebuah PLC
melakukan tiga operasi utama yaitu:
o
Membaca data masukan (input) melalui perangkat yang
disebut modul input.
o Mengeksekusi program kontrol yang telah dirancang dan
tersimpan pada memori PLC.
o Memperbaharui data-data pada modul output PLC.
Ketiga proses di atas dinamakan proses scanning :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.1. Prinsip kerja dasar PLC
•
Sistem Aliran Daya
Sistem aliran daya merupakan prinsip yang digunakan pada pemrograman
PLC. Seperti arus yang mengalir pada rangkaian listrik, garis vertikal pada posisi
kiri dan kanan adalah rel daya yang diasumsikan sebagai sumber daya untuk
mengaktifkan fungsi – fungsi yang terdapat di dalam program yang dibuat.
Fungsi – fungsi tersebut secara langsung berhubungan dengan rel daya.
Kemudian dieksekusi setiap satu kali scan operasi.
Gambar berikut merupakan sistem aliran daya yang menjelaskan fungsi-A
aktif jika ada aliran daya melewatinya. Sedangkan agar fungsi-C dapat aktif, maka
fungsi-B harus aktif terlebih dahulu untuk melewatkan daya ke fungsi-C.
FUNGSI-A
FUNGSI-B
FUNGSI-C
Gambar 2.2. Sistem Aliran Daya
Universitas Sumatera Utara
2.4. Komponen - komponen Penyusun PLC
PLC pada dasarnya adalah komputer yang didesain untuk keperluan
khusus, sehingga memiliki input dan output yang jelas. Persamaan antara
komputer dan PLC dapat dilihat pada kemiripan struktur dasar yang membentuk
keduanya. PLC memiliki empat komponen utama , yaitu : Power Supply (catu
daya), Processor, Memori, dan Modul Input / Output.
Kondisi input PLC dibaca, kemudian disimpan dalam memori. PLC akan
memproses keadaan input tadi di CPU sesuai dengan instruksi logik yang sudah
diprogram. Kondisi output digunakan untuk mengendalikan suatu peralatan
tertentu, seperti motor, variabel speed drive, dan sebagainya.
Dalam hal ini prosessor akan mengontrol peralatan luar yang terkoneksi dengan
modul output berdasarkan kondisi perangkat input serta program yang tersimpan
di dalam PLC tersebut.
Adapun komponen-komponen utama dari sebuah PLC dijelaskan sebagai
berikut :
1. Power Supply
Unit Power supply (catu daya) dibutuhkan untuk mengubah tegangan AC
dari sumber menjadi tegangan rendah DC (5 Volt) yang akan digunakan
oleh IC dalam CPU PLC untuk beroperasi. Jika terjadi block out Power
supply (power off), maka rangkaian Power supply pada PLC dilengkapi
dengan baterai cadangan (Back-up Battery). Sehingga jika terjadi
kegagalan power, maka secara otomatis baterai akan menggantikan Power
supply utama ke CPU agar program pada memori user tidak hilang.
Universitas Sumatera Utara
2. Prosessor
Prosessor merupakan otak PLC, yang berfungsi mengendalikan dan
mengawasi jalannya operasi dalam PLC, dan juga melakukan operasi
manipulasi data sesuai dengan instruksi program yang tersimpan dalam
memori. Suatu jalur komunikasi internal akan membawa informasi dari
dan ke CPU, memori dan unit I/O, dengan dikendalikan oleh Prosessor.
Sistem pada CPU PLC berbasis mikroprosesor. Prosessor terintegrasi
dengan CPU (Central Processing Unit) pada PLC. Jadi fungsi utama
Prosesor pada PLC adalah mengatur tugas dari keseluruhan sistem PLC
baik itu berupa fungsi matematis, manipulasi data, tugas-tugas diagnostik,
dan lain sebagainya. Mikroprosesor dari sebuah PLC dikategorikan
berdasarkan jumlah dan panjang ukuran bit dari register prosesor tersebut
dan biasanya terdiri dari 8, 16, dan 32 bit. Semakin panjang ukuran jumlah
bit, maka akan semakin cepat pula proses yang terjadi pada PLC tersebut.
Setiap kali
melakukan proses scanning, prosesor akan mengeluarkan
sinyal pada akhir proses scan yang dinamakan sinyal end-of-scan (EOS).
Waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu kali proses scan
dinamakan waktu scan (scan time). Waktu scan dapat didefenisikan
sebagai waktu total yang diperlukan prosesor unutk mengeksekusi
program dan memperbaharui modul input/outputnya. Waktu scan
dipengaruhi oleh dua faktor yaitu jumlah memori yang diperlukan oleh
program yang dirancang dan jenis instruksi yang digunakan dalam
program. Waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu kali scan dapat
bervariasi antara beberapa millidetik, sampai ratusan millidetik.
Universitas Sumatera Utara
3. Memori
Memori merupakan area dalam CPU PLC tempat data serta program
rancangan disimpan dan dieksekusi oleh prosessor. Pada umumnya
memori terbagi atas dua kategori yaitu : volatile memory dan unvolatile
memory. Program atau data yang disimpan pada volatile memory kan
hilang apabila catu daya PLC mati. Volatile memory juga sering disebut
Random Acces Memory (RAM). Sebagian PLC yang menggunakan RAM
dilengkapi dengan baterai cadangan apabila catu daya sumber mati. Tetapi
hal ini juga akan menjadi masalah jika terjadi kegagalan baterai. Hal
sebaliknya terjadi pada unvolatile memory. Yang termasuk dalam kategori
unvolatile memory yaitu :
•
Read-Only Memory (ROM)
Memori ini dirancang untuk menyimpan program secara permanen.
Secara umum PLC jarang menggunakan ROM untuk menyimpan
program pengguna kecuali untuk aplikasi khusus yang programnya
tidak akan diubah.
•
Programmable Read-Only Memory (PROM)
Merupakan salah satu jenis ROM yang dapat diprogram ulang
dengan menggunakan alat pemograman khusus. Memori ini jarang
digunakan pada PLC unutk menyimpan program pengguna.
Umumnya hanya digunakan pada back up program saja.
Universitas Sumatera Utara
•
Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM)
Ini merupakan memori sejenis PROM yang dapat diprogram ulang
setelah program yang sebelumnya telah tersimpan dihapus dengan
menggunakan sinar ultraviolet.
•
Electrically
Erasable
Programmable
Read-Only
Memory
(EEPROM)
Ini merupakan jenis ROM yang menyerupai RAM dan paling
banyak digunakan pada PLC untuk menyimpan program pengguna.
Hal ini disebabkan karena dalam mengubah program pada memori
ini kita cukup menggunakan perangkat pemograman pada PLC itu
sendiri, misalnya : komputer atau mini-programmer. Keunggulan
lainnya dari memori jenis ini adalah kemampuan hapus-tulisnya
yang berkisar 10.000 kali
Kapasitas memori tertentu yang dimiliki PLC berkisar antara 1 – 64
Kbyte, tergantung dari modul memori yang digunakan.
4. Modul Input/Output
Unit modul ini berfungsi sebagai perantara/antarmuka PLC dengan proses
yang dikendalikan. Unit I/O ini bermacam-macam, tergantung dari jenis
PLC-nya, seperti :
•
Input
: 5V, 24V, 110V, 240V.
•
Output
: 24V 100mA, 110V 1A, 240V 1A AC. (triac), 240V 2A
AC (relay).
Universitas Sumatera Utara
Tiap PLC, mempunyai satu macam input dan satu macam output.
Agar penggunaan I/O mudah, digunakan terminal I/O yang berupa
terminal dengan memakai sekrup atau plug-in. Tiap I/O memiliki suatu
alamat tersendiri yang akan digunakan pada program pada PLC.
5. Modul-modul tambahan
Pada penggunaannya, sering dipakai modul-modul tambahan, seperti :
•
I/O analog, yang berfungsi sebagai unit I/O untuk sinyal-sinyal analog.
•
Pengendali
PID,
yang
merupakan
suatu
modul
pengendali
proportional, integral, dan derivative, yang pada saat ini sudah
terintegrasi pada program PLC.
•
Komunikasi, yang merupakan perantara PLC dengan PLC lain,
komputer, printer, dan sebagainya.
•
I/O tambahan
•
Memori tambahan
Di samping modul-modul diatas, masih banyak lagi modul-modul
tambahan yang dapat digunakan pada PLC.
