bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
Sistem ball sorting yang akan direalisasikan ini ditinjau sangat membantu
aktivitas proses produksi menjadi begitu efektif dan efisien. Sistem ball sorting ini
menggunakan sensor pendeteksi keberadaan, warna, dan jenis bola. PLC FESTO
sebagai pengendali utama sistem ball sorting sehingga sistem ini dapat bekerja
secara otomatis. Dibawah ini akan dibahas mengenai teori yang mendukung
dalam pembuatan sistem ball sorting ini. Materi yang dibahas yaitu sensor,
transduser, PLC, PLC FESTO, phototransistor, infrared, solenoid, relay, dan
perangkat lunak (software).
II.1 Sensor
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik
menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu.
Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya.
Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran
yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.
Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan
pengukuran atau pengendalian. Sensor merupakan bagian dari transduser yang
berfungsi untuk melakukan sensing atau “merasakan dan menangkap” adanya
perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transduser,
sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian
konvertor dari transduser untuk dirubah menjadi energi listrik. Berikut adalah
macam - macam sensor :
1. Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya
menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi foton
menjadi elektron. Salah satu penggunaannya yang paling populer adalah
kamera digital.
BAB II LANDASAN TEORI
2. Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi
besaran listrik. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor
ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah
hambatannya
terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.
II.1.1 Sensor Infrared (IR)
Infrared adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih
panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio.
Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah
merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang.
Secara alami sinar inframerah dihasilkan oleh matahari yang memancarkan
cahayanya. Matahari menghasilkan sinar yang dibedakan warnanya dalam
spektrum sinar tampak dan sinar tidak tampak. Salah satu sinar tidak tampak
adalah sinar ultraviolet yang berada pada spektrum warna violet. Sinar tak tampak
lainnya adalah Sinar-X, Sinar Gamma, Sinar inframerah dan Sinar Kosmik, yang
memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada Sinar Ultraviolet dan bila
tidak dikontrol sangat berbahaya bagi kehidupan manusia dan makhluk lainnya.
Sinar Inframerah (infrared ray - IR) juga merupakan sinar tidak tampak
yang berada pada spektrum warna merah, mendekati spektrum sinar tampak.
Dapat dikatakan bahwa 80% cahaya matahari adalah sinar inframerah karena
lebarnya jangkauan gelombang sinar ini (0,75-1000 micron).
a. Transmitter (Pemancar) Infrared
Pada rangkaian elektronika, sinar inframerah dihasilkan oleh LED (Light
Emitting Dioda) inframerah. LED Inframerah adalah sebuah benda padat
penghasil cahaya, yang mendekati/menghasilkan spectrum cahaya infra merah.
LED inframerah menghasilkan panjang gelombang yang sama dengan yang biasa
diterima oleh photodetektor silikon. Oleh karena itu LED inframerah bisa
dipasangkan dengan phototransistor dan photodioda. Dibawah ini adalah salah
satu contoh gambar LED inframerah yang ada di pasaran :
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
7
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.1 LED Inframerah Tipe TSAL 6200
Karakteristik dari LED Inframerah :

Bisa dipakai dalam waktu yang sangat lama.

Membutuhkan daya yang kecil.

Pemancaran panjang gelombangnya menyempit.

Tidak mudah panas.

Bisa digunakan dalam jarak yang lebar.

