Programmable Logic Controller

Control Systems Service Center
Jurusan Teknik Elektro ITS
Komponen Hardware
Programmable Logic Controller
Ir. Jos Pramudijanto, M.Eng.
Jurusan Teknik Elektro ITS
Telp. 5947302 Fax.5931237
Email: [email protected]
Pelatihan PLC Dasar - 02
1
Objektif:
CPU
Perangkat Pemrograman
Memori
Power Supply
Sistem Input Output
Ukuran PLC
Pemilihan PLC
Bahasa Pemrograman dan Tipe Data
Merek-merek PLC
Pelatihan PLC Dasar - 02
2
Tiga Fungsi Utama PLC
proses (menjalankan instruksi logic program),
memori (menyimpan hasil proses),
input/output (menerima data dari luar dan
mengeluarkan hasil proses).
Pelatihan PLC Dasar - 02
3
Hardware Penyusun PLC
•
•
•
•
•
•
CPU
Perangkat Pemrograman
Memori
Power Supply
Sistem Input Output
Komunikasi dan Ekspansi
Pelatihan PLC Dasar - 02
4
Bagian-bagian CPU
CPU terdiri dari tiga komponen utama:
Processor
Memory
Power Supply
Pelatihan PLC Dasar - 02
5
Kecerdasan PLC
Kecerdasan PLC ditentukan oleh tipe prosesor
(mikroprosesor) yang digunakan. Prosesor ini
bertugas untuk memerintah dan mengontrol
kegiatan-kegiatan di seluruh sistem (melakukan
semua pengerjaan matematika, penanganan
data, dan diagnostik).
Pelatihan PLC Dasar - 02
6
Prinsip Kerja PLC
PLC terdiri dari dua bagian pokok:
CPU (Processor)
Perangkat unit I/O.
Pelatihan PLC Dasar - 02
7
Interaksi Fungsional PLC
Pelatihan PLC Dasar - 02
8
Hubungan PLC dg Peralatan I/O
Pelatihan PLC Dasar - 02
9
CPU Sysmac C200H
Indicators
Ada dua tipe:
•
•
Power fuse
Memory unit
connector
Detachable
terminal block
C200H-CPU01-E
tegangan AC
100/240 Volt
C200H-CPU031-E
tegangan DC 24
Volt
SYSMAC C200H
OMRON
Peripheral
device mounting
h l
Programming
console
connectors
Pelatihan PLC Dasar - 02
10
Rak Ekspansi PLC Modular
Bentuk PLC modular terdiri dari modul CPU dan
modul I/O (merupakan bagian yang terpisahpisah).
Pelatihan PLC Dasar - 02
11
Macam Modul PLC
Modul-modul pada PLC ini ditempatkan pada
suatu perangkat mirip board PC yang dinamakan
backplane. Modul-modul itu a.l.:
Analog Input
Analog Output
Digital Input
Digital Output
Komunikasi dan Ekspansi
Pelatihan PLC Dasar - 02
12
PLC Compact
PLC ini menggunakan sistem rak (CPU dan I/O
jadi satu kesatuan), dengan kapasitas memori
yang terbatas.
Pelatihan PLC Dasar - 02
13
PLC Mikro: MicroLogix 1000
• Dimensi 4,72”x 3,15” x 1,57”
• Jumlah titik I/O 16 titik
• Saluran komunikasi RS-232
Pelatihan PLC Dasar - 02
14
Processor Scan
Proses yang secara alami dilakukan PLC, yaitu
proses untuk membaca semua perangkat input
lapangan dan melakukan control program yang
menurut logic yang telah terprogram, mematikan
dan menyalakan perangkat lapangan.
Waktu yang dibutuhkan sekali proses scan
dinamakan scan time.
Pelatihan PLC Dasar - 02
15
Proses Scan Time
♦ Memeriksa kondisi semua input baik yang
benar maupun yang salah di dalam lokasi
yang disebut I/O image table.
♦ Membaca instruksi dan data dari semua
bagian memori dan menjalankan pekerjaan
berdasarkan instruksi-instruksi tersebut.
♦ Melakukan diagnosa internal.
♦ Mengirim dan menerima informasi dari
perangkat pemrograman.
