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

Objektif:

CPU

Perangkat Pemrograman Memori

Power Supply

Sistem Input Output Ukuran PLC

Pemilihan PLC

Bahasa Pemrograman dan Tipe Data Merek-merek PLC

Tiga Fungsi Utama PLC

proses (menjalankan instruksi logic program),

memori (menyimpan hasil proses),

input/output (menerima data dari luar dan

mengeluarkan hasil proses).

Hardware Penyusun PLC

• CPU

• Perangkat Pemrograman • Memori

• Power Supply

• Sistem Input Output

Bagian-bagian CPU

CPU terdiri dari tiga komponen utama:

Processor Memory

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).

Prinsip Kerja PLC

PLC terdiri dari dua bagian pokok:

CPU (Processor)

CPU Sysmac C200H

Ada dua tipe:

• C200H-CPU01-E tegangan AC 100/240 Volt • C200H-CPU031-E tegangan DC 24 Volt Power fuse Indicators OMRON SYSMAC C200H Memory unit connector Detachable terminal block Peripheral device mounting h l Programming

Rak Ekspansi PLC Modular

Bentuk PLC modular terdiri dari modul CPU dan

modul I/O (merupakan bagian yang

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

PLC Compact

PLC ini menggunakan sistem rak (CPU dan I/O

jadi satu kesatuan), dengan kapasitas memori

yang terbatas.

• Dimensi 4,72”x 3,15” x 1,57”

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.

♦ 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.

Perangkat ini digunakan untuk memasukkan algoritma kontrol (program) ke dalam PLC. Perangkatnya dapat berupa Personal Computer atau tipe Handheld

Perangkat FIT ini bentuknya mirip dengan komputer laptop.

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

Untuk PLC SYSMAC C200H terdapat dua alternatif

programming console, yaitu yang langsung menempel pada CPU, dan yang dihubungkan dengan kabel.

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.

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.

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

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 (pin-pin) memori untuk proses ‘burning’. Hal ini berarti bahwa tipe memori ini bisa dipakai berulang.

Program Memori PLC

_{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

Pembagian Program

Memori PLC Allen

Data Memori PLC

Pembagian Data

Memori PLC Allen

Braley 5

File Type 0

output image table I

input image table S status file B3 bit file T4 timer file C5 counter file R6 control file N7 integer file

Alamat Tabel Data

X = jenis file : B = bit C = counter F = floating I = input O = output R = control S = status T = timer A = ASCII 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

Format umum alamat data tabel perlu menunjukkan jenis file, angka file, nomer rak, kelompok yang terdapat di dalam rak dan angka bit.

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.

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)

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.

– 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.

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.

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)

PLC buatan OMRON dari kelas SYSMAC seri C nomer CPM1A-10CDR.

• Digital Input (DI) → 6 titik • Digital Output (DO) → 4 titik • Ditambah CIF01 bisa

komunikasi melalui serial RS232

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.

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)

Modul ini secara umum dilindungi oleh bagian isolator terhadap level tegangan yang tidak diinginkan.

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.

♦ 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.

• Melakukan perubahan modul sink ke source bisa dilakukan dengan menggunakan rangkaian berikut untuk arus I_out 50 mA.

Modul ini biasanya

diisolasi dari gangguan luar dengan rangkaian opto-coupler.

Contoh hubungan untuk modul AC/DC input

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)

Modul ini menggunakan rangkaian pengaman mirip modul input.

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.

Koneksi peralatan luar untuk modul DC solid-state output sebagai sink atau sebagai source.

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.

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.

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

Modul A/D

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

Modul D/A

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)

Ukuran PLC

Ukuran PLC

didasarkan atas jumlah titik Input dan Output. - PLC mikro

- PLC kecil

- PLC sedang - PLC besar

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

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

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)

Tabel Bahasa Pemrograman IEC61131

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

Language Abbrev. Type Application best suited for

Sumber:

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, bagian-bagian 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)

Merek-merek PLC

OMRON

Allen Bradley Siemens

Mitsubishi

Schneider (Modicon, Telemecanique, Square D) GE Fanuc

Toshiba

Automation Direct (Koyo) Hitachi

Contoh : Tipe Sysmac C200H

PLC modular buatan OMRON dari kelas Sysmac

seri C nomer 200H

Unit Backplane

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)

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

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)

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)

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

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.

Rak CPU

Rak I/O ekspansi pertama

Rak I/O ekspansi kedua

Power supply