Harga relatif murah.
b. Receiver (Penerima) Inframerah
Untuk menagkap/mendeteksi sinar inframerah yang dipancarkan LED
inframerah maka pada rangkaian inframerah digunakan receiver inframerah. Pada
umumnya receiver inframerah berupa photodetektor yang terbuat dari bahan
silikon, seperti phototransistor dan photodioda.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
8
BAB II LANDASAN TEORI
Skematik rangkaian sensor ini bisa dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.2 Skematik rangkaian sensor IR
Resistansi dari sensor (phototransistor) akan meningkat dengan semakin
banyaknya pancaran inframerah yang masuk ke sensor. Sensor yang ideal adalah
sensor yang memiliki nilai resistansinya mendekati nol ketika ada pancaran
inframerah. Sebaliknya, resistansi sensor akan sangat besar sekali ketika tidak ada
pancaran inframerah yang masuk ke sensor.
II.1.2. Karakterisasi Sensor Infrared
Untuk
menghasilkan
voltage
swing
(perbedaan
tegangan
ketika
phototransistor disinari dan ketika tidak disinari) yang bagus, maka pemilihan
nilai resistansi R1 harus benar-benar diperhatikan. Pemilihan nilai R1 bisa
ditentukan dari prinsip pembagian tegangan. Perhatikan gambar dibawah ini :
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
9
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.3 Skema rangkaian pembagian tegangan
Kita asumsikan bahwa,
Rsensor = RA ; ketika phototransistor tidak disinari oleh inframerah.
Rsensor = RB ; jika phototransistor disinari oleh inframerah.
Maka skema rangkaian diatas dapat dirubah sebagai berikut :
Gambar 2.4 Skema rangkaian pembagi tegangan ketika (a) disinari;(b) tidak disinari
Nilai resistansi total dari kedua resistor adalah R1+Rsensor. Sedangkan
tegangan yang melewati keduanya adalah VCC. Dengan menggunakan hukum
ohm, kita dapat menghitung besarnya arus, yaitu:
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
10
BAB II LANDASAN TEORI
tidak disinari oleh inframerah, Rsensor = RA , maka :
Ketika
Tegangan
keluarannya adalah :
Jika disinari, Rsensor = RB, maka :
Tegangan keluarannya adalah :
Dari persamaan (3) dan (5), dapat ditentukan voltage swing, yaitu :
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
11
BAB II LANDASAN TEORI
Relatif voltage swing adalah
Nilai RA dan RB dapat diketahui dengan melakukan pengukuran
resistivitas phototransistor menggunakan ohmmeter. Dengan diketahuinya nilai
RA dan RB maka dapat dibuat grafik voltage Swing (VS) tehadap range nilai
resistansi R1. Kemudian dari grafik tersebut dengan mudah dapat menentukan
nilai resistansi R1 untuk menghasilkan voltage swing yang paling besar.
II.2 Transduser
Transduser adalah alat yang berfungsi untuk mengubah suatu bentuk
energi tertentu ke dalam bentuk energi lain, dalam hal ini biasanya selalu diubah
kedalam bentuk energi listrik. Alasan mengapa energi listrik yang berupa arus
atau tegangan listrik ini merupakan pilihan yang paling banyak digunakan antara
lain :
1. Energi listrik paling mudah untuk di-manipulasi, artinya mudah diatur dan
dirubah baik dari segi bentuknya, frekuensinya, maupun kegunaannya.
2.Energi listrik mudah untuk disimpan atau jika dalam bentuk analog akan di
simpan dalam baterai dan jika bentuknya adalah digital akan disimpan dalam
memori.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
12
BAB II LANDASAN TEORI
II.2.1 Klasifikasi Transduser
Transduser dapat diklasifikasikan berdasarkan cara pengubahan energi
sinyal keluaran atau berdasarkan bidang pemakaian, dan dibagi menjadi:
1. Active Transduser adalah jenis transduser yang mampu menghasilkan
energi listrik sendiri, contohnya : foto sel, termokopel dan lain-lain.
2. Passive Transduser adalah jenis transduser yang memerlukan catu daya
(power supply) eksternal untuk dapat bekerja, contohnya : Thermistor,
Fototransistor dan lain-lain.
Transduser berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti
mengubah. Sehingga transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang
dapat mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari
transduser disebut “sensor ”, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas
fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain.
Gambar 2.5 Gambaran umum masukan–keluaran transduser
II.2.2 Pemilihan Transduser
Pemilihan suatu transduser sangat tergantung kepada kebutuhan pemakai
dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu
diperhatikan beberapa hal di bawah ini:
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
13
BAB II LANDASAN TEORI
1.Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi pada bebanlebih.
2.Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukan-
keluaran yang linier.
3.Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu
banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan.