♦ Mengatur semua output agar sesuai dengan
informasi terbaru.
Pelatihan PLC Dasar - 02
16
Perangkat Pemrograman PLC
Perangkat ini digunakan untuk memasukkan algoritma
kontrol (program) ke dalam PLC. Perangkatnya dapat
berupa Personal Computer atau tipe Handheld
Pelatihan PLC Dasar - 02
17
Factory Inteligent Terminal (FIT)
Perangkat FIT ini bentuknya mirip dengan komputer
laptop.
Pelatihan PLC Dasar - 02
18
Perangkat Pemrograman dg PC
Dibutuhkan perangkat lunak sebagai pelengkap
pemrogramannya. Misal: CX Programming pada PLC
Omron, STEP 7 dan WinCC pada PLC Siemens, RS
Logic pada PLC Allen Bradley, dan GX Developer
pada PLC Mitsubishi
Pelatihan PLC Dasar - 02
19
Perangkat Pemrograman C200H
Untuk PLC SYSMAC C200H terdapat dua alternatif
programming console, yaitu yang langsung menempel
pada CPU, dan yang dihubungkan dengan kabel.
Pelatihan PLC Dasar - 02
20
Tugas Memori PLC
Sistem memori PLC dibagi berdasarkan tugas yang
diberikan:
♦ Executive Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan
kumpulan program secara permanen yang merupakan
instruksi software, yaitu relay instruction, block transfer, dan
math instruction. Lokasi memori ini tidak tersedia bagi pemakai
tetapi memori ini yang menjalankan sistem
♦ Application Memory adalah lokasi memori untuk menyimpan
kumpulan user program (program pemakai), yaitu area yang
menyimpan ladder diagrams, timers, dan data-data yang telah
dimasukkan.
Pelatihan PLC Dasar - 02
21
Tipe Memori PLC (1)
ROM (Read Only Memory)
• ROM di rancang untuk menyimpan secara permanen yang telah fixed. Isinya
masih bisa di uji dan dibaca tetapi tidak bisa di ubah, ROM tidak memerlukan
back up power untuk menjaga memorinya. Executive program biasanya
disimpan di ROM.
RAM (Random Access Memory)
• RAM dikenal sebagai read write memori dan dirancang supaya informasi
dapat ditulis dan dibaca dari lokasi manapun. Ada 2 jenis RAM, Volatile dan
Nonvolatile. Volatile memerlukan battery back-up kalau power hilang
sedangkan nonvoltile RAM akan menjaga programmnya meskipun power
hilang.
Pelatihan PLC Dasar - 02
22
Tipe Memori PLC (2)
PROM (Programmable Read Only Memory)
• Memori ini biasanya digunakan untuk program yang diyakini benar untuk
sistem kontrol dengan PLC. Jika dibutuhkan perubahan algoritma pada
sistem kontrol tersebut, maka PROM harus diganti (diupload) dengan
program baru. PROM bisa dipergunakan sebagai backup permanen user
program.
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
• Memori ini mirip PROM, tetapi masih dapat dihapus dengan dengan
membuka jendela di bagian atas IC dengan disinari UV selama beberapa
menit. EPROM bisa dipertimbangkan sebagai alat penyimpanan semi
permanen sehingga akan menyimpan sebuah program secara permanen
sampai dirasakan perlu adanya perubahan.
Pelatihan PLC Dasar - 02
23
Tipe Memori PLC (3)
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory)
• Memori ini mirip EPROM, tetapi cara penghapusannya lebih fleksibel. Cara
penghapusan pogram dengan memberikan tegangan kedua kaki-kaki (pinpin) memori untuk proses ‘burning’. Hal ini berarti bahwa tipe memori ini
bisa dipakai berulang.
Pelatihan PLC Dasar - 02
24
Program Memori PLC
Pembagian Program
Memori PLC Allen
Braley 5
File 0
Sistem
Memuat passwords, nama Processor serta nama file
File 1
Sequential function Charts
Tidak menyimpan diagram tangga atau daftar apapun
File 2
Menyimpan diagram tangga utama
File 3 sampai ???
