DASAR TEORI
2.1 Programmable Logic Controller
Pada dasarnya programmable logic controller adalah sebuah alat kendali
yang dirancang khusus untuk mengontrol suatu proses atau mesin. PLC juga
merupakan komputer digital yang digunakan sebagai proses automasi
elektromekanik pada industri yang dirancang untuk berbagai keperluan terdiri dari
perangkat masukan analog dan digital disertai susunan perangkat keluaran[1].
Gambar 2.1Programmable Logic ControllerMitsubishi FX3G-40MT/ES
Menurut NEMA (National Electrical Manufactures Association) PLC
adalah suatu alat elektronika digital yang berbasis mikrokontroler dan
menggunakan memori yang dapat diprogram untuk menyimpan dan
mengaplikasikan instruksi-instruksi dari suatu fungsi tertentu, seperti logika,
sekuensial, pewaktuan, pencacahan, dan aritmatika dalam rangka mengendalikan
suatu sistem[2].
Walaupun istilah PLC secara bahasa berarti pengontrol logika yang dapat
melakukan perhitungan aritmatika yang relatif kompleks, fungsi komunikasi,
dokumentasi dan lain sebagainya[3].
Beberapa keuntungan dan kemudahan yang didapat dengan menggunakan
PLC sebagai alat kendali adalah sebagai berikut :
1. Fleksibel.
2. Mudah dalam pembuatan dan pengelolaan program.
3. Mudah dalam pemeliharaan dan perbaikan.
4. Memiliki banyak fasilitas dan lebih fungsional.
5. Dapat dilakukanmonitoringsecara visual baik dalam hal ini menggunakan
LabVIEW.
6. Dapat bekerja pada jangkauan suhu yang cukup luas.
7. Kebal terhadap gangguan elektrik, getaran dan tekanan.
Programmable Logic Controlleryang digunakan untuk merancang sistem
kendali dalam tugas akhir ini adalah PLC Mitsubishi dengan spesifikasi seperti pada
tabel 2.1 sebagai berikut :
Tabel 2.1 Spesifikasi PLC Mitsubishi FX3G-40MT/ES
Spesifikasi Umum Keterangan
Power Supply 100-240 V AC (+10% / -15%), 50/60 Hz
Model Output Transistor (sink)
Jumlah I/O 40 (24Input& 16Output)
Maximum Output Switching Voltage 5-30 V DC
Maximum Output Current @ 0.5 Ampere
Internal Fuse 3 Ampere
2.1.1 Komponen Pendukung Sistem
Pada dasarnya sistem yang dibuat memiliki keperluan tambahan.
Diantaranya adalah : Modul Analog Input, RTD PT100 Temperature Sensor
Transmitter, MCB (Mini Circuit Breaker), Relay 24 V, Terminal Block dan Kabel
Konverter SC09.
1. Modul AnalogInput
Gambar 2.2 Modul AnalogInputMitsubishi FX2N-2AD
Modul analoginputini menggunakan FX2N-2AD yang merupakan modul
extensionatau perangkat tambahan yang disediakan oleh Mitsubishi untuk
dapat membaca nilai perubahan analog seperti tegangan maupun arus
menjadi nilai digital. Dalam hal ini modul analog yang digunakan
dikonfigurasikan sebagai pembacaan nilai tegangan. Modul ini hanya
terdapat 2 buah channel yang dapat membaca perubahan nilai tegangan
maupun perubahan nilai arus. Dalam tugas akhir ini modul analog input
difungsikan untuk membaca perubahan nilai tegangan. Hal ini dikarenakan
hasil keluaran dari RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter yang
2. RTD PT100Temperature Sensor Transmitter
Modul pembacaan analog FX2N-2AD tersebut tidak dapat secara langsung
membaca sensor RTD, diakibatkan karena sensor RTD mengalami
perubahan nilai hambatan setiap terjadinya perubahan suhu terhadapnya.
Gambar 2.3 RTD PT100 Temperature Sensor Transmitter
Oleh karena itu dalam hal ini digunakan modul konverter yang
mengandung rangkaian pembagi tegangan dan memiliki rangkaian penguat
didalamnya untuk dapat merubah nilai hambatan menjadi perubahan nilai
tegangan, hal ini disebabkan perubahan nilai hambatan sensor RTD yang
sangat kecil. Pada tabel 2.2 di bawah ini ditunjukkan spesifikasi dari RTD
PT100Temperature Sensor Transmitter.
Tabel 2.2 Spesifikasi RTD PT100Temperature Sensor Transmitter
Parameter Value
Working Voltage 24 Vdc
Measuring Range 0 ~ 100C
Output Voltage 0 ~ 5 Vdc
Accuracy ± 0,2 %
Material Plastic
3. Modul AnalogOutput
Modul analogoutputini menggunakan IC DAC0808. DAC0808 merupakan
ICDigital to Analog Converteryang membutuhkan tambahan penguat pada
bagian keluarannya, dalam hal ini menggunakan IC LM324. Pada bagian
masukan digital ditambahkan IC CD4094 sebagai shift register yang
membuat keluaran dari PLC hanya membutuhkan sedikit pin keluaran.
4. DriverMotor
Driver motor ini menggunakan IC L298N Dual H-Bridge sebagai driver
motor DC dengan tegangan kerja 12 VDC dan arus maksimum 2A.
5. MCB (Mini Circuit Breaker)
Mini Circuit Breaker digunakan untuk mengatasi arus lebih yang terjadi
akibat kesalahan yang terjadi pada rangkaian. Pemasangannya terhadap
tegangan masukan dari jala-jala 220 volt menuju ke Modul PLC. MCB yang
digunakan berkapasitas 2 A.
6. Relay 24 Volt
Relay 24 Volt digunakan sebagai penggerak tingkat 1 setelah rangkaian
transistor yang berada pada PLC tersebut. Alat ini menggunakan coil
dengan tegangan kerja 24 volt karena tegangan regulasi yang dihasilkan
oleh PLC merupakan tegangan DC 24 Volt. Relay ini yang nantinya dapat
menghubungkan dan memutuskan rangkaian dari suplay tegangan untuk
5. Terminal Block
Terminal Block merupakan komponen tambahan yang digunakan sebagai
penghubung antara modul satu dengan modul lainnya dengan menggunakan
sejumlah kabel.
6. Kabel Konverter SC09
Gambar 2.4 Kabel SC09
SC09 merupakan kabel yang digunakan untuk dapat memprogram PLC dan
komunikasi antara PLC dengan Komputer. Kabel ini juga yang digunakan
untuk dapat memonitoring secara langsung keadaan sistem dari PLC ke
komputer.
2.1.2 SoftwarePemrograman
Pada dasarnya setiap vendor PLC sudah memilikisoftwarependukungnya
sendiri sebagai tools untuk memprogram PLC nya. Dalam hal ini Mitsubishi
menggunakan GX-Developer sebagai software pemrogramannya. GX-Developer
Versi 8.95 Z (SW8D5C-GPPW-E) merupakan series dari MELSOFT yang telah
terupdate dan seri ini yang sudah mendukung untuk PLC seri FX3G.Software ini
mendukung untuk bahasa pemrogramanLadder Diagram danSquential Function
Charts.Dalam tugas akhir ini penulis menggunakan bahasa pemrogramanLadder
Diagram, dikarenakan kemudahan dalam penggunaan programnya yang
2.1.3 Ladder Diagram
Ladder Diagramatau dengan kata lain diagram tangga merupakan bahasa
pemrograman yang terdapat pada setiap PLC yang dirancang untuk memudahkan
dalam penggunaannya. Dari bahasanyaladder diagrammerupakan diagram yang
berbentuk seperti tangga dan memiliki anak tangga, dimana setiap anak tangga
mewakili untuk setiap program yang akan dikerjakan secara sekuensial atau
berurutan.
Gambar 2.5 ContohLadder Diagram
2.2 Sistem Tangki Berpengaduk
Tangki berpengaduk merupakan suatu sistem yang dibangun pada industri
yang membutuhkan pemanasan suatu cairan dan membutuhkan suhu cairan yang
merata pada seluruh bagiannya. Tangki berpengaduk terdiri dari boiler dan
pengaduk cairan.
Boileratau yang dikenal dengan ketel uap. Alat ini biasa digunakan untuk
memanaskan air yang terdapat pada tungku atau ketel. Boiler ini biasanya
mendapatkan energi panas dari bahan bakar maupun sistem pemanas yang mampu
memanaskan air. Sistem pemanasan ini banyak dibutuhkan pada industri yang
membutuhkan pemanas cairan dan menjaga agar suhu carian tetap terjaga. Pada
berada dibawah batas maksimum temperature maupun suhu masih rendah. Jika
suhu sudah mencapai nilai toleransi daripada suhu maksimum yang ditentukan,
maka pemanas pada boiler akan padam untuk sesaat hingga batas toleransi yang
diberikan untuk pemanas dapat bekerja kembali.
Pada perancangannya tangki berpengaduk terdiri atas 2 buah sensor suhu
menggunakan jenis RTD, 1 buahHeater, dan 1 buah Motor DC sebagai pengaduk
cairan.
2.2.1. Sensor Suhu RTD
Sensor suhu RTD atau Resistance Thermal Detector yang disebut juga
Resistance temperature detector merupakan sebuah sensor yang digunakan untuk
menentukan nilai atau besaran temperatur atau suhu dengan menggunakan elemen
sensitif dari beberapa jenis kawat seperti platina, tembaga, atau nikel murni, yang
memberikan nilai tahanan yang terbatas untuk masing-masing temperatur di dalam
kisaran suhunya[4].
Gambar 2.6 Sensor Suhu Resistance Thermal Detector
RTD memiliki beberapa kelebihan dan kekurangan diantaranya adalah
Kelebihan RTD (PT100) :
2. Kemampuannya tidak terganggu pada kisaran suhu yang luas. Kekurangan RTD (PT100) :
1. Respon waktu awal yang sedikit lama (0,5 s/d 5 detik, tergantung kondisi penggunaannya).
2. Jangkauan suhu RTD lebih rendah dari pada termokopel.
Sensor suhu yang digunakan pada tugas akhir ini adalah PT100. PT100 Platinum Resistance Temperature Sensor (PRTs) merupakan sensor yang mengukur tingkat hambatan dari elemen platina. Spesifikasi dari sensor suhu PT100 adalah sebagai berikut :
1. Rentang pengukuran suhu adalah -20 °C ~ +250 °C
2. Tahan terhadap air (waterproof), dapat mendeteksi suhu cairan. 3. Ukuran diameter sensor 5 mm dengan panjang 70 mm.
4. Insulator pada bagian dalam dari bahanfiberglass.
Sensor ini juga memiliki nilai resistansi 100 Ω pada 0°C dan 138,4 Ω pada 100°C. Hubungan antara suhu dan nilai hambatan ini dapat dianggap linear pada rentang suhu yang pendek, misalnya untuk rentang antara 0 hingga 100°C, dengan rentang kesalahan pada 50°C hanya sebesar 0,4°C hal ini ditunjukkan pada gambar 2.7 di bawah ini.
Untuk sensor PT100 ini, perubahan suhu sebesar 1°C akan menyebabkan
perubahan hambatan sebesar 384 mΩ ,perubahan ini sangatlah kecil. Oleh karena
itu digunakan RTD PT100 Temperature Sensor Transmitteryang memiliki faktor
penguatan[5].
2.2.2. Heater
Heateratau pemanas air merupakan komponen utama dalam memanaskan
tangki berpengaduk. Dalam praktiknya banyak sekali ditemukan berbagai macam
pemanas cairan yang digunakan pada industri seperti pemanas yang menggunakan
elemen pemanas dan dengan memanfaatkan gas panas dari pada sistem exhaust
mesin lain. Pada dasarnya pemanas yang digunakan dalam tugas akhir ini
menggunakan elemen pemanas air biasa dengan tegangan kerja 220 V dan daya
150W yang ditunjukkan pada gambar 2.8, hal ini digunakan untuk mensimulasikan
pemanas tangki dan cairan yang digunakan adalah air biasa.
Gambar 2.8 Pemanas Air
2.2.3. Motor DC
Motor DC digunakan untuk mengaduk air. Hal ini bertujuan untuk
membuat suhu air menjadi homogen secara keseluruhan atau dengan kata lain
cairan akan mendapatkan suhu yang merata untuk seluruh bagiannya. Untuk
menggerakkan motor DC tersebut dipasang sebuah power supply12V dandriver
as untuk menghubungkannya denganbladeberupa fan dari kipas pc. Motor DC ini
memiliki tegangan kerja hingga 24 VDC. Namun dalam penggunaanya motor DC
ini hanya diberikan tegangan maksimum 12 VDC, hal ini dikarenakan dengan
tegangan kerja diatas 12 VDC putaran motor terlalu cepat dalam mengaduk air
hingga menyebabkan limpahan air pada miniatur tangki berpengaduk.
Gambar 2.9 Motor DC
2.3 LabVIEW
LabVIEW atau yang disebut juga dengan Laboratory Virtual
Instrumentation Engineering Workbench adalah sebuah software pemrograman
yang dikembangkan untuk pemrograman visual yang merupakan produk dari
Nasional Instrument. LabVIEW biasa digunakan dalam pemrograman grafis dan
beberapa aplikasi yang dapat dibuat menggunakan LabVIEW diantaranya seperti
pengujian dan pengukuran, akuisisi data, kendali instrumentasi,data logging, dan
analisis pengukuran. Hubungan antara aplikasi LabVIEW, OPC dan PLC adalah :
1. Monitoringdan pengelolaan yang terprediksi
2. Data Logging
3. Statistik dari proses kendali
4. Pertukaran data antara PLC dengan perangkat automasi lainnya dan aplikasi
5. Pengembangan antarmuka secara grafis.
6. Deteksialarm, pemetaan dan pelaporan.
LabVIEW dapat menggambarkan proses kendali dari suatu proses yang
dapat berbentuk animasi sehingga LabVIEW memiliki pendekatan seperti SCADA.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) merupakan suatu sistem yang
telah dikembangkan untuk keperluan sistem kendali yang umumnya diproduksi
untuk dasar sistem kendali dan automasi melalui komputer. Fitur yang dimiliki
SCADA adalah antarmuka berupa grafis, mirip dengan proses yang terjadi (meniru
proses sebenarnya), proses yangreal timedan memilikihistoric trending, memiliki
sistem alarm, akuisisi data, perekaman data, analisis data dan dapat membuat
laporan dari keadaan yang terjadi pada sistem[6].
2.3.1. