KBM 1. Sistem Kendali PLC

Kegiatan Belajar 1

SISTEM KENDALI PLC

Tujuan Pemelajaran
Setelah pemelajaran siswa dapat :

• Mengidentifikasi peralatan sistem kendali PLC
• Menjelaskan cara kerja sistem kendali PLC
• Menjelaskan keunggulan PLC
• Menyebutkan daerah penerapan PLC
• Mengidentifikasi struktur PLC

1. Sistem Kendali
   

Istilah sistem kendali dalam teknik listrik mempunyai arti suatu peralatan atau sekelompok peralatan yang digunakan untuk mengatur fungsi kerja suatu mesin dan memetakan tingkah laku mesin tersebut sesuai dengan yang dikehendaki. Fungsi kerja mesin tersebut mencakup antara lain menjalankan (start), mengatur (regulasi), dan menghentikan suatu proses kerja. Pada umumnya, sistem kendali merupakan suatu kumpulan peralatan listrik atau elektronik, peralatan mekanik, dan peralatan lain yang menjamin stabilitas dan transisi halus serta ketepatan suatu proses kerja.

Sistem kendali mempunyai tiga unsur yaitu input, proses, dan output.

Gambar1 Unsur-unsur sistem kendali

Input pada umumnya berupa sinyal dari sebuah transduser, yaitu alat yang dapat merubah besaran fisik menjadi besaran listrik, misalnya tombol tekan, saklar batas, termostat, dan lain-lain. Transduser memberikan informasi mengenai besaran yang diukur, kemudian informasi ini diproses oleh bagian proses. Bagian proses dapat berupa rangkaian kendali yang menggunakan peralatan yang dirangkai secara listrik, atau juga berupa suatu sistem kendali yang dapat diprogram misalnya PLC.

Pemrosesan informasi (sinyal input) menghasilkan sinyal output yang selanjutnya digunakan untuk mengaktifkan aktuator (peralatan output) yang dapat berupa motor listrik, kontaktor, katup selenoid, lampu, dan sebagainya. Dengan peralatan output, besaran listrik diubah kembali menjadi besaran fisik.

Sistem kendali dibedakan menjadi dua, yaitu sistem kendali loop terbuka dan sistem kendali loop tertutup.

1. 
   Sistem Kendali Loop Terbuka

Sistem kendali loop terbuka adalah proses pengendalian di mana variabel input mempengaruhi output yang dihasilkan. Gambar 2 menunjukkan diagram blok sistem kendali loop terbuka.

Gambar 2 Diagram blok sistem kendali loop terbuka

Dari gambar 2 di atas, dapat dipahami bahwa tidak ada informasi yang diberikan oleh peralatan output kepada bagian proses sehingga tidak diketahui apakah hasil output sesuai dengan yang dikehendaki.

2. Sistem Kendali Loop Tertutup

Sistem kendali loop tertutup adalah suatu proses pengendalian di mana variabel yang dikendalikan (output) disensor secara kontinyu, kemudian dibandingkan dengan besaran acuan.

Variabel yang dikendalikan dapat berupa hasil pengukuran temperatur, kelembaban, posisi mekanik, kecepatan putaran, dan sebagainya. Hasil pengukuran tersebut diumpan-balikkan ke pembanding (komparator) yang dapat berupa peralatan mekanik, listrik, elektronik, atau pneumatik. Pembanding membandingkan sinyal sensor yang berasal dari variabel yang dikendalikan dengan besaran acuan, dan hasilnya berupa sinyal kesalahan. Selanjutnya, sinyal kesalahan diumpankan kepada peralatan kendali dan diproses untuk memperbaiki kesalahan sehingga menghasilkan output sesuai dengan yang dikehendaki. Dengan kata lain, kesalahan sama dengan nol.

Gambar 3 Sistem kendali loop tertutup

2. Sistem Kendali PLC

Hingga akhir tahun 1970, sistem otomasi mesin dikendalikan oleh relai elektromagnet. Dengan semakin meningkatnya perkembangan teknologi, tugas-tugas pengendalian dibuat dalam bentuk pengendalian terprogram yang dapat dilakukan antara lain menggunakan PLC (Programmable Logic Controller). Dengan PLC, sinyal dari berbagai peralatan luar diinterfis sehingga fleksibel dalam mewujudkan sistem kendali. Disamping itu, kemampuannya dalam komunikasi jaringan memungkinkan penerapan yang luas dalam berbagai operasi pengendalian sistem.

