4
Tinjauan mutakhir diperlukan untuk menunjang rancang bangun yang akan dilakukan. Pembuatan rancang bangun sistem kelistrikan otomatis ini merupakan pengembangan dari beberapa rancang bangun sebelumnya, yaitu: 1. “Rancang Bangun Kontrol Peralatan Listrik Otomatis Berbasis AT89S51” (Hamdan, 2012). Rancang bangun yang dijabarkan pada point 1 diatas menggunakan perangkat kontrol utama mikrokontroler AT89S51 yang pemrogramannya berbasis structure text. Sinyal masukan yang digunakan adalah
keypad untuk memilih output yang ingin dijalankan. Rancang bangun point 1 diatas memiliki modul transistor dan relay untuk mengendalikan tegangan 220 VAC dengan sinyal keluaran 5 VDC pada mikrokontroler.
2. “Sistem Kontrol Penyalaan Lampu Ruang Berdasarkan Pendeteksian Ada Tidaknya Orang Di Dalam Ruangan” (Otomo,2013). Prinsip kerja rancang bangun point 2 diatas adalah sistem kontrol lampu otomatis yang mendeteksi ada atau tidaknya orang di dalam ruangan dengan menggunakan sensor Passive InfraRed (PIR). Kontroler utama yang digunakan adalah mikrokontroler AT89S51. Jarak maksimum yang dapat dideteksi sensor PIR adalah 4,3 meter pada sudut 0° (lurus dari depan sensor), dan 2 meter pada sudut 30° (kekiri dan kekanan). Sedangkan relay digunakan untuk menghubungkan antara arus DC dan arus AC.
3. “Perancangan Prototype Smart Building Berbasis Arduino Uno”
(Simanjuntak,2013). Rancang bangun ini membahas perancangan prototypesmart builing. Smart building yang dirancang yaitu sebuah bangunan yang terintegrasi dengan sebuah perangkat yang dapat dapat memantau dan mengontrol peralatan listrik pada bangunan tersebut. Perangkat tersebut terhubung ke jaringan komputer, sehingga dapat dikendalikan melalui jarak jauh. Prototype yang dirancang akan bertindak sebagai sebuah web server yang menampilkan sebuah halaman web kepada client yang berisi status peralatan listrik dan tombol untuk
mengatur peralatan listrik tersebut. Prototype akan mengontrol peralatan listrik berdasarkan perintah yang dikirim oleh client. Client adalah aplikasi web browser
yang ada pada perangkat yang digunakan untuk mengontrol prototype. Hasil dari proses perancangan adalah sebuah prototype yang dapat menghidupkan atau mematikan peralatan listrik dari jarak jauh melalui jaringan internet menggunakan aplikasi web browser. Kontroler utama dalam rancang bangun ini adalah arduino uno.
4. “Pengaruh Sensor LDR Terhadap Pengontrolan Lampu” (Supatmi,2010). Penelitian ini membahas tentang pengaruh sensor cahaya LDR terhadap pengontrolan lampu. Sensor dirancang bersamaan dengan transistor. Transistor ini digunakan sebagai pembanding cahaya lampu yang masuk pada sensor LDR. 5. “Penggunaan Sensor MQ-2 Sebagai Pendeteksi Asap Rokok”. (Mandagi,2013). Rancang bangun ini membahas penggunaan sensor gas MQ-2 sebagai pendeteksi asap rokok yang dihubungkan dengan output kipas. Sedangkan microcontroller
yang digunakan adalah AT89S52.
2.2 PLC ( Programmable Logic Controller )
National Electrical Manufacturers Association (NEMA) mendefinisikan PLC (Programmable Logic Controller) sebagai sebuah perangkat elektronik berbasis digital yang mempunyai memori yang bisa diprogram untuk mengolah fungsi fungsi spesial seperti logika, sekuensial, pewaktuan, penghitungan, dan komputasi sinyal masukan atau keluaran analog maupun digital yang dapat diterapkan untuk berbagai macam mesin dan proses produksi. “PLC (Programmable Logic Controller) menggantikan fungsi relay, timer, counter yang digunakan pada kontroler lama dengan komponen semikonduktor seperti IC (Integrated Circuit) dan transistor dengan tambahan kemampuan komputasi pada fungsi dasar pengontrolan untuk membuat kontrol yang bisa diprogram.” (R&D Center,2010:3).