2.5. Perangkat – perangkat Input-Output pada PLC
Bagian Input/Output dari PLC terdiri dari modul input dan output. Sistem
I/O membentuk interface dengan peranti medan yang dihubungkan pada
pengontrol. Tujuan interface ini adalah untuk kondisi berbagai sinyal yang
diterima dari atau dikirimkan ke peranti medan eksternal.
Beberapa contoh peranti input pada PLC antara lain:
1. tombol-tekan / saklar-saklar mekanis
Universitas Sumatera Utara
2. saklar pembatas / saklar jarak
3. sensor – sensor dan saklar-saklar fotoelektris
4. Enkoder
5. Pengukur regangan (strain gauge)
6. Detektor ketinggian cairan dan pengukur aliran cairan
7. Keypad
Sedangkan peranti output seperti :
1. kontaktor
2. katup-katup kontrol direksional / keran solenoid
3. motor DC, motor AC, motor langkah ( stepper motor )
4. lampu indikator.
Beberapa pengontrol yang dapat diprogram mempunyai modul terpisah
untuk input dan output. Hal ini untuk menjaga agar kerusakan pada peralatan
input/output tidak menyebabkan terjadinya hubung singkat pada unit CPU. Isolasi
rangkaian modul dari CPU ini umumnya menggunakan rangkaian optocoupler.
Tetapi ada juga PLC yang mempunyai input dan output yang dihubungkan
sebagai bagian integral dari pengontrol (Gambar 2.3).
Gambar 2.3. Input dan Output terhubung sebagai bagian integral dari PLC
Universitas Sumatera Utara
Pada PLC yang memiliki hubungan I/O terpisah, maka sering digunakan
rak sebagai tempat I/O diletakkan. Pada saat modul diletakkan pada rak, maka
hubungan listrik dengan sederetan kontak yang disebut “backplane”, diletakkan
pada bagian belakang rak. Prosessor PLC yang dihubungkan dengan backplane
ini, dapat berkomunikasi dengan semua modul pada rak. ( seperti gambar 2.4 )
.
Gambar. 2.4. modul I/O terpisah dari PLC melalui sistem rack
Modul interface input menerima sinyal dan mesin atau peranti proses
(misalnya, 120 V ac) dan mengubahnya menjadi sinyal (5 V dc) yang dapat
digunakan oleh pengontrol. Modul interface output mengubah pengontrol sinyal
(misalnya 5 V dc) menjadi sinyal eksternal (misalnya 120 V ac) yang
mengendalikan mesin atau proses. Ada banyak jenis input dan output yang dapat
dihubungkan pada pengontrol yang dapat diprogram dan dapat dibagi menjadi dua
group yakni : digital (disebut juga diskrit) dan analog.
Sensor-sensor
atau
peranti-peranti
yang
menghasilkan
output
digital/diskrit, yaitu kondisi ‘on/off’ seperti : saklar pilih,tombol tekan/saklar
mekanis, saklar pembatas, alat penerangan, motor kecil, dan starter motor dapat
Universitas Sumatera Utara
dihubungkan dengan mudah ke port-port input PLC. Sedangkan peranti - peranti
yang menghasilkan sinyal-sinyal analog seperti : pengontrol suhu pembakaran,
kecepatan putaran, dan lain sebagainya harus terlebih dahulu dikonversikan
menjadi sinyal-sinyal digital sebelum dihubungkan ke port-port PLC (lihat
gambar 2.5 )
Gambar.2.5. Kontrol suhu pembakaran
Tiap modul I/O diberi daya oleh sumber tegangan suplai medan (gambar
2.6.a dan 2.6.b). Karena tegangan tersebut dapat berbeda magnitude maupun jenis,
maka modul I/O dapat dijumpai pada berbagai batas kerja tegangan dan arus ac
dan dc. Kedua tegangan dan arus harus cocok dengan persyaratan listrik dari
sistem yang dihubungkan. Ada 4, 8, 12, 16 atau 32 terminal per modul.
Pemanufaktur PLC membuat modul input dan output yang beraneka ragam.
Modul analogi I/O menyediakan interface untuk berbagai sinyal analogi, meliputi
rentang tegangan (misalnya, 1 sampai dengan 5 V) dan rentang arus (misalnya, 4
sampai dengan 20 mA).