Dalam sistem otomasi, PLC merupakan ‘jantung’ sistem kendali. Dengan program yang disimpan dalam memori PLC, dalam eksekusinya, PLC dapat memonitor keadaan sistem melalui sinyal dari peralatan input, kemudian didasarkan atas logika program menentukan rangkaian aksi pengendalian peralatan output luar.

PLC dapat digunakan untuk mengendalikan tugas-tugas sederhana yang berulang-ulang, atau di-interkoneksi dengan yang lain menggunakan komputer melalui sejenis jaringan komunikasi untuk mengintegrasikan pengendalian proses yang kompleks.

Cara kerja sistem kendali PLC dapat dipahami dengan diagram blok seperti ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Diagram blok PLC

Dari gambar terlihat bahwa komponen sistem kendali PLC terdiri atas PLC, peralatan input, peralatan output, peralatan penunjang, dan catu daya. Penjelasan masing-masing komponen sebagai berikut :

1. PLC

PLC terdiri atas CPU (Central Processing Unit), memori, modul interface input dan output program kendali disimpan dalam memori program. Program mengendalikan PLC sehingga saat sinyal iput dari peralatan input on timbul respon yang sesuai. Respon ini umumnya mengonkan sinyal output pada peralatan output.

CPU adalah mikroprosesor yang mengkordinasikan kerja sistem PLC. ia mengeksekusi program, memproses sinyal input/ output, dan mengkomunikasikan dengan peralatan luar.

Memori adalah daerah yang menyimpan sistem operasi dan data pemakai. Sistem operasi sesungguhnya software sistem yang mengkordinasikan PLC. Program kendali disimpan dalam memori pemakai.

Ada dua jenis memori yaitu : ROM (Read Only Memory) dan RAM (Random Access Memory). ROM adalah memori yang hanya dapat diprogram sekali. Penyimpanan program dalam ROM bersifat permanen, maka ia digunakan untuk menyimpan sistem operasi. Ada sejenis ROM, yaitu EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) yang isinya dapat dihapus dengan cara menyinari menggunakan sinar ultraviolet dan kemudian diisi program ulang menggunakan PROM Writer.

Interfis adalah modul rangkaian yang digunakan untuk menyesuaikan sinyal pada peralatan luar. Interfis input menyesuaikan sinyal dari peralatan input dengan sinyal yang dibutuhkan untuk operasi sistem. Interfis output menyesuaikan sinyal dari PLC dengan sinyal untuk mengendalikan peralatan output.

2. Peralatan Input

Peralatan input adalah yang memberikan sinyal kepada PLC dan selanjutnya PLC memproses sinyal tersebut untuk mengendalikan peralatan output. Peralatan input itu antara lain :

• Berbagai jenis saklar, misalnya tombol, saklar togel, saklar batas, saklar level, saklar tekan, saklar proximity.
• Berbagai jenis sensor, misalnya sensor cahaya, sensor suhu, sensor level,
• Rotary encoder

3. Peralatan Output

Sistem otomasi tidak lengkap tanpa ada peralatan output yang dikendalikan. Peralatan output itu misalnya :

• Kontaktor
• Motor listrik
• Lampu
• Buzer

4. Peralatan Penunjang

Peralatan penunjang adalah peralatan yang digunakan dalam sistem kendali PLC, tetapi bukan merupakan bagian dari sistem secara nyata. Maksudnya, peralatan ini digunakan untuk keperluan tertentu yang tidak berkait dengan aktifitas pegendalian. Peralatan penunjang itu, antara lain :

• berbagai jenis alat pemrogram, yaitu komputer, software ladder, konsol pemrogram, programmable terminal, dan sebagainya.
• Berbagai software ladder, yaitu : SSS, LSS, Syswin, dan CX Programmer.
• Berbagai jenis memori luar, yaitu : disket, CD ROM, flash disk.
• Berbagai alat pencetak dalam sistem komputer, misalnya printer, plotter.

5. Catu Daya

PLC adalah sebuah peralatan digital dan setiap peralatan digital membutuhkan catu daya DC. Catu daya ini dapat dicatu dari luar, atau dari dalam PLC itu sendiri. PLC tipe modular membutuhkan catu daya dari luar, sedangkan pada PLC tipe compact catu daya tersedia pada unit.

3. Komponen Unit PLC

Unit PLC dibuat dalam banyak model/ tipe. Pemilihan suatu tipe harus mempertimbangkan : yang dibedakan menurut

• jenis catu daya
• jumlah terminal input/ output
• tipe rangkaian output

1. Jenis Catu Daya

PLC adalah sebuah peralatan elektronik dan setiap peralatan elektronik untuk dapat beroperasi membutuhkan catu daya. Ada dua jenis catu daya untuk disambungkan ke PLC yaitu AC dan DC.

2. Jumlah I/O

Pertimbangan lain untuk memilih unit PLC adalah jumlah terminal I/O nya. Jumlah terminal I/O yang tersedia bergantung kepada merk PLC. Misalnya PLC merk OMRON pada satu unit tersedia terminal I/O sebanyak 10, 20, 30, 40 atau 60. Jumlah terminal I/O ini dapat dikembangkan dengan memasang Unit I/O Ekspansi sehingga dimungkinkan memiliki 100 I/O.

Pada umumnya, jumlah terminal input dan output megikuti perbandingan tertentu, yaitu 3 : 2. Jadi, PLC dengan terminal I/O sebanyak 10 memiliki terminal input 6 dan terminal output 4.

3. Tipe Rangkaian Output

PLC dibuat untuk digunakan dalam berbagai rangkaian kendali. Bergantung kepada peralatan output yang dikendalikan, tersedia tiga tipe rangkaian output yaitu : output relai, output transistor singking dan output transistor soucing.

Di bawah ini diberikan tabel yang menunjukkan jenis catu daya, jumlah I/O, dan tipe rangkaian output.

Penjelasan Komponen

1. Terminal input catu daya

Hubungkan catu daya (100 s.d 240 VAC atau 24 VDC) ke terminal ini

2. Terminal Ground Fungsional

Pastikan untuk membumikan terminal ini (hanya untuk PLC tipe AC) untuk meningkatkan kekebalan terhadap derau (noise) dan mengurangi resiko kejutan listrik.

3. Terminal Ground Pengaman

Pastikan untuk membumikan terminal ini untuk mengurangi resiko kejutan listrik

4. Terminal catu daya luar

PLC tertentu, misalnya CPM2A dilengkapi dengan terminal output catu daya 24 VDC untuk mencatu daya peralatan input.

5. Terminal input

Sambunglah peralatan input luar ke terminal input ini.

6. Terminal Output

Sambunglah peralatan output luar ke terminal output ini.

7. Indikator status PLC

Indikator ini menunjkkan status operasi PLC, seperti ditunjukkan pada tabel berikut ini :

Indikator	Status	Arti
PWR (hijau)	ON	Daya sedang dicatukan ke PLC
	OFF	Daya tidak sedang dicatu ke PLC
RUN (hijau)	ON	PLC beroperasi dalam mode RUN atau MONITOR
	OFF	PLC beroperasi dalam mode PROGRAM, atau terjadi kesalahan fatal
COMM (kuning)	Berkedip	Data sedang ditransfer melalui port peripheral atau port RS-232C
	OFF	Data tidak sedang ditransfer melalui port peripheral atau port RS-232C
ERR/ALM (merah)	ON	Terjadi kesalahan fatal
	Berkedip	Terjadi kesalahan tidak fatal
	OFF	Operasi berlangsung normal

8. Indikator input

Indikator input menyala saat terminal input yang sesuai ON. Indikator input menyala selama refreshing input/ output.

Jika terjadi kesalahan fatal, indikator input berubah sebagai berikut :

Kesalahan fatal	Indikator input
Kesalahan unit CPU, kesalahan bus I/O, atau terlalu banyak unit I/O	Padam
Kesalahan memori atau kesalahan FALS (sistem fatal)	Indikator akan berubah sesuai status sinyal input, tetapi status input tidak akan diubah pada memori.