Tabel 2.1 Perbandingan kontroler
Kategori Relay Digital logic/ Microcontroller
Computer PLC
Kontrol Butuh waktu lama untuk integrasi dan desain rangkaian Butuh waktu lama untuk desain rangkaian Butuh waktu lama untuk pemrograman Sederhana
Fungsi Tidak ada Ada Ada Ada
Modifikasi Sangat sulit Sulit Sangat sederhana
Sangat sederhana
Perawatan Sangat sulit Sulit Sangat sederhana
Sangat sederhana (sumber : R&D Center,2010:7)
Dari tabel 2.1 dapat disimpulkan bahwa PLC memiliki banyak keunggulan dibanding dengan kontroler lain. Dari segi kontrol, PLC membutuhkan waktu yang lebih cepat untuk pengintegrasian dengan modul I/O. Selain itu, modifikasi program sangat mudah dilakukan karena berbasis pemrograman yang menyerupai rangkaian listrik yang mudah dipahami yang dilengkapi fungsi-fungsi internal seperti timer, counter, analog comparator dan lain-lain yang sangat memudahkan perancangan. Sedangkan dari sisi perawatan, kemampuan yang handal dari PLC tidak membutuhkan perawatan yang berkala.
Karakteristik PLC menurut (R&D Center,2010:7)
1. Memiliki banyak jenis fungsi seperti timer,counter dan fungsi lainnya.
2. Memiliki program dengan fungsionalitas tinggi ( mudah untuk mendesain rangkaian kontrol).
3. Mudah untuk dikontrol, dirawat dan digunakan. 4. Kemampuan yang handal.
2.3 Perangkat Keras PLC Zelio (SR2B121BD)
Zelio merupakan produk PLC (Programmable Logic Controller) yang diproduksi oleh Schneider Electric. Zelio pada sistem otomasi digunakan sebagai
main controller yang memproses sinyal masukan untuk selanjutnya diteruskan ke perangkat keluaran.Zelio merupakan perangkat elektronik yang kompatibel untuk digunakan sebagai perangkat pemrograman mesin mesin ataupun perintah sederhana dalam industri. Gambar 2.1 merupakan perangkat keras zelio (SR2B121BD).
Gambar 2.1 Zelio tipe SR2B121BD Bagian bagian gambar 2.1 meliputi :
1. Terminal tegangan 24 VDC 2. Terminal netral
3. Terminal digital input (I1-I4) + analog input (IB-IE)
4. LCD
5. Tombol pemrograman manual 6. Slot komunikasi data
7. Terminal common tegangan 8. Empat terminal output (Q1-Q4)
Zelio (SR2B121BD) mempunyai empat terminal discrete input, empat terminal analog input dan empat terminal output. Kebutuhan suplai tegangan Zelio (SR2B121BD) adalah 24 VDC. Output Zelio mengeluarkan tegangan 24 VDC sedangkan tegangan masukannya adalah 24 VDC (discrete input) dan 0-10 VDC untuk analog input.
2.4 Perangkat Lunak Zeliosoft 2.0
Perangkat lunak zeliosoft 2.0 merupakan perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan pemrograman maupun simulasi pada perangkat keras zelio. Ada dua pilihan bahasa yang bisa digunakan adalah ladder dan function block diagram. logo perangkat lunak zeliosoft 2.0 ditunjukkan pada pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Logo perangkat lunak zeliosoft 2.0
2.4.1 Main Window Zeliosoft 2.0
Main window zeliosoft 2.0 adalah layar utama untuk melakukan pemrograman ladder pada sistem. Main window zeliosoft 2.0 ditunjukkan pada Gambar 2.3.
1. Program Consistency
Program Consistency Berfungsi sebagai indikator bahwa program sudah benar dan bisa dijalankan. Untuk mengetahui kesalahan pada program, cukup
click ikon program consistency yang dimaksud.
2. Transfer
Transfer berfungsi untuk mengunduh program dari PC ke hardware zelio atau dari hardware zelio ke PC.
3. Edit
Editberfungsi untuk melakukan edit program yang diinginkan.
4. Simulation
Simulation berfungsi untuk memulai simulasi program.
5. Monitoring
Monitoring berfungsi untuk memonitor program yang telah terhubung dengan sistem perangkat keras zelio.
6. Switch Field
Switch Field berfungsi untuk menempatkan fungsi kontak NO/NC pada program.
7. Coil Field
Coil Fieldberfungsi untuk menempatkan fungsi koil pada program.
8. Discrete Input (I)
Discrete Input (I) berfungsi untuk memproses sinyal masukan digital 0 atau 1. Discrete input mendapat sinyal masukan 24 VDC. Discrete input ini bisa di program menggunakan logika NO/NC. Jika discrete input NO diberi logika 1, maka discrete input akan menutup artinya arus listrik bisa dialirkan. Sebaliknya, apabila discrete input NC diberi logika 1 maka discrete input akan membuka dan arus tidak bisa dialirkan. Tabel 2.2 merupakan simbol saklar zelio.
Tabel 2.2 Simbol saklar zelio
Discrete input Keterangan NO
9. Front Panel Button (Zx)
Front Panel Button (Zx) berfungsi untuk mengaktifkan tombol depan perangkat keras zelio sebagai sinyal masukan.
10. Discrete Output (Q)
Discrete Output (Q) berfungsi untuk memproses sinyal masukan digital 0 atau 1 dari discrete input. Pada zeliosoft 2.0 discrete output memberikan sinyal keluaran 24 VDC apabila telah diaktifkan oleh discrete input. Gambar 2.4 merupakan gambar discrete output pada zeliosoft 2.0.
Gambar 2.4 Simbol keluaran zeliosoft 2.0
11. Internal Relay (M)
Internal relay (M) berfungsi sebagai relay yang bisa diprogram beserta kontak kontaknya.
(a) (b)
Gambar 2.5a Koil Internal Relay Gambar 2.5b Kontak Internal Relay
12. Timer (Tx)
Timer berfungsi sebagai fungsi pewaktuan pada pemrograman zelio.
(a) (b)
konfigurasi timer ditunjukkan seperti gambar 2.7.
Gambar 2.7 Konfigurasi timer
Gambar 2.7 menjelaskan bahwa ketika coil timer mendapat pulsa kontinyu, kontak timer akan aktif 5 detik setelahnya (time delay on).
13. Counter (Cx)
Counter (Cx) berfungsi untuk menghitung naik (counter-up) dan menghitung turun (counter-down) suatu pulsa masukan dan memprosesnya untuk diteruskan ke output.
(a) (b)
Gambar 2.8a Koil counter Gambar 2.8b Kontak counter
Untuk konfigurasi counter ditunjukkan pada gambar 2.9 .
Gambar 2.9 Konfigurasi counter
Gambar 2.9 menjelaskan bahwa kontak counter akan aktif ketika koil counter mendapat pulsa sebanyak 3 kali.
14. Fast Counter (TKx)
Pada dasarnya sama dengan counter biasa, hanya saja fast counter bisa menghitung pulsa yang berjalan dengan periode sangat cepat.
Gambar 2.10a Koil fast counter Gambar 2.10b Kontak fast counter
15. Counter Comparator (Vx)
Counter comparator berfungsi sebagai pembanding sinyal pulsa masukan antara dua counter atau counter dengan konstanta dan memprosesnya untuk selanjutnya diteruskan ke output.
Gambar 2.11 Kontak counter comparator
Gambar 2.12 Konfigurasi counter comparator
Ilustrasi gambar 2.12 menjelaskan ketika nilai counter satu (C1) lebih besar dari nilai counter dua (C2) maka kontak counter comparator (V1) akan aktif.
16. Analog Comparator (Ax)
Analog Comparator (Ax) berfungsi untuk memproses dua masukan analog atau analog dengan konstanta kemudian meneruskannya ke kanal keluaran (output).
Gambar 2.13 Kontak analog comparator
Gambar 2.14 Konfigurasi analog comparator
Gambar 2.14 terlihat masukan analog (Ib) dibandingkan dengan konstanta (poin 1). Dengan nilai referensi 5.5 V dan nilai histerisis 2.5 V (poin 2). Poin 3 menunjukkan operator pembanding yang digunakan. Dari poin 4 diatas terlihat bahwa switch analog comparator (A1) akan aktif ketika masukan analog bernilai 3 V sampai 8 V.
17. Real Time Clock pada Zeliosoft 2.0
Real Time Clock merupakan fungsi pewaktuan waktu sebenarnya yang berisi pengaturan hari dan jam untuk dijadikan sinyal masukan pada zelio. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 2.15.
Gambar 2.16 Pengaturan input RTC zeliosoft 2.0
Gambar 2.16 terlihat bahwa pengaturan hari aktif yang diinginkan adalah dari Senin sampai Selasa (point 1). Sedangkan pengaturan jam hidup yang diinginkan adalah 10:00 dan waktu mati 12:00 (point 2). Jadi masukan Real Time Clock ini akan aktif setiap hari Senin sampai Sabtu dari pukul 10.00 – 12.00 seperti yang dilihatkan pada point 3.
18. Text blocks
` Text blocks ketika diaktifkan berfungsi sebagai keluaran untuk menampilkan tanggal pada tampilan hardware zelio.
Gambar 2.18 Konfigurasi text block
19. LCD Backlighting
LCD Backlighting berfungsi sebagai indicator untuk menghidupkan layar pada hardware Zelio saat diaktifkan.
Gambar 2.19 Kontak LCD Backlighting
20. Save
Save berfungsi untuk menyimpan program.
2.5 Pemrograman Ladder
Ladder diagram merupakan salah satu pemrograman yang digunakan untuk pemrograman PLC. Ladder lebih mudah dipahami karena merupakan bahasa pemrogramannya menyerupai gambar rangkaian listrik dan bukan berbentuk structure text. Untuk lebih memahami perbandingan simbol listrik dengan simbol pada pemrograman ladder zelio bisa dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Perbandingan simbol listrik dan ladder zelio
Listrik Ladder Zelio
Coil
NO
NC
Untuk lebih memahami ilustrasi perbandingan antar rangkaian listrik dan pemrograman ladder pada zelio dapat dilihat pada gambar 2.20 dan 2.21.
Gambar 2.20 Contoh rangkaian listrik
Ilustrasi gambar 2.20 dan 2.21 terlihat bahwa hampir tidak ada perbedaan antara pemrograman ladder dengan rangkaian listrik sesungguhnya. Hal inilah yang membuat bahasa pemrograman ladder dianggap mudah dipahami.
2.6 Lampu Fluorescent 220 VAC
Lampu Fluorescent adalah jenis lampu yang memanfaatkan perpendaran cahaya dari fosfor karena adanya radiasi ultraviolet dari uap/gas mercury (mercury vapor) yang teraliri energi listrik. Lampu Fluorescent memerlukan tegangan 220 VAC untuk penyalaannya.
(a) (b)
Gambar 2.22a Simbol lampu Gambar 2.22b Lampu
(Sumber: http://tj-tehnik.indonetwork.co.id/930624/philips-genie-lampu-genie.html) 2.7 Relay
Relay adalah sebuah saklar yang dapat dikendalikan dengan listrik (switch electrically). Simbol relay ditunjukkan pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 Simbol relay
Dari gambar 2.23 menunjukkan bahwa relay mempunyai tiga jenis kutub yakni: Common (C) sebagai kutub acuan untuk masukan tegangan, Kontak NO (normally open) (D) atau kontak yang dalam keadaan awal tidak terhubung dengan common. Kontak NC (normally close) (E) atau kontak yang dalam keadaan awal terhubung dengan common tegangan. Prinsip kerja relay adalah ketika kumparan (coil) relay (A untuk VDC dan B untuk negatif) mendapat
A B E D C E D C
tegangan listrik maka akan terjadi medan magnet yang dapat menarik kontak kontak saklar pada relay. Hal ini yang menyebabkan kontak NO akan terhubung dengan common dan kontak NC akan terputus dengan common. Tujuan utama pemakaian relay adalah pengendalian rangkaian listrik dengan memanfaatkan fungsi logika NO/NC pada relay tersebut dan sebagai pengendali sistem tegangan tinggi dengan menggunakan tegangan yang lebih rendah.
Gambar 2.24 Relay
(Sumber: http://www.aotewell.com/product/omron-relay-ly2n.html)
2.8 Power Supply
Power supply adalah perangkat elektronik yang mengkonversi tegangan AC (contoh tegangan sumber PLN 220 VAC) menjadi tegangan DC. Nilai tegangan DC yang dikonversi bermacam-macam. Diantaranya 6 VDC, 12 VDC, 24 VDC dan 48 VDC. Pemanfaatan power supply dalam sistem kelistrikan diperlukan mengingat beberapa komponen listrik membutuhkan tegangan DC. Contoh pemanfaatan power supply dalam dunia kelistrikan adalah pada adaptor printer 12 VDC dan power supply 24 VDC pada perangkat zelio.