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 2.6.a Empat titik modul input diskrit 120 V-AC
Gambar. 2.6.b Empat titik modul output diskrit 4 – A 120 V-AC
Sinyal dihubungkan pada PLC melalui modul input. Modul input
melakukan empat tugas pada sistem pengendali PLC antara lain:
•
Merasakan sinyal yang diterima dari sensor pada mesin
•
Mengubah sinyal input menjadi level tegangan yang sesuai pada PLC tertentu
•
Mengisolasi PLC dari fluktuasi pada tegangan atau arus sinyal input
•
Memilih sinyal ke PLC yang menunjukkan sensor mana yang memulai sinyal.
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 2.7. Modul input interface arus bolak-balik
Gambar 2.7
menunjukkan diagram blok
dan pengawatan
yang
disederhanakan untuk satu input dari modul input interface ac. Rangkaian input
disusun oleh dua bagian pokok, yaitu : bagian daya dan bagian logika.
Bagian daya dan bagian logika biasanya dirangkai bersama-sama dengan suatu
rangkaian, namun secara listrik keduanya terpisah.
Apabila modul tekan ditutup, 120 V AC diberikan pada penyearah
jembatan melalui tahanan R 1 dan R 2 . Ini menghasilkan tegangan dc level rendah ,
yang diberikan pada LED dari isolator optis. Batas kerja tegangan dioda zener
(Z d ) mengukur level minimum tegangan yang dapat didekteksi.
Universitas Sumatera Utara
Pada saat sinar dari LED mengenai transistor foto, sinar itu akan berubah
ke dalam konduksi, dan status tombol-tekan dikomunikasikan dengan logika atau
tegangan dc level-rendah ke prosesor. Isolator optik tidak hanya memisahkan
tegangan input ac tinggi dari rangkaian logika, tetapi juga mencegah kerusakan
pada prosesor karena transien tegangan sumber.
Isoilasi optik juga menolong mengurangi efek gangguan bunyi listrik yang
ada pada lingkungan industri yang juga dapat menyebabkan operasi yang tidak
menentu dari prosesor. Kopling dan isolasi dapat juga dicapai dengan
menggunakan transformator pulsa atau relai buluh.
Modul interface output dari pengontrol yang dapat diprogram bertindak
sebagai saklar pada suplai, dari suplai daya pemakai untuk mengoperasikan
output. Output yang di bawah kendali program diberi umpan dari prosesor ke
rangkaian logika yang akan menerima dan menyimpan perintah prosesor yang
diperlukan untuk mengaktifkan output. Peranti pen-saklaran output paling sering
digunakan untuk menghubungkan daya pada beban dalam pengontrol yang dapat
diprogram yaitu:
•
Relai untuk beban ac dan dc
•
Triac untuk beban ac saja
•
Transistor untuk beban dc saja
Dari ketiga jenis peranti output tersebut di atas, output PLC dengan jenis
relai merupakan output yang paling fleksibel penggunaannya karena dapat
menggerakkan beban AC maupun DC. Kelemahannya terletak pada tangggapan
switching-nya yang relatif lambat, yaitu sekitar 10 milidetik. Sedangkan unutk
Universitas Sumatera Utara
Triac dan Transistor, besar arus yang bisa dilewatkan umumnya sebesar 1 A
dengan waktu respon kurang dari 1 millidetik.
Modul output mempunyai fungsi yang sama dengan modul input kecuali
dalam urutan pembalikan. Gambar 2.8 menunjukkan diagram blok dan
pengawatan yang disederhanakan dari modul interface output ac.
Sebagai bagian dari operasi normalnya, prosesor menyetel status output
sesuai dengan program logika. Ketika prosesor memerlukan output, tegangan
diberikan kepada LED dari isolator. Kemudian LED memancarkan cahaya yang
mengubah fototransistor menjadi terkonduksi. Ini pada gilirannya akan mengubah
triac menjadi terkonduksi juga, sehingga pada gilirannya menghidupkan lampu.
Karena triac menghantar pada salah satu arah, maka output ke lampu adalah arus
bolak-balik.
Seperti pada rangkaian input, interface output biasanya dilengkapi dengan
LED yang berfungsi untuk menunjukkan status masing-masing output. Tetapi jika
modul berisi sekring, maka dapat juga digunakan indikator status sekering.
Gambar. 2.8. Modul output interface arus bolak-balik
Universitas Sumatera Utara
Modul interface output biasanya dirancang untuk menangani arus dalam
rentang 2 sampai dengan 3 ampere. Untuk melindungi rangkaian modul output,
arus kerja tidak boleh melebihi batas yang ditentukan. Untuk pengontrolan beban
besar, misalnya : motor listrik berdaya besar, maka relai kontrol standar
dihubungkan ke modul output. Kontak relai kemudian dapat digunakan untuk
mengontrol beban besar atau starter motor seperti diperlihatkan pada Gambar 2.9.
Relai kontrol ini disebut relai penempatan (interpossing relai).
Gambar 2.9. Diagram hubungan interpossing relai
Modul interface input analog berisi rangkaian yang perlu menerima
tegangan analog atau sinyal arus dari peranti medan analog. Input tersebut akan
diubah dari input yang bernilai analog ke input yang bernilai digital oleh suatu
rangkaian konverter analogi ke-digital (A/D). Nilai konversi, yang besarnya
sebanding dengan nilai analog, diekspresikan sebagai binary 12-bit atau sebagai
desimal yang diberi kode biner 3 digit (three-digit binary-coded decimal = BCD)
untuk digunakan oleh prosesor. Peranti yang merasakan input analog mencakup
suhu, cahaya, kecepatan, tekanan dan posisi transduser.
Universitas Sumatera Utara
Modul interface output analog berfungsi untuk menerima data digital dari
prosesor yang kemudian akan diubah menjadi tegangan atau arus yang berbanding
lurus untuk mengendalikan peranti-medan analog. Data digital dilakukan pada
rangkaian konverter digital-ke analog (D/A) untuk menghasilkan bentuk analog
yang dibutuhkan. Peranti output analog termasuk motor kecil, kran meter analog
dan display tujuh-segmen.
Masing-masing port atau terminal pada modul input dan output diberi
nomor tujuan yang unik (Gambar 2.10). Ini bertujuan agar prosesor dapat
mengenali lokasi dari peranti untuk memonitor atau untuk mengontrolnya. Jenis
modul dan lokasi fisik yang sesungguhnya dari terminal menetapkan alamat
pemrograman. Format pengalamatan input dan output tergantung pada PLC
khusus yang digunakan, dan biasanya dijumpai secara khusus pada manual
pemakaian PLC yang akan digunakan. Alamat-alamat tersebut dapat disajikan
dalam istilah desimal, oktal atau heksa desimal, tergantung pada sistem bilangan
yang digunakan oleh PLC itu sendiri.
Gambar.2.10 (a) Format Alamat pada PLC mikro
Universitas Sumatera Utara
Format PLC mikro yang digambarkan pada gambar 2.10 (a) menggunakan
bilangan terbatas dari titik kontrol. Masing-masing peranti input dan output harus
mempunyai alamat tertentu. Pada instalasi rak PLC yang besar yang ditunjukkan
pada gambar 2.10 (b), lokasi modul di dalam rak dan bilangan terminal dari modul
pada alat input atau output yang dihubungkan, akan menentukan alamat dari
peranti. Pada gambar 2.10(b) juga diperlihatkan format alamat untuk PLC
produksi Allen Bradley. Sedangkan untuk PLC Mitsubishi, rak-rak dikenal
dengan blok-blok yang ditandai dengan huruf m dan n(bukan huruf ‘m ‘ dan ‘n’
kapital).
Gambar.2.10 (b) Format Alamat I/O pada PLC yang besar
Sistem pengontrol yang dapat diprogram memerlukan dua suplai daya.
Suplai pertama, menyediakan daya yang akan digunakan oleh beban output untuk
beroperasi dan disediakan oleh pemakai pengontrol yang dapat diprogram dalam
Universitas Sumatera Utara
hal ini PLC. Sedangkan suplai daya kedua diberikan secara internal sebagai modul
yang merupakan bagian terintegrasi dengan PLC.
Suplai daya ini menyediakan arus-searah internal untuk mengoperasikan
rangkaian logika pada prosesor dan perangkat I/O. Besar tegangan yang
disediakan tergantung pada jenis rangkaian terpadu (IC) di dalam sistem. Jika
sistem dibuat dari IC transistor logika, maka besar daya internal adalah sebesar 5
Volt, tetapi jika rangkaian terpadu adalah sistem jenis semikonduktor metal oksida
yang saling melengkapi (complementary metal oxide semiconduktor = CMOS),
maka besar tegangan suplai daya itu berada dalam rentang 3 Volt sampai dengan
18 Volt.
Universitas Sumatera Utara