BAB II LANDASAN TEORI

8

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 PLC (Programmable Logic Controller)

Untuk mengontrol suatu proses yang komplek, maka diperlukan suatu

controller yang mampu mengatur setiap instruksi dengan cepat dan tepat, satu controller yang paling banyak dipakai oleh industri untuk mengatur sekian banyak

proses adalah PLC.

2.1.1.Pengertian PLC

PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relai yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian melakukan proses dan melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan keluarannya. Semakin kompleks proses yang harus ditangani, semakin penting penggunaan PLC untuk mempermudah proses-proses tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan).

2.1.2. Komponen-Komponen PLC

PLC sesungguhnya merupakan sistem mikrokontroller khusus untuk industri, artinya seperangkat perangkat lunak dan keras yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi dalam dunia industri. Elemen – elemen dasar sebuah PLC

9

terdiri dari CPU, Memory, dan Perangkat Input/Output. Gambar 3.1 menunjukkan elemen-elemen dari PLC

Gambar 2.1. Elemen – Elemen PLC

2.1.2.1. CPU (Central Processing Unit)

CPU merupakan otak dari sebuah kontroller PLC. CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah mikrokontroller (versi mini mikrokomputer lengkap). Pada awalnya merupakan mikrokontroller 8-bit seperti 8051, namun saat ini bisa merupakan mikrokontroller 16 atau 32-bit bahkan 64-bit.

2.1.2.2. Memori

Memori digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol proses. Selain berfungsi untuk menyimpan sistem operasi, juga digunakan untuk menyimpan program yang harus dijalankan, dalam bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang telah dibuat oleh pemrogram.

10

Sistem memori PLC dibagi berdasarkan tugas yang diberikan:

1. Executive Memory, 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.

2. Application Memory, lokasi memori untuk menyimpan kumpulan user program (program pemakai), yaitu area yang menyimpan ladder diagram, timer, dan data – data yang telah dimasukkan.

2.1.2.3. Tipe Memori PLC

1. ROM (Read Only Memory)

ROM dirancang untuk menyimpan secara permanent yang telah fix. Isinya masih bisa diuji dan dibaca tetapi tidak bisa dubah, ROM tidak memerlukan back

up power untuk menjaga memorinya. Executive program biasanya disimpan di

ROM.

2. 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 Non Volatile. Volatile memerlukan battery back up kalau power

hilang sedangkan non volatile RAM akan menjaga programnya meskipun power hilang.

11

3. PROM (Programmable Read Only Memory)

Memori ini biasanya digunakan untuk program yang diyakini benar untuk

system control dengan PLC. Jika dibutuhkan perubahan algoritma pada sistem

kontrol tersebut, maka PROM harus diganti (di upload) dengan program baru. PROM bisa digunakan sebagai back up permanen user program.

4. EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)

Memori ini mirip PROM, tetapi masih dapat dihapus dengan membuka jendela dibagian 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.

5. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) Memori ini mirip EPROM, tetapi cara penghapusannya lebih fleksibel. Cara penghapusan program dengan memberikan tegangan pada kedua kaki (pin) memori untuk proses burning. Hal ini berarti bahwa tipe memori ini bisa dipakai berulang.

2.1.2.4. Pemrograman PLC

Kontrol PLC dapat diprogram melalui komputer, tetapi juga bisa diprogram melalui pemrograman manual, yang biasa disebut dengan konsol (console). Untuk keperluan ini dibutuhkan perangkat lunak, yang biasanya juga bergantung pada produk PLC-nya.

12 2.1.2.4.1 Software Pemrogramman

Software pemrogramman merupakan suatu perangkat lunak yang digunakan untuk membuat dan mengisikan instruksi pada memori control suatu system komputer (PLC). Untuk melakukan pemrogramman PLC dan HMI menggunakan software yang telah disediakan pabrik pembuat/vendor PLC dan HMI.

XG5000 merupakan software pemrogramman PLC dengan brand LS untuk seri XGB, XGK, XGI dan XGR.Software ini dapat melakukan pemrogramman dengan menggunakan bahasa diagram tangga (ladder diagram), SFC (Structure Function Chart), Structure text dan function block. Atau dengan kata lain PLC deprogram dengan text dan pemrogramman berorientasi object.

Sistem komputer minimal untuk menginstal software ini adalah minimum Pentium CPU, RS serial port atau USB, 200 MB hardisk, windows XP,VISTA,7 dan 8.