9. Indikator output

Indikator output menyala saat terminal output yang sesuai on.

10. Analog Control

Putarlah control ini untuk setting analog (0 s.d 200) pada IR 250 dan IR 251.

11. Port peripheral

Sambungan PLC ke peralatan pemrogram : Konsol Pemrogram, atau komputer

12. Port RS 232C

Sambungan PLC ke peralatan pemrogram : Konsol Pemrogram, komputer, atau Programmable Terminal.

13. Saklar komunikasi

Saklar ini untuk memilih apakah port peripheral atau port RS-232C akan menggunakan setting komunikasi pada PC Setup atau settng standar.

OFF	Port peripheral dan port RS-232C beroperasi sesuai dengan setting komunikasi pada PLC setup, kecuali untuk Konsol Pemrogram yang disambung ke port peripheral.
ON	Port peripheral dan port RS-232C beroperasi sesuai dengan setting komunikasi standar, kecuali untuk Konsol Pemrogram yang disambung ke port peripheral.

14. Batere

Batere ini memback-up memori pada unit PLC.

15. Konektor ekspansi

Tempat sambungan PLC ke unit I/O ekspansi atau unit ekspansi (unit I/O analog, unit sensor suhu).

4. Spesifikasi
   

Penggunaan PLC harus memperhatikan spesifikasi teknisnya. Mengabaikan hal ini dapat mengakibatkan PLC rusak atau beroperasi secara tidak tepat (mal-fungsi).

Berikut ini diberikan spesifikasi unit PLC yang terdiri atas spesifikasi umum, spesifikasi input, dan spesifikasi output.

1. Spesifikasi Umum

Butir			Spesifiasi
Tegangan catu	AC		100 s.d 240 VAC, 50/60 Hz
	DC		24 VDC
Tegangan operasi	AC		85 s.d 264 VAC
	DC		20,4 s.d 26,4 VDC
Penggunaan daya	AC		60 VA maks
	DC		20 W maks
Catu daya luar	Tegangan catu		24 VDC
	Kapasitas output		300 mA
Tahanan isolasi			20 M minimum
Kuat dielektrik			2300 VAC 50/60 Hz selama 1 menit
Suhu ruang			0o s.d 55o
Ukuran sekerup terminal			M3
Berat		AC	650 g
		DC	550 g

2. Spesifikasi Input

Butir	Spesifikasi
Tegangan input	24 VDC +10%­­­­­/-15%
Impedansi input	2,7 k
Arus input	8 mA
Tegangan/ arus on	17 VDC input, 5 mA
Tegangan/ arus off	5 VDC maks, 1 mA
Tunda on	10 ms
Tunda off	10 ms
Konfigurasi rangkaian input

3. Spesifikasi Output

Butir	Spesifikasi
Kapasitas switching maksimum	2 A, 250 VAC (cos  = 1) 2 A, 24 VDC
Kapasitas switching minimum	10 mA, 5 VDC
Usia kerja relai	Listrik : 150.000 operasi (beban resistif 24 VDC) 100.000 operasi (beban induktif) Mekanik : 20.000.000 operasi
Tunda on	15 ms maks
Tunda off	15 ms maks
Konfigurasi rangkaian output

5. Perbandingan Sistem Kendali Elektromagnet dan PLC
   

Pada sistem kendali relai elektromagnetik (kontaktor), semua pengawatan ditempatkan dalam sebuah panel kendali. Dalam beberapa kasus panel kendali terlalu besar sehingga memakan banyak ruang (tempat). Tiap sambungan dalam logika relai harus disambung. Jika pengawatan tidak sempurna, maka akan terjadi kesalahan sistem kendali. Untuk melacak kesalahan ini, perlu waktu cukup lama. Pada umumnya, kontaktor memiliki jumlah kontak terbatas. Dan jika diperlukan modifikasi, mesin harus diistirahatkan, dan lagi boleh jadi ruangan tidak tersedia serta pengawatan harus dilacak untuk mengakomodasi perubahan. Jadi, panel kendali hanya cocok untuk proses yang sangat khusus. Ia tidak dapat dimoifikasi menjadi sistem yang baru dengan segera. Dengan kata lain, panel kendali elektromagnetik tidak fleksibel.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan adanya kelemahan sistem kendali relai elektromagnetik sebagai berikut :

• Terlalu banyak pengawatan panel.
• Modifikasi sistem kendali sulit dilakukan.
• Pelacakan gangguan sistem kendali sulit dilakukan.
• Jika terjadi gangguan mesin harus diistirahatkan untuk melacak kesalahan sistem.