Menyimpan langkah-langkah SFC dan transisi
Subroutines
Fault routines
I/O Configurations
dan lebih banyak lagi
Umumnya mencapai 64k Words tergantung pada processor yang
dipakai
Pelatihan PLC Dasar - 02
25
Data Memori PLC
File Type
0
output image table
I
input image table
Pembagian Data
Memori PLC Allen
Braley 5
S
status file
B3
bit file
T4
timer file
C5
counter file
R6
control file
N7
integer file
F8
floating point file
file 9 to 999
file-file ini bisa dimanfaatkan pada saat diperlukan
Pelatihan PLC Dasar - 02
26
Alamat Tabel Data
Format umum alamat data tabel perlu menunjukkan jenis file, angka file,
nomer rak, kelompok yang terdapat di dalam rak dan angka bit.
X = jenis file :
B
= bit
C
= counter
F
= floating
I
= input
O
= output
R
= control
S
= status
T
= timer
A
= ASCII
D
= BCD (hanya display)
Xf : es/b
f = angka file
: = bagian akhir dari delimiter file
e = angka elemen (angka rack)
s = sub elemen (angka kelompok)
/ = delimiter setelah bit tertentu
ditulis
b = angka bit (angka bit dari address
words
Pelatihan PLC Dasar - 02
27
Perangkat Input dan Output
Perangkat ini merupakan bagian dari PLC yang
berinteraksi dengan lingkungan luar. Perangkat
ini terdiri dari perantara elektronik yang
menyediakan fungsi pengkondisi sinyal dan
fungsi isolasi. Ini memungkinkan PLC
dihubungkan langsung ke aktuator proses dan
sensor tanpa memerlukan rangkaian perantara.
Pelatihan PLC Dasar - 02
28
Macam Perangkat I/O
Perangkat Input dan Output ini secara garis
besar terdiri dari:
•
•
•
•
•
Perangkat Digital Input (DI)
Perangkat Digital Output (DO)
Perangkat Analog Input (AI)
Perangkat Analog Output (AO)
Perangkat untuk Komunikasi (serial)
Pelatihan PLC Dasar - 02
29
Komponen Digital Output
(contact)
Perangkat hanya menghasilkan kondisi biner
dengan pengolah sinyal berupa :
– Contact Output :
•
•
•
•
•
Komponen untuk mengeluarkan sinyal adalah relay.
Umumnya untuk beban arus yang relatif besar.
Supply beban bisa AC/DC.
Kecepatan respon rendah.
Ada contact bounch, menyebabkan ada noise.
Pelatihan PLC Dasar - 02
30
Komponen Digital Output
(SSR)
– Solid State Output (SSR)
• Komponen yang digunakan solid-state
• Beban AC: outputnya menggunakan SCR. Respons lebih
cepat dari contact output, dan lebih rendah dari transistor
output.
• Beban DC: outputnya menggunakan Transistor. Respons
sangat cepat untuk beban arus kecil. Frekwensi kerja
cukup tinggi.
Pelatihan PLC Dasar - 02
31
Komponen Digital I/O
(SSR-beban DC)
Sinyal output pada beban DC dapat berupa :
– Output Tegangan: memberikan sinyal tegangan sebagai
output dan tahanan beban harus cukup tinggi dengan
konsumsi arusnya kecil.
– Output Arus: mengolah sinyal arus (source/sink). Beban yang
bekerja pada I/O-nya ada:
• current source (PNP) : arus diberikan kebeban, beban dihubungkan
keterminal output dan negatip catudaya.
• current sink (NPN) : arus ditarik dari beban, beban dihubungkan
keterminal positip catudaya dan terminal output.
Pelatihan PLC Dasar - 02
32
I/O PLC Model Compact
Jumlah titik I/O yang ada pada model ini tidak
terlalu banyak, perangkat I/O yang ada biasanya:
• Digital Input (DI) → maks. 16 titik
• Digital Output (DO) → maks. 16 titik
• Perangkat untuk Komunikasi (serial RS232)
Pelatihan PLC Dasar - 02
33
Contoh I/O pada OMRON CPM1
PLC buatan OMRON dari kelas SYSMAC seri C nomer CPM1A10CDR.
• Digital Input (DI) → 6 titik
• Digital Output (DO) → 4 titik
• Ditambah CIF01 bisa
komunikasi melalui serial RS232
Pelatihan PLC Dasar - 02
34
I/O PLC Model Modular
Jumlah titik I/O yang terpasang ada pada model ini
tergantung dari jumlah titik I/O sistem kontrol. Secara
umum dalam satu backplane, biasanya mampu
dipasang:
• 1-5 modul Digital
• 1-3 modul Analog
• 1-4 modul Spesial (bisa analog,digital atau serial)
Jika masih kurang bisa ditambahkan modul ekspansi.
Pelatihan PLC Dasar - 02
35
Modul Digital Input
Modul ini dapat digunakan untuk dua macam sinyal, AC
dan/atau DC. Kisaran tegangan yang mampu diolah:
•
•
•
•
•
•
24 Volt AC/DC
48 Volt AC/DC
120 Volt AC/DC
230 Volt AC/DC
TTL level
5 - 50 Volt DC (sink/source)
Pelatihan PLC Dasar - 02
36
Blok Rangkaian AC/DC Input
Modul ini secara umum dilindungi oleh bagian isolator
terhadap level tegangan yang tidak diinginkan.
Pelatihan PLC Dasar - 02
37
Modul DC Input
Modul digunakan hanya untuk sinyal tegangan DC
(searah), terutama model dengan komponen solid-state
(SCR, transistor) jika dihubungkan dengan peralatan
luar (sink/source).
Jika modul ini memberikan arus ketika modul ini ON
(aktif), maka modul ini dinamakan current source.
Jika modul ini menerima arus ketika modul ini ON
(aktif), maka modul ini dinamakan current sink.
Pelatihan PLC Dasar - 02
38
Arus pada Modul DC Input
♦ Arus dari peralatan luar (mis. sensor)
masuk ke modul DC input. Bagi
peralatan luar berfungsi sebagai
source, sedang modul DC input
sebagai sink.
♦ Arus dari modul DC input ke peralatan
luar (mis. katup). Bagi modul DC input
berfungsi sebagai source, sedang
peralatan luar sebagai sink.
Pelatihan PLC Dasar - 02
39
Modifikasi Modul Sink ke Source
• Melakukan perubahan modul sink ke source bisa
dilakukan dengan menggunakan rangkaian berikut
untuk arus Iout 50 mA.
Pelatihan PLC Dasar - 02
40
Koneksi Modul DC Output
Modul ini biasanya
diisolasi dari gangguan
luar dengan rangkaian
opto-coupler.
Contoh hubungan untuk
modul AC/DC input
Pelatihan PLC Dasar - 02
41
Modul Digital Output
Pada modul ini tegangan yang digunakan bisa AC dan
atau DC. Tegangan output yang mampu diolah:
• 12 - 48 Volt AC/DC
• 120 Volt AC/DC
• 230 Volt AC/DC
• contact (relay)
• Isolated output
• 5 - 50 Volt DC (sink/source)
Pelatihan PLC Dasar - 02
42
Blok Rangkaian Output AC
Modul ini menggunakan rangkaian pengaman mirip
modul input.
Pelatihan PLC Dasar - 02
43
Modul DC Output
Modul DC output ini mirip dengan modul DC input.
Koneksi dengan peralatan luar dapat sebagai sink atau
sebagai source untuk modul dengan solid-state output.
Jika modul ini memberikan arus ketika modul ini ON
(aktif), maka modul ini dinamakan current source.
Jika modul ini menerima arus ketika modul ini ON
(aktif), maka modul ini dinamakan current sink.
Pelatihan PLC Dasar - 02
44
Koneksi Modul DC Output
Koneksi peralatan luar untuk modul DC solid-state
output sebagai sink atau sebagai source.
Pelatihan PLC Dasar - 02
45
Arus Standar
Arus adalah suatu bentuk sinyal analog disamping
tegangan, standar yang sering digunakan untuk
pengukuran adalah 4 - 20 mA.
Tranduser berat atau kecepatan akan mengubah berat
atau kecepatan ke dalam arus 4 - 20 mA. Contohnya :
sebuah transduser berat menghasilkan arus 5 mA
untuk beban seberat 1 kg. Jika timbangan tersebut
mampu menimbang beban maksimum sampai 100 kg,
maka arus yang terukur sebesar 20 mA.