2.1.2.4.2 Sistim Bilangan

13

Tipe bilangan pada PLC XGI series terdiri dari integer, real, real dengan exponent, octal, hexadecimal, Boolean.

2.1.2.4.3 Tipe Data

Tabel 2.2. Tipe Data PLC XGI series

Pada table 2.2 dapat dilihat bahwa tipe data PLC XGI series memiliki ukuran bit 1-64-bit (kecuali tipe string yaitu 8x32-bit). Besaran bit data merupakan ukuran lebar data yang mampu ditampung oleh suatu tipe data seperti data dengan tipe integer dengan lebar data 16-bit, sehingga data maksimal dari data 16 bit itu adalah -32768-32767. Begitu juga dengan tipe data lainya.

14 PERIKSA STATUS MASUKAN EKSEKUSI PROGRAM UPDATE STATUS KELUARAN 2.1.2.5. Operasional PLC

Sebuah PLC bekerja secara kontinyu dengan cara men-scan program. Ibaratnya kita bisa mengilustrasikan satu siklus scan ini menjadi 3 langkah atau 3 tahap. Umumnya lebih dari 3 tetapi secara garis besarnya ada 3 tahap sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Proses Scanning Program PLC Keterangan :

1. Periksa status masukan, pertama PLC akan melihat masing-masing status keluaran apakah kondisinya sedang ON atau OFF. Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubungkan dengan masukan pertama

ON, Bagaimana dengan yang terhubungkan pada masukan kedua .

Demikian seterusnya, hasilnya disimpan ke dalam memori yang terkait dan akan digunakan pada langkah berikutnya.

2. Eksekusi Program, berikutnya PLC akan mengerjakan atau mengeksekusi program (diagram tangga) per instruksi. Mungkin program mengatakan bahwa masukan pertama statusnya ON maka keluaran pertama akan di-ON-kan. Karena PLC sudah tahu masukan

15

yang mana saja yang ON dan OFF, dari langkah pertama dapat ditentukan apakah memang keluaran pertama harus di-ON-kan atau tidak (berdasarkan status masukan pertama). Kemudian akan menyimpan hasil eksekusi untuk digunakan kemudian.

3. Perbaharui status keluaran, akhirnya PLC akan memperbaharui atau mengupdate status keluaran. Pembaharuan keluaran ini bergantung pada masukan mana yang ON selama langkah 1 dan hasil dari eksekusi program di langkah 2. Jika masukan pertama statusnya ON, maka dari langkah 2, eksekusi program akan menghasilkan keluaran pertama, sehingga pada langkah 3 ini keluaran pertama akan diperbaharui menjadi ON.

Setelah langkah 3, PLC akan menghalangi lagi scanning program-nya dari langkah 1, demikian seterusprogram-nya. Waktu scan didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk mengerjakan tiga langkah tersebut. Masing- masing langkah bisa memiliki waktu tanggap (response time) yang berbeda-beda, waktu total tanggap atau total

response time adalah jumlah semua waktu tanggap masing-masing

langkah. 2.1.3. PLC XGI Series

Seperti yang telah diketahui PLC secara umum memiliki jenis dan keunggulan masing masing, PLC XGI series merupakan sebuah PLC keluaran LS Industrial Systems yang memiliki banyak keunggulan seperti kecepatan eksekusi perintah hingga 0,028 u S/command dan alamat penyimpanan yang besar, modul

16

I/O analog maupun digital , input/output berupa relay atau transistor. Berikut terdapat beberapa jenis PLC XGI series.

Gambar 2.3. PLC XGI-CPUU

PLC jenis XGI dengan CPUU merupakan PLC yang memiliki kecepatan pemrosesan data tertinggi pada jenisnya (XGI Series) dengan kecepatan eksekusi atau pemrosesan data 28ns/step, PLC XGI-CPUU ini dapat diprogram dengan standard pemrogramman IEC, yaitu pemrogramman bisa dilakukan dengan diagram tangga, SFC,ST dan function block .

17

PLC XGI-CPUH spesifikasinya tidak jauh berbeda dengan XGI dengan spek PLC tertinggi, yaitu PLC XGI-CPUU. Perbedaanya terdapat pada besaran memori yang tersedia, yaitu hanya 512kbyte atau lebih kecil dari tipe CPUU sebesar 1MByte.

