Multibus I and II Suatu bus untuk desain fleksibel sistem komputer, dirancang oleh Intel
NOT GATE
8. PLC = Programmable logic controllers
Sebelum kehadiran sirkuit lojik solid state, sistem kontrol lojikal dirancang dan dibangun hanya menggunakan relei elektro-mekanikal berukuran besar dan pengkawatan yang rumit dengan pensaklaran bertegangan dan arus besar, serta memerlukan ruang yang luas.
Sistem dan proses pada indusri modern memerlukan banyak sekali kontrol "on/off" (fungsi logika) yang sulit dibangun dengan relei elektro-mekanikal atau gerbang lojik diskret, tetapi dengan komputer digital proses kontrol "on/off" ini dapat dengan mudah diprogram untuk melakukan berbagai fungsi logika.
Pada akhir tahun 1960 telah dibuat komputer kontrol untuk tujuan khusus ini yang disebut MODICON (Modular Digital Controller) dan dikenal sebagai PLC (Programmable Logic Controller).
PLC langsung menggantikan relei elektro-mekanik dengan komputer digital terpadu (solid-state) dengan program tersimpan yang mampu menyamai pengawatan sangat banyak relei untuk melakukan fungsi lojik tertentu.
PLC memiliki banyak terminal masukan (input) yang menafsirkan keadaan lojik tinggi dan rendah ("high" and "low") dari sensor dan saklar; juga terminal keluaran (output) untuk memberikan sinyal (perintah) "high" and "low" (on/off) ke lampu sinyal, solenoid, kontaktor dan peralatan lainnya pada kontrol on/off.
Untuk memudahkan program PLC, didisain bahasa program yang mirip diagram lojik tangga (LAD ladder program) dan/atau diagram blok fungsi (FBD function block diagram) atau dengan penulisan pernyataan/perintah (STL statement list atau CSL command statement list); sehingga teknisi/ enjinir yang terbiasa membaca diagram lojik dapat dengan mudah memprogram PLC. PLC adalah komputer industri menggantikan relei kontrol elektro-mekanik; dimana sinyal input dan outputnya dapat berupa tegangan 5 hingga 220 volt AC ataupun DC.
Gambar dibawah ini menunjukkan sisi depan PLC sederhana. Dua terminal sekrup L1 dan L2 menghubungkan PLC ke sumber daya 120 volts AC. Enam terminal disisi kiri dengan label Xi untuk masukan input dari masing-masing sensor atau saklar, terminal "Common" biasanya dihubungkan ke L2 (neutral).
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Didalam PLC, hubungan antara setiap input ke terminal Common dipasang suatu opto-isolator device (LED light-emitting diode) untuk memberikan sinyal lojik "high" ke rangkaian komputer (suatu photo-transistor menafsirkan sinar LED ini) ketika ada tegangan 120 VAC antara terminal input dengan netral. Satu LED di panel depan PLC mengindikasikan jika input terenejais ("energized").
Sinyal output dikeluarkan rangkaian komputer PLC untuk mengaktifkan alat pensaklaran (transistor, TRIAC, atau relei elektro-mekanik), menghubungkan terminal "Source" ke terminal keluaran output berlabel Yi ("Source" dihubungkan ke L1). Satu LED di panel depan PLC mengindikasikan jika output terenejais ("energized").
Dengan cara begini PLC (software) mampu berhubungan dengan dunia nyata (hardware) seperti saklar dan solenoid.
Logika sesungguhnya dari sistem kontrol dibentuk didalam PLC menggunakan program komputer. Program menentukan (dictate) output mana yang terenerjais dengan kondisi input tertentu. Meskipun program ini tampak sebagai diagram lojik ladder dengan simbol relei dan saklar, sesungguhnya tidak ada saklar kontak atau kumparan relei yang bekerja didalam PLC untuk menciptakan hubungan logika antara input dan output (hanya saklar dan kumparan hayal). Program dimasukkan dan ditampilkan melalui komputer yang dihubungkan ke port pemrograman PLC. Perhatikan rangkaian dan program PLC berikut:
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Ketika tombol tidak ditekan, tidak ada tegangan ke X1 pada PLC. Sesuai program yang menunjukkan kontak X1 (NO normally open) disambung deret dengan koil Y1, tidak ada tegangan ke koil Y1 (de-energized); dan indikator (LED) tidak menyala.
Jika tombol ditekan, tegangan akan ada di terminal X1 (energized) - indikatornya (LED) menyala, kontak X1 (normally open) menjadi menutup (close) dan mengaktifkan koil Y1 - indikatornya (LED) menyala, terminal Y1 akan bertegangan (energized).