Gambar 2.25 Power supply
(Sumber: http://sfe-electronics.com/power-supply/1552-24v-350watt-switching-power-supply.html)
2.9 MCB ( Miniature Circuit Breaker )
MCB (Miniature Circuit Breaker) merupakan perangkat elektronik yang digunakan untuk memutus arus berlebih dan memutus terjadinya hubung singkat pada sistem kelistrikan. Selain itu MCB (Miniature Circuit Breaker) juga digunakan sebagai saklar utama dan pembagi beban dalam sebuah sistem kelistrikan. Arus nominal yang terdapat pada MCB adalah 1A, 2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A dan lain sebagainya. Arus nominal yang dimaksud merupakan daya hantar arus MCB pada sistem kelistrikan. Menurut prinsip kerjanya MCB (Miniature Circuit Breaker) dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Pemutusan MCB karena Elektromagnetik
Pemutusan yang terjadi karena nominal arus tertentu yang menyebabkan koil terinduksi dan menimbulkan medan magnet. Hal ini akan mengakibatkan poros yang tertarik dan menjalankan tuas pemutus.
2. Pemutusan MCB karena panas
Pemutusan yang terjadi karena penggunaan arus yang melebihi batas maksimal. Arus yang melebihi batas maksimal akan menimbulkan panas yang akan membuat bimetal melengkung dan mendorong tuas pemutus akibatnya MCB akan trip (memutuskan arus).
Gambar 2.27 MCB
(Sumber: http://www.schneider-electric.com/products/WW/EN/1600-din-rail-modular-devices/1655-multi-9-modular-devices/888-c60/)
2.10 Light Dependent Resistor (LDR)
Light Dependent Resistor (LDR) adalah resistor yang nilai hambatanya dipengaruhi oleh cahaya yang mengenainya. Resistansi LDR akan berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebe-sar 1KΩ atau kurang.
Gambar 2.28 Grafik hubungan resistansi LDR dengan intensitas cahaya
(Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-ldr-light-dependent-resistor-cara-mengukur-ldr/)
Karakteristik LDR menurut (Supatmi,2010) terdiri dari dua macam yaitu Laju Recovery dan Respon Spektral:
1. Laju Recovery
Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita diamati bahwa nilai resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu. Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari 200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
2. Respon Spektral
Respon spektral adalah respon sensitivitas LDR terhadap panjang gelombang warna yang diterima oleh LDR. Hal ini mengakibatkan perbedaan nilai pembacaan hambatan pada tiap gelombang warna yang berbeda.
Gambar 2.29a Simbol LDR Gambar 2.29b LDR
(Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-ldr-light-dependent-resistor-cara-mengukur-ldr/)
Sensor MQ-2 merupakan sensor yang mampu mengkonversi fenomena kimia dalam hal ini gas menjadi besaran listrik. Sensor MQ-2 terbuat dari bahan peka gas yaitu timah oksida (SnO2) dan bekerja pada tegangan 5 VDC. Semakin besar kadar gas yang diterima sensor MQ-2, maka relatif semakin kecil nilai hambatannya atau konduktifitasnya naik dengan range hambatan internal yang dimiliki ketika mendeteksi konsentrasi gas sebesar 3 KΩ - 30 KΩ. Nilai hambatan inilah yang kemudian dikonversi menjadi tegangan masukan yang akan menjadi nilai masukan ke controller.
Gambar 2.30 Grafik karakteristik sensitivitas MQ-2
Gambar grafik 2.30 menunjukkan karakteristik sensor MQ-2. Gambar 2.30 menunjukkan bahwa disaat sensor mendeteksi hidrogen sebesar 1000 ppm pada udara maka nilai perbandingan Rs dan Ro adalah 1. Ro merupakan nilai hambatan sensor yang dideteksi pada kandungan 1000 ppm hidrogen (H2) di udara normal. Sedangkan Rs merupakan nilai hambatan sensor yang terbaca pada saat mendeteksi bermacam-macam konsentrasi gas. Artinya, nilai Ro dapat diketahui dengan mengukur nilai Rs pada kandungan 1000 ppm hidrogen. Saat terjadi pergeseran kandungan hidrogen, nilai ppm dapat diketahui dengan menarik garis pada kurva karakteristik dengan membandingkan nilai Rs:Ro.
Gambar 2.31 Rangkaian modul sensor MQ-2
(Sumber: datasheet MQ-2)
Gambar 2.31 merupakan gambar rangkaian penggunaan sensor MQ-2 dengan RL yang direkomendasikan adalah 10 KΩ. dari gambar 2.31 dapat diketahui nilai Rs tanpa melakukan pengukuran langsung dengan persamaan : Rs=(Vc/Vout-1) x RL
Gambar 2.32 Modul Sensor MQ-2