Kesulitan-kesulitan di atas dapat diatasi dengan menggunakan sistem kendali PLC.

6. Keunggulan Sistem Kendali PLC
   

Sistem kendali PLC memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan sistem kendali elektromagnetik sebagai berikut :

• Pengawatan sistem kendali PLC lebih sedikit.
• Modifikasi sistem kendali dapat dengan mudah dilakukan dengan cara mengganti progam kendali tanpa merubah pengawatan sejauh tidak ada tambahan peralatan input/output.
• Tidak diperlukan komponen kendali seperti timer dan hanya diperlukan sedikit kontaktor sebagai penghubung peralatan output ke sumber tenaga listrik.
• Kecepatan operasi sistem kendali PLC sangat cepat sehingga produktivitas meningkat.
• Biaya pembangunan sistem kendali PLC lebih murah dalam kasus fungsi kendalinya sangat rumit dan jumlah peralatan input/outputnya sangat banyak.
• Sistem kendali PLC lebih andal.
• Program kendali PLC dapat dicetak dengan cepat.

7. Penerapan Sistem Kendali PLC
   

Sistem kendali PLC digunakan secara luas dalam berbagai bidang antara lain untuk mengendalikan :

• Traffic light
• Lift
• Konveyor
• Sistem pengemasan barang
• Sistem perakitan peralatan elektronik
• Sistem pengamanan gedung
• Sistem pembangkitan tenaga listrik
• Robot
• Pemrosesan makanan

8. Langkah-Langkah Desain Sistem Kendali PLC
   

Pengendalian sistem kendali PLC harus dilakukan melalui langkah-langkah sistematik sebagai berikut :

1. Memilih PLC dengan spesifikasi yang sesuai dengan sistem kendali.
2. Memasang Sistem Komunikasi
3. Membuat program kendali
4. Mentransfer program ke dalam PLC
5. Memasang unit
6. Menyambung pengawatan I/O
7. Menguji coba program
8. Menjalankan program

Rangkuman

1. PLC adalah kependekan dari Programmable Logic Controller yang berarti pengendali yang bekerja secara logika dan dapat diprogram.
2. Peralatan sistem kendali PLC terdiri atas Unit PLC, peralatan input, peralatan output, peralatan penunjang, dan catu daya.
3. Pemilihan suatu unit PLC didasarkan atas pertimbangan jenis catu daya untuk PLC, jumlah I/O dan tipe rangkaian output.
4. Penggunaan PLC harus memperhatikan spesifikasi teknisnya. Mengabaikan hal ini dapat mengakibatkan PLC rusak atau beroperasi secara tidak tepat (mal-fungsi).
5. Dibandingkan sistem kendali elektromagnet, PLC lebih unggul dalam banyak hal, antara lain pengawatan sistem lebih sederhana, gambar sistem kendali mudah dicetak, lebih murah dalam kasus rangkaian kendali yang rumit, mempunyai fungsi self diagnostic, dll.
6. PLC diterapkan dalam hampir segala lapangan industri sebagai pengendali mesin dan proses kerja alat.

Tes Formatif

1. Apakah yang dimaksud dengan sistem kendali ?
2. Apakah perbedaan sistem kendali loop terbuka dan loop tertutup ?
3. Apakah sesungguhnya PLC itu ?
4. Sebutkan masing-masing tiga contoh :

1. Alat input
2. Alat output
3. Alat penunjang

5. Gambarkan diagram blok yang menunjukkan hubungan masing-masing peralatan sistem kendali PLC !
6. Sebutkan lima keunggulan PLC dibandingkan sistem kendali elektromagnet !
7. Jelaskan bahwa sistem kendali PLC lebih murah jika dibandingkan sistem kendali elektromagnet !
8. Sebutkan daerah penerapan PLC !