Gambar 2.5. PLC XGI-CPUS

PLC XGI-CPUS ini merupakan PLC seri XGI untuk aplikasi tingkat menengah kebawah, hal ini dikarenakan jumlah I/O yang lebih kecil dibandingkan seri CPUU dan CPUH, serta memori yang disediakan lebih kecil, yaitu sebesar 128kbyte.

18

PLC XGI-CPUE merupakan seri terendah PLC XGI, dikarenakan ukuran memori yang kecil sebesar 64kbyte dan kecepatanya hanya 84ns/step. Serta pemrommanya sama dengan seri XGI lainya, yaitu menggunakan standard IEC 61131-3.

PLC XGI Hanya memiliki satu seri saja, yaitu seri modular, dimana masing masing CPU dan modul lainya (termasuk power supply) .Selain dari susunanya, PLC XGI Series juga dapat kita bedakan berdasarkan jenis output PLC, yaitu transistor dan relay output.

1. PLC XGI dengan relai output

Merupakan jenis output yang sering dipakai, cara kerjanya adalah dengan memberikan pulsa pada relai apakah 0 atau 1 , penggunaan dari relay ini sangat baik baik output yang aktif dengan delay waktu yang lama, tapi jika digunakan pada delay waktu yang pendek antara satu perioda, maka akan mengakibatkan relay akan aus.

2. PLC XGI dengan transistor output

Merupakan jenis output yang sering digunakan untuk mengatur instrusi yang mana delay waktu antara kondisi ON ke OFF memiliki delai yang singkat, sehingga jika digunakan relai maka relai akan aus.

2.2.Layar Sentuh (Touch Screen)

2.2.1.Definisi Layar Sentuh(Touch Screen)

Touch Screen merupakan sebuah perangkat keras seperti layar pada sebuah

19

memungkinkan pengguna untuk berinteraksi dengan komputer dengan menyentuh area pada layar. Layar sentuh atau dalam bahasa Inggrisnya Touch screen, Touch

panel atau Touch Screen panel adalah layar tampilan komputer yang sensitif

terhadap sentuhan manusia, sehingga seseorang dapat berinteraksi dengan komputer dengan cara menyentuh gambar atau tulisan yang terpampang pada layar komputer.

2.2.2.Cara Kerja Layar Sentuh(Touch Screen)

Sebuah layar Touch Screen yang paling sederhana terdiri dari tiga buah komponen utama dalam bekerja.

Komponen tersebut adalah sebagai berikut:

1. Touch Sensor 2. Controller 3. Software driver

2.2.2.1. Touch Sensor

Gambar2.7. Touch Sensor

Touch sensor merupakan sebuah lapisan penerima input dari luar layar. Input

20

merupakan sensor sentuh. Biasanya sensor sentuh berupa sebuah panel terbuat dari kaca yang permukaannya sangat responsive jika disentuh. Touch sensor ini diletakkan di permukaan paling depan dari sebuah layar touch screen, dengan demikian area yang responsive terhadap sentuhan menutupi area pandang dari layar monitor, seperti yang terlihat pada gambar 2.6.Maka ketika kita menyentuh permukaan layar monitornya, input telah kita berikan. Teknologi touch sensor yang kini banyak digunakan terdiri dari tiga macam, seperti yang telah dijelaskan diatas, yaitu Resistive touch screen, Capasitive touch screen, dan Surface wave

touch screen. Semua jenis sensor ini memiliki cara kerja yang sama, yaitu

menangkap perubahan arus dan sinyal-sinyal listrik yang ada pada sensor tersebut, merekamnya dan mengubahnya menjadi titik-titik koordinat yang berada diatas layar, sehingga posisi tepat dari sebuah sentuhan dapat langsung diketahui dengan benar.

2.2.2.2.Controller

21

Controller merupakan sebuah perangkat yang digunakan untuk

menghubungkan antara sensor dengan perangkat komputer yang akan memproses sentuhan-sentuhan tersebut. Ketika sensor-sensor merekam sebuah even sentuhan, maka data yang dimilikinya diteruskan kesebuah controller, seperti yang terlihat pada gambar 2.8.Controller tersebut kemudian akan melakukan penerjemahan informasi dari sensor- sensor tersebut menjadi informasi yang dimengerti oleh

prosessor komputer. Setelah informasi masuk dan diproses oleh prosessor ,maka

hasil akhirnya akan dikeluarkan lagi ke layar untuk ditampilkan. Controller bertugas untuk menterjemahkan informasi dari prosessor untuk diubah menjadi sebentuk gambar yang ditampilkan diatas layar monitor.

2.3.Komunikasi Serial RS-485

2.3.1. Pengertian RS-485

Standard RS-485 mendukung komunikasi data half-duplex, ini berarti bahwa untuk mengirimkan dan menerima data hanya menggunakan 2 jalur kabel. Spesifikasi dari standar ini mampu mendukung komunikasi data dari sejumlah perangkat dan juga mampu menyangga komunikasi data dalam jarak hingga 1200 meter. Sambungan dari tiap perangkat yang terhubung ke RS-485 dilakukan secara paralel, sehingga penyambungan maupun pelepasan perangkat dapat dilakukan tanpa mengganggu kerja seluruhjaringan. Untuk menyesuaikan impedansi kabel yang digunakan perlu dipasang resistor yang nilainya disesuaikan dengan karakteristik impedansi kabel (~ 120 Ohm). Topologi jaringan komunikasi data menggunakan RS-485 dapat dilihat pada gambar berikut.

22

Gambar 2.9. Topologi pengkabelan RS-485

RS485 atau EIA (Electronic Industries Association) RS485 adalah jaringan balanced line dan dengan sistem pengiriman data secara half-duplex. RS485 bisa digunakan sebagai jaringan transfer data dengan jarak maksimal 1,2 km. Tabel berikut adalah ringkasan spesifikasi dari protokol RS485:

Tabel 2.3.Parameter RS-485

Untuk informasi yang lebih lengkap mengenai RS485 bisa didapatkan pada dokumentasi EIA (Electronic Industries Association) ataupun produsen-produsen komponen elektronika yang memproduksi komponen atau alat yang kompatibel dengan RS485. Sebagai contoh adalah Texas Instruments dan Maxim Semiconductors.

23

Half duplex adalah sistem dimana antara beberapa transmitter (pembicara) dapat berkomunikasi dengan satu atau banyak receivers (pendengar) dengan hanya satu transmitter yang aktif berkomunikasi dengan receiver dalam satu siklus waktu (waktu komunikasi). Sebagai contoh, pembicaraan dimulai dengan sebuah pertanyaan, orang yang bertanya tersebut kemudian akan mendengarkan jawaban atau menunggu sampai dia mendapat jawaban atau sampai dia memutuskan bahwa orang yang ditanya tidak menjawab pertanyaan tersebut. Dalam jaringan RS485, “master” akan memulai “pembicaraan” dengan sebuah “Query” (pertanyaan) yang dialamatkan pada salah satu “slave”, “master” kemudian akan mendengarkan jawaban dari “slave”. Jika “slave” tidak merespon dalam waktu yang ditentukan, (diseting oleh kontrol software dalam “master”), “master” akan memutus pembicaraan.

2.3.2.Cara Komunikasi dalam jaringan RS485

Untuk menghubungkan instrumen pada jaringan RS485, harus menggunakan kabel khusus yang didisain untuk komunikasi RS485 sebagai contoh: “Screened twisted pair cable”, “impedansi 120ohm”,”kapasitansi tidak lebih dari 18pf/ft”. Spesifikasi kabel tersebut diperlukan bila ingin mendapatkan jarak yang optimal yaitu sampai dengan 1,2km. Bila hanya untuk percobaan dengan jarak pendek dibawah 10meter, bisa digunakan kabel apa saja. Semua koneksi sisi “A” harus digabungkan bersama dengan sebuah konduktor dari twisted pair cable, dan semua koneksi sisi “B” juga harus digabungkan menjadi satu dengan menggunakan satu konduktor yang lain dari twisted pair cable tersebut. Dan yang paling penting untuk menghindari noise, EMI (Electro

24

Magnetic Interference) dan surge, cable screen (serabut luar kabel) harus dihubungkan ke terminal “Gnd”.

Sebagai contoh jenis kabel yang bisa digunakan adalah Belden 9841 (Single pair) atau 9842 (Two pair) dengan karakteristik impedansi sebesar 120ohm. Kabel tersebut sangat direkomendasikan. Karena koneksi RS485 bersifat multi-drop (party-line) maka pada ujung koneksi instrumen pada jaringak modbus harus diterminasi dengan resistor sebesar 120ohm seperempat watt atau yang lebih besar. Termination resistor biasanya sudah disediakan dan switchable bila anda membeli unit instrument pabrikan. Untuk pemilihan jumlah pair pada kabel harus disesuaikan dengan kebutuhan, misal anda ingin menggabungkan catudaya DC24Volt pada satu kabel dengan komunikasi data, maka anda bisa menggunakan Belden 9842 (Two pair) dan jika dalam satu kabel hanya diperuntukkan untuk komunikasi data, anda bisa menggunakan Belden 9841 (Single pair).