4.Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan
dengan bentuk dan besar yang sama.
5.Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran
yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam
kondisi lingkungan yang sama.
6.Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser
sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata seringkali menjadi
kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan.
II.3 Phototransistor
Phototransistor
merupakan
salah
satu
komponen
optoelektrik.
Phototransistor mempunyai junction p-n collector- base yang peka terhadap
cahaya. Phototransisitor juga merupakan transistor yang dirancang untuk
menangkap cahaya dan dirakit dalam sebuah kemasan transparan. Kepekaan
phototransistor jauh lebih baik daripada photodioda karena phototransistor telah
memiliki penguat terintegrasi. Cahaya yang diterima menimbulkan arus pada
daerah basis dari phototransistor, dan menghasilkan penguatan arus mulai dari
seratus hingga beberapa ribu kali. Penguatan terintegrasi memungkinkan
phototransistor dapat dikopel dengan beban resistor untuk menyesuaikan dengan
level tegangan TTL untuk range level cahaya yang lebar. Meskipun begitu,
phototransistor
memiliki
kekurangan
dibandingkan
dengan
photodiode.
Bandwidth frekuensi dan linearitasnya relatif terbatas serta respon spektrumnya
berada antara 350 nm hingga 1100 nm.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
14
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Phototransistor dan simbol Phototransistor
Gambar 2.7 Phototransistor
Berikut beberapa karakteristik dari phototransistor :
a. Sensitivitas
Untuk tingkat iluminasi tertentu, output dari phototransistor
berdasarkan pada area junction collector - base dan pengaturan arus dc
pada transistor. hfe padaphototransistor tidak konstan tetapi bergantung
kepada arus base (intesitas cahaya), tegangan bias dan temperature, hfe
juga akan meningkat dengan meningkatnya VCE .
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
15
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.8 Sensitivitas phototransistor
Gambar 2.9 Karakteristik arus dan tegangan
b. Respon Spektral
Output dari phototransistor bergantung dari panjang gelombang cahaya
yang diterima. Phototransistor mampu merespon cahaya dengan range
panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah.
c. Linieritas
Linieritas photoransistor bergantung pada hfe phototransistor tersebut.
d. Kecepatan respon
Kecepatan respon dari pototransistor bergantung pada kapasitansi dari
junction collector-base dan harga resistansi dari beban, dengan
demikian semakin tinggi penguatan dari pototransistor maka kecepatan
responnya akan semakin lambat.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
16
BAB II LANDASAN TEORI
Phototransistor merupakan jenis transduser foto yang dapat merubah
besarnya arus listrik jika pada permukaan sensor dari phototransistor tersebut
disinari cahaya, akibat adanya kuantitas cahaya inilah yang akan merubah arus
listrik
yang akan lewat bagian kolektor dan emiter phototransistor tersebut,
kemudian
arus listrik yang berubah inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui
keadaan dari variabel yang akan diukur.
Aplikasi dari phototransistor banyak ditemukan pada peralatan-peralatan
otomatis yang cara kerjanya dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh ke
permukaan sensornya. Untuk selanjutnya peralatan otomatis peka cahaya tadi
dapat dimanfaatkan sebagai alat sekuriti atau alat pengendali peka cahaya lainnya.
II.3.1 Karakteristik Phototransistor
Gambar 2.10 Karakteristik Phototransistor
Keterangan:
Gambar 2.8 di atas merupakan Family - Curve atau kumpulan kurva yang
menyatakan hubungan arus Kolektor dan tegangan Kolektor-Emiter dari
phototransistor tertentu. Terlihat bahwa semakin tinggi intensitas cahaya (L)
dengan jarak 1 cm dari sumber, arus Kolektor IC akan meningkat pada setiap nilai
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
17
BAB II LANDASAN TEORI
intensitas tertentu. Contoh : Untuk suatu nilai VCE tertentu, jika nilai L
bertambah besar, maka arus kolektor juga akan meningkat tinggi. Hal ini
menunjukkan tingkat sensitivitas phototransistor akan semakin meningkat jika
intensitas
cahaya yang jatuh ke permukaan semakin tinggi (semakin besar dan
terang).
II.4 Sensor Induktif
Sensor kedekatan induktif adalah alat yang merasakan keberadaan suatu
objek logam. Sensor Induktif digunakan untuk mendeteksi enda yang terbat dari
bahan logam atau bukan logam. Prinsip kerjanya adalah jika ada logam mendekat
maka akan ada arus listrik dibangkitkan pada sensor tersebut. Pada prinsipnya
sensor induktif terdiri dari kumparan, osilator, rangkaian detektor dan output
elektronis.
Osilator adalah rangkaian elektronis untuk membangkitkan bentuk