Pelatihan PLC Dasar - 02
46
Pengolah Sinyal
CPU PLC yang bekerja dengan data digital dapat
mengolah besaran (tegangan/arus) analog, maka
diperlukan perangkat pengubah sinyal. Dari analog ke
digital (Analog to Digital Converter) dan dari digital to
analog (Digital to Analog Converter).
Pengolah sinyal ini memerlukan processor tersendiri
agar tidak membebani tugas CPU, khususnya waktu
scan PLC. Pengolah ini biasanya berupa modul
tersendiri dan termasuk dalam modul spesial.
Pelatihan PLC Dasar - 02
47
Modul A/D
Modul ini mengolah sinyal analog dari perangkat luar
(sensor) ke sinyal digital.
Sinyal input yang bisa diolah berupa arus dan atau
tegangan seperti :
•
•
•
•
4 hingga 20 mA
0 hingga 5 Volt DC
0 hingga 10 Volt DC
-10 hingga +10 Volt DC
Pelatihan PLC Dasar - 02
48
Modul D/A
Modul ini mengolah data bit dari CPU ke perangkat luar
(aktuator, motor, katup), atau representasi digital ke
analog.
Sinyal output yang dihasilkan berupa arus dan atau
tegangan seperti :
•
•
•
•
4 hingga 20 mA
0 hingga 5 Volt DC
0 hingga 10 Volt DC
-10 hingga +10 Volt DC
Pelatihan PLC Dasar - 02
49
Modul Spesial
Modul ini mengolah sinyal secara khusus untuk
kebutuhan kontrol, antar lain modul :
•
•
•
•
•
•
•
Temperatur Sensor (mirip modul A/D)
Temperatur Control (mirip modul D/A)
Heat Temperatur Control (mirip modul D/A)
PID Control (mirip modul A/D dan D/A)
Fuzzy Logic (mempunyai modul A/D dan D/A)
High Speed Counter (mengolah pulsa digital)
Position Control (menghasilkan pulsa untuk servomotor)
Pelatihan PLC Dasar - 02
50
Ukuran PLC
Ukuran PLC
didasarkan atas jumlah
titik Input dan Output.
- PLC mikro
- PLC kecil
- PLC sedang
- PLC besar
- PLC sangat besar
Pelatihan PLC Dasar - 02
51
Perbandingan PLC
Tabel Perbandingan Kelengkapan Perangkat Keras PLC
PLC kecil
PLC menengah
Model
Mitsubishi F2-40
Allan-Bradley Mini PLC2
CPU
Intel 8031
Zilog Z80A
Waktu cari
7 m/s tiap 1 K memori
20 m/s tiap 1 K memori
Memori
CMOS RAM 1 K
CMOS RAM 1 K
Max I/O
40 titik
256 titik
Analog I/O
Tidak ada
128 Maks ditambah PID
Bahasa
Ladder/Statement List
Ladder
Pelatihan PLC Dasar - 02
52
Pemilihan PLC
Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam
memilih PLC adalah
Kriteria
Jumlah Masukan dan Keluaran Logika
Memori
Jumlah Modul I/O khusus
Kemampuan Ekspansi
Scan Time
Komunikasi
Software
Pendukung
Dana
Pelatihan PLC Dasar - 02
53
Pemrograman dan Tipe Data
IEC61131-3 menetapkan lima bahasa pemrograman:
• Ladder Diagram (LAD)
• Diagram Blok Fungsi (Function Block Diagram/FBD)
• Urutan Chart Fungsi (Sequential Function Chart/SFC)
• Daftar Instruksi (Statement List /STL)
• Teks Terstruktur (Structured Text/ST)
Pelatihan PLC Dasar - 02
54
Tabel Bahasa Pemrograman IEC61131
Language
Abbrev.