Gambar 2.10. Koneksi RS-485

Dalam jaringan RS485 tidak boleh ada lebih dari dua kabel yang terhubung dalam satu terminal. Konfigurasi yang harus digunakan adalah “Daisy

25

Konfigurasi “Star” atau jaringan dengan “Stubs (Tees)” atau percabangan tidak direkomendasikan karena bisa mengakibatkan sistem tidak berjalan sesuai harapan (terjadi korupsi data).

Gambar 2.11. Cara Menghubungkan RS-485

Berikut adalah datasheet dari kabel yang direkomendasikan untuk koneksi RS485:

1. Belden 9841 (Single twisted pair cable) dengan beldfoil dan braid shiled, impedansi 120 ohms, kapasitansi 12pf/ft, 24AWG, arus maksimal 2,1A/conductor.

2. Belden 9842 (Double twisted pair cable) dengan beldfoil dan brid shield, impedansi 120ohms, kapasitansi 12pf/ft, 24AWG, arus maksimal 2,1A/conductor.

3. Belden 89842 (Double twisted pair cable) dengan Plenum rated (Cable untuk dipasang di plenum space). dengan beldfoil dan braid shield, impedansi 120ohms, kapasitansi 12pf/ft, 24AWG, arus maksimal 2,1A/conductor.

26

2.4 Relay

Relay adalah saklar (switch) elektrik yang bekerja berdasarkan medan magnet. Relay terdiri dari suatu lilitan dan switch mekanik. Switch mekanik akan bergerak jika ada arus listrik yang mengalir melalui lilitan.

Besarnya gaya magnet ditetapkan oleh kuat medan yang ada dalam celah udara antara jangkar dengan inti magnet. Kuat medan magnet ini tergantung banyaknya lilitan dan kuat arus yang mengalir atau disebut dengan ampere lilitan. Kuat medan magnet juga ditetapkan oleh besarnya perlawanan magnet yang ada dalam sirkuit permanen, untuk memperbesar kuat medan magnet diperlukan rangkaian pemagnetan tertutup oleh inti besi.

Susunan kontak pada relay adalah:

a. Normally Open : Relay akan menutup bila dialiri arus listrik. b. Normally Close : Relay akan membuka bila dialiri arus listrik.

c. Changeover : Relay ini memiliki kontak tengah yang akan melepaskan diri dan membuat kontak lainnya berhubungan.

(http://p_musa.staff.gunadarma.ac.id, 2008)

Gambar 2.12 Relay

27 2.5 Catu Daya (Power supply)

Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct

current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah

sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC.

Penyearah (Rectifier) dan Tapis (Filter)

Agar tegangan penyearahan gelombang AC lebih rata dan menjadi tegangan DC maka dipasang filter kapasitor pada bagian output rangkaian penyearah seperti terlihat pada gambar berikut.

Gambar 2.13. Penyeara Jembatan Dengan Filter Capasitor

Rectifier jembatan menyerupai rectifier gelombang penuh sebab ia memproduksi tegangan keluaran gelombang penuh. Dioda-dioda D1 dan D2

28

menghantar di atas setengan periode positif dan D3 dan D4 menghantar di atas setengah periode negatif. Sebagai hasilnya arus beban rectifier mengalir selama diantara setengah periode.

Fungsi kapasitor pada rangkaian diatas untuk menekan riple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) yang dpat diformulasikan sebagai berikut :

V

DC =

2V

MAX

∏

Kemudian untuk nilai riple tegangan yag ada dapat dirumuskan sebagai berikut :

V

Riple =

I

Load

F.C

Voltage Regulator

Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.

Regulator Voltage berfungsi sebagai filter tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power supply maka IC Regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya outputan tegangan.

29 Berikut susunan kaki IC regulator tersebut.

Gambar 2.14 IC Regulator

Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan +5 volt, 7812 regulator tegangan +12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan -5 dan -12 volt.

Gambar 2.15 Regulator dengan IC 78XX / 79XX

Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa bekerja, tegangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya perbedaan tegangan Vin terhadap Vout yang direkomendasikan ada di

dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam datasheet, komponen seperti ini maksimum bisa dilewati arus mencapai 1 A.