gelombang ac dan frekwensi dari sumber energi dc. Ketika energi diberikan,
osilator bekerja membangkitkan medan frekuensi tinggi. Pada saat itu harus tidak
ada bahan konduktif apapun pada medan frekuensi tinggi. Apabila objek masuk
pada medan frekuensi tinggi arus eddy akan terinduksi pada permukaan target.
Hal ini akan mengakibatkan kerugian energi pada rangkaian osilator shg
menyebabkan lebih kecilnya amplitudo osilasi. Rangkaian detektor merasakan
perubahan beban spesifik pada amplitudo dan membangkitkan sinyal yg akan
menghidupkan atau mematikan output elektronik. Apabila objek logam
meninggakan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi, membuat sensor
kembali lagi ke status normalnya.
Pada sistem ball sorting ini, sensor induktif yang digunakan adalah sensor
induktif merek omron yaitu cylindrical proximity sensor tipe E2GN. Untuk
spesifikasi dari alat tersebut penulis lampirkan pada bab lampiran.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
18
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.11 Cylindrical proximitysensor E2GN
II.5 IC LM324
IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier yang memilki 4 buah op-
amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini digunakan di rangkaian sensor
warna dan sensor keberadaan. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V
sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari
masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :
Gambar 2.12 Simbol IC LM324
a. Pin 1,7,8,14 (Output)
Merupakan sinyal output.
b. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input)
Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang
berkebalikan dari input.
c. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input)
Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama
dengan input (tidak berkebalikan).
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
19
BAB II LANDASAN TEORI
d. Pin 4 (+Vcc)
Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt.
e. Pin 11 (-Vcc)
Pin
ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt.
II.6 Transistor
Transistor adalah suatu monokristal semikonduktor dimana terjadi dua
pertemuan
P-N, dari sini dapat dibuat dua rangkaian yaitu P-N-P dan N-P-N.
Transistor adalah suatu komponen yang dapat memperbesar level sinyal keluaran
sampai beberapa kali sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat berupa sinyal
AC ataupun DC.
Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis
mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor
berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil arus basis
mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter.
Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat.
Dalam keadaan kerja normal, transistor harus diberi polaritas sebagai
berikut :
1. Pertemuan Emitter-Basis diberi polaritas dari arah maju seperti yang
ditunjukkan pada gambar 2.6 (a).
2. Pertemuan Basis-kolektor diberi polaritas dalam arah mundur seperti
ditunjukkan pada gambar 2.6 (b).
Gambar 2.13 Dasar Polaritas Transistor
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
20
BAB II LANDASAN TEORI
Dan dalam pemakiannya transistor juga bisa berfungsi sebagai saklar
dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan
(cut-off). Pada daerah penjenuhan nilai resistansi penyambungan kolektor emitter
secara
ideal sama dengan nol atau kolektor terhubung langsung (short). Ini
menyebabkan
tegangan kolektor emitter Vce = 0 pada keadaan ideal. Dan pada
daerah cut off, nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama
dengan tak terhingga atau terminal kolektor dan emitter terbuka yang
menyebabkan tegangan Vce sama dengan tegangan sumber Vcc.
II.7 Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang
digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan
lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus
listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid
sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet
akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali
terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar
(misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan
yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah
relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan
energi listrik.
Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :
• Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka)
kontak saklar.
• Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.
Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC
dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang
terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
21
BAB II LANDASAN TEORI
untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi
dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.
Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu:
• Normally
Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu
• Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu
Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup,
tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan
kontak-kontak yang lain.
Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta
kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body
relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan
sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik
(maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay
difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi
lebih aman.
Gambar 2.14 Bentuk Fisik Relay Omron MY2NJ
Prinsip Kerja Relay :
Relay terdiri dari
Coil & Contact
coil adalah gulungan kawat yang
mendapat arus listrik, sedang contactadalah sejenis saklar yang pergerakannya
tergantung dari ada tidaknya arus listrik dicoil. Contact ada 2 jenis : Normally
Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi
awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
22
BAB II LANDASAN TEORI
relay : ketikaCoil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya
elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan
menutup.
Gambar 2.15 Prinsip Kerja Relay
II.8 Programmable Logic Control (PLC)
Programmable logic controller (PLC) diperkenalkan pertama kali pada
tahun 1969 oleh Richard E. Morley yang merupakan pendiri Modicon
Corporation. Menurut National Electrical Manufacturing Assosiation (NEMA)
PLC didefinisikan sebagasi suatu perangkat elektronik digital dengan memori
yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang menjalankan
fungsi-fungsi spesifik seperti: logika, sekuen, timing, counting, dan aritmatika
untuk mengontrol suatu mesin industri atau proses industri sesuai dengan yang
diinginkan.
Programmable logic control (PLC) adalah elemen kendali yang fungsi
pengendaliannya dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. PLC memiliki jenis
input/output berupa logik on off. PLC telah mampu berkomunikasi dengan
operator, dengan modul-modul kendali tertentu PID kontroler, multi-channel
analog I/O, berkomunikasi dengan komputer atau PLC lain, juga dapat
mentransmisikan data untuk keperluan pengontrolan jarak jauh (remote).
Terdapat empat bagian penting dari operasi pada PLC, yaitu :
1. Pengamatan nilai input
2. Menjalankan program
3. Memberikan nilai output
4. Pengendalian
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
23
BAB II LANDASAN TEORI
Adapun syarat yang harus dimiliki oleh setiap PLC adalah:
1. Perangkat keras controller harus dengan mudah dan cepat diprogram ulang
oleh user dengan sedikit mungkin mengganggu jalannya proses.
2. Semua komponen dalam sistem harus mampu beroperasi di industri tanpa
alat bantu atau syarat lingkungan tertentu.
3. Sistem harus mudah dirawat dan diperbaiki, beberapa indikator dan
peralatan bantu harus tersedia sebagai bagian dari sistem sehingga
memudahkan dalam melacak dan perbaikan kerusakan.
4. Perangkat keras sistem kontrol harus memakan tempat dan daya lebih kecil
daripada sistem kontrol relay elektromekanis.
5. PLC harus mampu berkomunikasi dengan sistem pusat pengumpul data
untuk keperluan pemantauan operasional.
6. Sistem kontrol dapat menerima catu daya AC standar melalui push button
dan limit switch yang ada pada sistem.
7. Sinyal output PLC harus mampu menjalankan motor starter dan solenoid
valve yang bekerja dengan catu daya AC, setiap output mampu
memutuskan atau mengalirkan arus sebesar 2A.
8. Perangkat sistem kontrol memiliki konfigurasi yang dapat dikembangkan
dengan sedikit mungkin perubahan pada sistem maupun downtime.
9. Struktur memori yang terdapat didalam PLC harus dapat dikembangkan.
10. PLC harus mampu bersaing dengan kontrol relay elektromekanis dari segi
harga dan biaya pemasangannya
Keunggulan dari PLC adalah kemampuannya untuk mengubah dan meniru
proses operasi di saat yang bersamaan dengan komunikasi dan pengumpulan
informasi-informasi vital. Selain itu PLC juga memiliki kekurangan antara lain
yang sering disoroti adalah bahwa untuk memrogram suatu PLC dibutuhkan
seseorang yang ahli dan sangat mengerti dengan apa yang dibutuhkan pabrik dan
mengerti tentang keamanan atau safety yang harus dipenuhi. Sementara itu orang
yang terlatih seperti itu cukup jarang dan pada pemrogramannya harus dilakukan
langsung ke tempat dimana server yang terhubung ke PLC berada, sementara itu
tidak jarang letak main computer itu di tempat-tempat yang berbahaya. Oleh
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
24
BAB II LANDASAN TEORI
karena itu diperlukan suatu perangkat yang mampu mengamati, meng-edit serta
menjalankan program dari jarak jauh.
Untuk lebih jelasnya, berikut adalah keuntungan dan kelemahan dalam
penggunaan PLC :

Keuntungan menggunakan PLC
Beberapa keuntungan menggunakan PLC adalah sebagai berikut:
1. Wiring relatif sederhana untuk sistem yang kompleks
2. Komponen yang digunakan relatif sedikit
3. Konsumsi daya relatif rendah
4. Mudah dalam pengembangan dan modifikasi dengan biaya rendah
5. Kemudahan untuk memprogram dan mengubah program sesuai dengan
kebutuhan.
6. Pelacakan kesalahan sistem lebih mudah, sehingga memudahkan dalam
pemeliharaan dan perbaikan.

Kelemahan menggunakan PLC
Selain
ada
keuntungan
menggunakan
PLC,
ada
juga
beberapa
kelemahannya, yaitu:
1. Biaya relatif lebih mahal untuk sistem yang sederhana
2. Tidak dapat digunakan langsung pada tegangan tinggi
3. Menggunakan software khusus untuk memprogramnya
II.8.1 Perangkat PLC
PLC merupakan perangkat yang berbasiskan mikroprosesor sehinga
memilki kemiripan struktur dasar dengan computer. Karena itu, komponen dasar
PLC adalah :
1. Central Processing/Controlling Unit
CCU merupakan otak dari PLC yang akan mengendalikan dan mengawasi
jalannya operasi dalam PLC sesuai dengan instruksi program yang
tersimpan dalam memori. Sistem CCU pada PLC berbasis mikroprosessor.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
25
BAB II LANDASAN TEORI
1. Struktur input/output
Modul input/output dari PLC merupakan komunikasi PLC dengan dunia
luar, maka PLC mampu mengendalikan suatu proses. Tiap I/O memilki
alamat tersendiri yang akan digunakan pada program. Modul input PLC
berhubungan dengan elemen sensor yang memberikan informasi keadaan
proses. Sinyal informasi ini akan diolah sesuai dengan program yang telah
dibuat oleh CCU. Modul output PLC berhubungan dengan elemen actuator
yang akan memberikan aksi kendali kepada plant.
2. Program device
Programming device merupakan elemen yang berinteraksi dengan pemakai
(user). Alat ini memudahkan pemakai dalam memprogram ataupun
mengubah program PLC. Apabila PLC sudah terprogram, maka alat ini
tidak diperlukan lagi dan PLC bekerja secara mandiri.
II.9 PLC FESTO
PLC FESTO merupakan jenis PLC baru. PLC FESTO merupakan PLC
yang dapat digunakan untuk aplikasi sehari-hari.
II.9.1 FESTO Didactic Sistem
Salah satu jenis PLC FESTO adalah FESTO tipe FEC 34. PLC FESTO
FEC 34 ini terdiri dari 12 input dan 8 output, 2 relay, 6 transistor output, dan
Ethernet 10 base dengan dimensi 130 x 80 x 35 mm. Berikut tampilan dan
element-element PLC FESTO FEC 34, juga gambar kabel koneksi serta contoh
koneksi PLC FESTO ke PC :
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
26
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.16 Tampilan PLC FESTO FEC 34
Gambar 2.17 a Element PLC FESTO
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
27
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.17 b Element PLC FESTO
Gambar 2.17c Kabel Koneksi PLC FESTO
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
28
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.17d Contoh Koneksi PLC FESTO ke PC
Berikut adalah tabel sfesifikasi dan gambar koneksi antara PLC ke Easy
port dari PLC FESTO. Dalam hali ini dapat ditemukan data kelistrikan, data fisik,
dan data ketahanan dari PLC FESTO.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
29
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.18 Koneksi antara PLC dengan Easy Port
Gambar 2.19 Rincian Koneksi antara PLC dengan Easy Port
II.10 Solenoid
Solenoid adalah salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang
dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar
daripada diameternya. Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak
hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan
medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid.
Perbedaan antara solenoida dan motor adalah bahwa solenoid adalah motor yang
tidak dapat berputar. Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
30
BAB II LANDASAN TEORI
panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam
solenoid saat arus dialirkan. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas,
membuka pintu, atau mengoperasikan relai. Berikut contoh gambar solenoid 12
Vdc. Gambar 2.20 Solenoid 12 Vdc
Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:
di mana:

adalah kuat medan magnet,



adalah permeabilitas ruang kosong,
adalah kuat arus yang mengalir,
dan
adalah jumlah lilitan.
II.10.1 Sistem Kerja solenoid
Di dalam solenoida terdapat kawat melingkar pada inti besi (gambar 2.21).
Ketika arus listrik melalui kawat tersebut , maka terjadi medan magnet untuk
menghasilkan energi yang dapat mendorong inti besi. Poros dalam solenoida
adalah
piston
seperti
silinder
terbuat
dari
besi
atau
baja,
yang
disebut plunger (setara dengan sebuah dinamo). Kemudian medan magnet
menerapkan kekuatan untuk plunger ini, baik menarik atau repeling. Ketika
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
31
BAB II LANDASAN TEORI
medan magnet dimatikan, pegas plunger kemudian kembali ke keadaan semula
(gambar 2.21 ).
Gambar 2.21 jenis solenoid
Gambar 2.22 Prinsip kerja Solenoid
II.10.2 Jenis Solenoida
Ada dua jenis utama dari solenoida. Solenoida jenis menarik (gambar 2.21
yaitu posisi awal menjulur ke luar setelah terdapat aliran arus listrik inti besi yang
menjulur keluar menjadi masuk kedalam. Solenoida jenis Dorong yaitu sebaliknya
jenis menarik, posisi awal inti besi dalam posisi masuk kedalam. Apabila terdapat
aliran arus listrik maka inti besi akan menjulur keluar.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
32
BAB II LANDASAN TEORI
II.10.3 Powering Solenoid
Solenoida yang terpolarisasi, hanya bekerja ketika ada arus . Setelah arus
tidak ada, Solenoid elektromekanik dapat meleleh jika digunakan terlalu
lama.
Pastikan bahwa power rating tidak kurang dari menarik x tegangan arus
diterapkan
pada solenoida. Solenoid tentu saja dapat melebihi power rating untuk
periode singkat, tapi akan terlalu panas dan meleleh dengan periode aktuasi
diperpanjang.
Pemograman PLC Festo Didactic
II.11
Pada dasarnya setiap PLC memiliki karakteristik bahasa pemograman
tersendiri, namun memiliki prinsip yang sama yaitu dengan ladder diagram,
intruction list dan fungtion chart.
II.11.1 Ladder diagram
Disebut ladder diagram karena teknik pemrograman ini menggunakan
diagram yang bentuknya mirip seperti tangga. Sistem penulisan program dengan
ladder diagram ini adalah teknik yang paling populer karena sudah banyak
digunakan dalam penggambaran rangkaian control dengan menggunakan relay
dan kontaktor.
Gambar 2.23 Contoh Ladder diagram
Pemograman ladder diagram pada dasarnya memiliki fungsi seperti relay
yaitu mengenali normally open dan normaly close. Tampilan urutan kerja sinyal
listrik sesuai dengan aksi yang diberikan. Berikut adalah simbol pada PLC:

Fungsi-fungsi Blok
PLC memiliki fungsi-fungsi blok yang disediakan yaitu timer, Counter (naik
dan turun), pemanfaatan register, operasi looping dan jumping, operasi aritmatik,
operasi biner dan bit dll.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
33
BAB II LANDASAN TEORI

Logika input
Normally Open (NO), saklar akan aktif jika diberi tegangan atau input
energized atau logika benar jika nilainya 1. Namun apabila Normally Close (NC),
akan aktif jika tidak diberi tegangan atau input de-energized atau logika
saklar
benar
bila nilainya 0.

Logika Output
Hasil operasi logic diinverskan dan ditransfer ke modul output. Jadi jika
hasil operasi logika adalah 1, maka output tidak akan memberikan tegangan.
II.11.2
Intruksi-intruksi yang terdapat pada Ladder diagram PLC

Instruksi AND dan AND NOT
Jika terdapat instruksi LD dan setelahnya ada LD atau LD NOT dalam satu
garis instruksi secara seri, maka instruksi LD yang kedua dan setelahnya
menggunakan AND untuk kontak NO atau AND NOT untuk kontak NC. Gambar
2.2 akan menujukkan contoh instruksi AND dan AND NOT.
Gambar 2.24 Contoh instruksi AND dan AND NOT
Cara kerja dari instruksi diatas yaitu jika kotak instruksi yang terdapat pada
sisi paling kanan ingin diaktifkan, maka syaratnya yaitu ketiga kontak sebelumnya
harus aktif secara bersamaan. Jika salah satu tidak aktif, maka instruksi tidak akan
aktif.

Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT)
Masing-masing instruksi ini membutuhkan satu baris kode mnemonik.
Contoh untuk instruksi ini ditunjukkan pada Gambar 2.25.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
34
BAB II LANDASAN TEORI
Gambar 2.25 Contoh instruksi LD dan LD NOT
Kondisi awal untuk LD yaitu Normally Open (NO), dan untuk LD NOT
adalah Normaly Close (NC). Kondisi keduanya belum aktif dan operandnya masih
0. Saat
aktif, maka logika operandnya akan menjadi 1.

Instruksi OR dan OR NOT
Jika terdapat beberapa instruksi LD atau LD NOT yang terhubung secara
parallel, maka untuk menyatukannya menggunakan instruksi OR atau OR NOT.
Berikut adalah Gambar 2.4 yang akan menunjukkan contoh instruksi OR dan OR
NOT.
Gambar 2.26 Contoh instruksi OR dan OR NOT
Instruksi akan aktif jika memenuhi syarat berikut, salah satu dari kontak
sebelumnya aktif.
II.11.3 Instruction list
Teknik ini merupakan bahasa yang dimengerti mesin pemrograman PLC
yang memiliki 21 instruksi. Instructin list berbeda dengan 2 cara pemograman
funtion chart dan Ladder diagram yang menggunakan banyak gambar sebagai
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
35
BAB II LANDASAN TEORI
instruksinya. Pada Instruction list ini pemograman PLC seperti bahasa
pemograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroller yaitu
menggunakan tulisan.
II.11.4
Fungtion Chart
Teknik pemrograman ini adalah menjelaskan urutan operasi dan iteraksi
antara proses parallel. Fungtion chart, ladder diagram dan instruction list pada
dasarnya bertujuan sama dan saling berhubungan, hanja saya beda cara
penggunaan.
II.12 Cara Kerja Alat
Secara umum alat ini digunakan untuk menyeleksi bola yaitu bola logam,
bola berwarna hitam, dan bola berwarna orange dengan menggunakan sensor
(sensor capasitive untuk sensor keberadaan, sensor induktif untuk sensor bola
logam dan sensor warna untuk mendeteksi bola berwarna orange dan bola
berwarna hitam. Dengan menggunaka 4 buah solenoid dalam proses
pengoperasian penyeleksian bola sebagai penahan bola.
Pertama-tama, beberapa bola dengan warna hitam, orange, serta bola
logam dimasukkan ke dalam plan. Setelah tombol start ditekan, maka solenoid
pertama akan on sehingga satu bola masuk kedalam daerah pendeteksian
kemudian solenoid kembali off. Kemudian bola tersebut akan diteksi oleh tiga
sensor, pertama sensor keberadaan akan mendeteksi keberadaan bola, kemudian
sensor warna akan mendeteksi warna bola, dan terakhir sensor induktif akan
mendeteksi bahan bola.
Untuk bola berwarna hitam, hanya akan terdeteksi oleh sensor keberadaan,
kemudian solenoid ketiga dan keempat akan on, setelah itu solenoid kedua on
sehingga bola warna hitam akan jatuh dan masuk ke jalur tiga, pada jalur tiga
terdapat sensor yang akan mendeteksi bola hitam, setelah bola hitam terdeteksi
maka solenoid kedua, ketiga, dan keempat akan kembali off serta solenoid kesatu
akan on, dan siap memproses bola yang lainnya.
Untuk bola berwarna orange, akan terdeteksi oleh sensor keberadaan dan
sensor warna, kemudian solenoid ketiga akan on, setelah itu solenoid kedua on
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
36
BAB II LANDASAN TEORI
sehingga bola warna orange akan jatuh dan masuk ke jalur dua, pada jalur dua
terdapat sensor yang akan mendeteksi bola orange, setelah bola orange terdeteksi
maka solenoid kedua, ketiga akan kembali off serta solenoid kesatu akan on, dan
siap memproses bola yang lainnya.
Untuk bola logam, akan terdeteksi oleh sensor keberadaan, sensor warna,
serta sensor induktif. Kemudian, solenoid kedua on sehingga bola warna orange
akan jatuh dan masuk ke jalur satu, pada jalur satu terdapat sensor yang akan
mendeteksi bola logam, setelah bola logam terdeteksi maka solenoid kedua akan
kembali
off serta solenoid kesatu akan on, dan siap memproses bola yang lainnya.
“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO”
37