Type
Application best suited for
Ladder logic diagram
(LD)
Graphical Discrete control
Function Block Diagram
(FBD)
Graphical Continuous control
Sequential Function Chart (SFC)
Graphical Sequencing
Statement List
(STL)
Textual
Similar to ladder diagrams
Structured Text
(ST)
Textual
Complex logic, computations
Sumber:
http://www.iica.org.au/letters/IEC1131.html
http://www.isagraf.com/about/about1.htm
Pelatihan PLC Dasar - 02
55
Pemrograman yang sering Dipakai
Meskipun secara fungsi dan struktur dari bahasa-bahasa
ini sangat berbeda, mereka dikategorikan sebagai satu
keluarga bahasa oleh IEC 61131-3 dengan pelengkapan
elemen-elemen struktur (pernyataan variabel, bagianbagian organisasi seperti halnya fungsi dan blok fungsi,
dll) dan elemen-elemen konfigurasi. Dari kelima bahasa
program diatas yang sering digunakan adalah:
Ladder Diagram (LAD),
Diagram Blok Fungsi (Function Block Diagram/FBD)
Daftar Instruksi (Statement List /STL)
Pelatihan PLC Dasar - 02
56
Merek-merek PLC
OMRON
Allen Bradley
Siemens
Mitsubishi
Schneider (Modicon, Telemecanique, Square D)
GE Fanuc
Toshiba
Automation Direct (Koyo)
Hitachi
Pelatihan PLC Dasar - 02
57
Contoh : Tipe Sysmac C200H
PLC modular buatan OMRON dari kelas Sysmac
seri C nomer 200H
Backplane
I/O connecting cable
connector
Unit
Unit I/O
Pelatihan PLC Dasar - 02
CPU
58
Memori C200H
Kapasitas memori yang dipunyai C200H ada dua
macam, masing-masing 3K dan 7K word.
Ada tiga macam memori yang bisa digunakan agar
sesuai dengan variasi peralatan aplikasi :
- RAM (Random Acces Memory)
- EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)
- EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only
Memory)
Pelatihan PLC Dasar - 02
59
Backplane C200H
Fungsi backplane mirip board pada personal computer,
adalah rak di mana unit CPU dan I/O ditempatkan atau
dipasang dan antara lain berguna untuk
memperbanyak pemakaian unit I/O. Ada tiga model
backplane, yaitu :
- model C200H-BC03 berisi 3 slot unit I/O
- model C200H-BC05 berisi 5 slot unit I/O
- model C200H-BC08 berisi 8 slot unit I/O
Pelatihan PLC Dasar - 02
60
Modul Standar I/O C200H
Untuk modul standar sistem C200H disediakan jenis
dan fungsi :
• Unit input AC (C200H-IAxxx)
• Unit input DC (C200H-IDxxx)
• Unit input AC/DC (C200H-IMxxx)
• Unit output Relay (C200H-OCxxx)
• Unit output Triac (C200H-OAxxx)
• Unit output Transistor (C200H-ODxxx)
• Unit Link (Host Link, PC Link, master/slave Remote I/O)
Pelatihan PLC Dasar - 02
61
Modul Spesial I/O C200H
Untuk modul spesial/intelligent sistem C200H
disediakan jenis dan fungsi :
• Unit Multipoint I/O (C200H-MDxxx)
• Unit Analog Input (C200H-ADxxx)
• Unit Analog Output (C200H-DAxxx)
• Unit High Speed Counter (C200H-CTxxx)
• Unit Positioning Control (C200H-NCxxx)
• Unit ASCII (C200H-ASCxx)
• Unit Temperatur Sensor (C200H-TSxxx)
Pelatihan PLC Dasar - 02
62
Konfigurasi Dasar Sysmac C200H
Konfigurasi dasar dari PLC ini mempunyai backplane
CPU dan backplane I/O ekspansi PLC, untuk kebutuhan
kontrol dengan range maksimum 544 titik I/O jika
menggunakan 10 unit I/O multipoint.
Pelatihan PLC Dasar - 02
63
Konfigurasi Dasar C200H
Rak CPU
Rak I/O ekspansi
pertama
Rak I/O ekspansi
kedua
Power supply
Pada sistem C200H, maksimum
terdapat dua rak (backplane)
ekspansi yang dapat dihubungkan
pada satu rak CPU. Setiap rak
terdapat 3, 5, atau 8 slot untuk
menempatkan unit I/O. Panjang
maksimum kabel yang
menghubungkan tiap-tiap
backplane adalah 10 meter, tetapi
panjang totalnya tidak boleh lebih
dari 12 meter.
Pelatihan PLC Dasar - 02
64