Harus difahami bahwa kontak X1, koil Y1 kabel penghubung dan tegangan yang muncul ditampil komputer bukanlah sebenarnya komponen kelistrikan yang sesungguhnya nyata ada. Hanya ada sebagai perintah dalam program komputer, hanya software, cuma menyerupai suatu diagram skematik relei sesungguhnya.
Sama pentingnya untuk memahami bahwa komputer personal PC yang digunakan untuk menampilkan dan mengedit program PLC tidak diperlukan untuk meneruskan operasi PLC. Sekali program telah dipasangkan (loaded) ke PLC dari komputer, maka komputer dapat dilepas dari PLC, dan PLC meneruskan operasi menuruti perintah yang diprogramkan.
Kekuatan dan kecanggihan PLC nampak pada saat kita ingin mengubah peri laku sistem kontrol. Karena PLC dapat diprogram, maka kita bisa mengubah peri lakunya dengan cara mengubah perintah-perintahnya, tanpa harus mengubah susunan komponen-komponen yang teleh tersambung. Contoh, anadai kita ingin rangkaian saklar dan lampu berfungsi dengan model terbalik; jika tombol ditekan lampu akan mati, dan jika tombol dilepas lampu akan
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
menyala. Dengan pengkawatan ("hardware"), tombol tekan normally-open (NO) harus diganti dengan tombol tekan normally-close (NC). Tetapi dengan "software" PLC menjadi lebih mudah, cukup dengan mengubah program kontak X1 menjadi normally-closed (tidak perlu mengubah hardware). Lihat gambar berikut, X1 dan Y1 (lampu) menyala pada saat tombol tidak ditekan. Gambar selanjutnya menunjukkan pada saat tombol ditekan.
Salah satu keuntungan penerapan kontrol logika pada software disbanding hardware adalah bahwa sinyal suatu input bisa digunakan berkali-lagi sasuai kebutuhan program. Misalnya, perhatikan rangkaian dan program berikut, dirancang untuk menyalakan lampu jika sedikitnya dua dari tiga saklar tombol tekan ditekan bersamaan.
Untuk membuat rangkaian serupa dengan menggunakan relei elektro-magnetik, harus digunakan tiga buah relei yang masing-masing memiliki dua kontak NO (normally-open), untuk menyediakan dua kontak per satu saklar input. Dengan menggunakan PLC, bagaimanapun, kita bisa memprogram sebanyak kontak yangkita inginkan untuk setiap input "X" tanpa menambah hardware tambahan, karena setiap input dan setiap output tidak lebih dari satu bit tnggal di dalam memory PLC (apakah 0 atau 1), dan dapat dipanggil kembali sebanyak yang diperlukan.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Selanjutnya, karena setiap output pada PLC tidak lebih dari satu bit dalam memory-nya, kita bisa menempatkan kontak dalam satu program PLC yang digerakkan oleh satu status output (Y). Misalnya untuk rangkaian kontrol start-stop motor listrik.
Tombol tekan disambungkan ke input X1 sebagai saklar "Start", satu lagi tombol tekan disambungkan ke input X2 sebagai saklar "Stop". Satu kontak lain dalam program (Y1), menggunakan status koil output sebagai kontak "seal-in", langsung, sehingga kontaktor motor akan terus terenerjais (energized) setelah tombol tekan "Start" dilepas. Terlihat kontak NC (normally-closed) X2 tampil dengan kotak berwarna, menunjukkannya dalam keadaan tertutup (menghubungkan listrik).
Jika tombol "Start" ditekan, input X1 akan enerjais, menutup kontak X1 dalam program, mengirim daya ke "coil" (koil) Y1, mengenerjais ouput Y1 dan menghubungkan tegangan 120 AC ke koil kontaktor motor sesungguhnya. Kontak Y1 yang parallel juga akan menutup "close", sehingga mengancing (latching) rangkaian tetap dalam keadaan ter-enerjais.
Sekarang jika kita melepas tombol tekan "Start", kontak NO X1 akan kembali ke keadaan membukanya, namun motor akan terus berjalan karena kontak "seal-in" terus menyediakan hubungan daya ke koil Y1, sehingga output Y1 ter-enerjais.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Untuk menghentikan motor, kita harus menekan sesaat tombol tekan "Stop", yang akan meng-enerjais input X2 dan membuka kontak NC, memutuskan hubungan ke koil Y1.
Bila tombol tekan "Stop" dilepas, input X2 akan de-enerjais, mengembalikan kontak X2 ke keadaan normal tertutupnya. Motor tidak jalan kembali sampai tombol "Start" ditekan, karena "seal-in" dari Y1 telah hilang.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Satu hal penting yang harus dibuat adalah rancangan fail-safe (aman dari kegagalan) yang juga penting dalam sistem kontrol PLC, sebagaimana pentingnya pada sisten kontrol relei elektro-magnetik. Kita harus mempertimbangkan efek dari pengkabelan yang gagal (kabel terputus) peralatan atau perlatan yang sedang dikontrol. Pada rangkaian kontrol motor contoh ini misalnya, ada masalah; jika kabel input untuk X2 (tombol "Stop") gagal membuka, maka tidak ada cara untuk menghentikan motor!
Solusi untuk masalah ini adalah dengan membalikkan lokiga antara kontak X2 dalam program PLC dan tombol "Stop" sesungguhnya.
Ketika tombol "Stop" (NC) tidak ditekan, input PLC X2 akan enerjais, sehingga menutup kontak X2 dalam program, memungkinkan motor dijalankan bila input X1 ter-enerjais, dan akan terus berjalan walaupun tombol "Start" tidak ditekan lagi. Ketika tombol "Stop" (NC) ditekan, input PLC X2 akan de-enerjais, sehingga mebuka kontak X2 dalam program, dan menghentikan motor. Terlihata tidak ada perbedaan antara rancangan baru dengan rancangan sebelumnya. Betapapun, jika kabel ke input X2 gagal, input X2 akan de-enerjais, sama seperti cara ketika tombol "Stop" ditekan. Akibatnya, jika ada kegagalan kabel ke input X2,maka motor akan langsung berhenti.
Rancangan ini lebih aman dari pada rancangan yang ditunjukkan sebelumnya, dimana kegagalan kabel ke tombol "Stop" mengakibatkan motor tidak bisa distop.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Sebagai tambahan lagi ke elemen program input X dan output Y, PLC menyediakan koil dan kontak internal tanpa sambungan hakiki (hardware) ke keluar perangkat PLC. Digunakan sama seperti "control relays" (CR1, CR2, etc.) yang digunakan pada rangkaian relei standard; menyediakan pembalikan sinyal lojik bila perlu.
Untuk memperagakan bagaimana suatu relei internal ini digunakan, perhatikan contoh rangkaian dan program berikut, dirancang untuk menyerupai fungsi gerbang NAND 3-input (dari tombol). Karena elemen-elemen program PLC dirancang khas dengan huruf tunggal, kita akan menyebut relei kontrol internal dengan "C1" bukan "CR1" sebagaimana umumnyapada rangkaian kontrol relei.
Pada rangkaian ini, lampu Y1 akan tetap menyala selama tidak ada satu pun tombol yang ditekan. Untuk mematikan lampu, kita harus menekan ketiga-tiga tombol bersamaan.
Contoh ini pada PLC hanya merupakan contoh kecil dan sederhana dari kemampuan PLC. Sebagaimana komputer, PLC dapat melakukan fungsi pewaktuan (seperti relei tunda waktu), teromol berurutan (drum sequencing) dan fungsi-fungsi yang lebih maju dengan ketelitian dan keandalan yang lebih baik dari apa mungkin dengan menggunaka peralatan lojik elektro-mekanikal. Kebanyakan PLC memiliki kapasitas jauh melebihi dari pada sekedar beberapa input dan output. Foto berikut menunjukkan beberapa modul-modul input dan output dari PLC tunggal Allen-Bradley.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Dengan setiap modul memiliki 16 sambungan input maupun output, PLC ini mampu memonitor dan mengkontrol puluhan peralatan. Disusun dalam lemari kontrol (control cabinet), suatu PLC memerlukan ruang yang kecil, bandingkan ruang yang diperlukan oleh relei elektro-mekanikal untuk melakukan fungsi yang sama.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PL C
Satu kelebihan PLC yang tidak bisa dilakukan dengan relei elektro-mekanikal adalah pemantauan dan kontrol jarak jauh (remote monitoring and control) melalui jaringan komputer digital. Karena PLC adalah komputer digital dengan fungsi tertentu, yang mampu berkomunikasi dengan komputer lain dengan cukup mudah. Foto berikut menunjukkan komputer pribadi (PC) sedang menampilkan gambaran grafik proses pengaturan level cairan sesungguhnya (sistem pemompaan pengolahan air limbah) yang dikontrol denganPLC. Lokasi pemompaan sesungguhnya berada cukup jauh dari tampilan komputer tersebut.
PT. PLN (PERSERO) PUSAT PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENGKONTROL PID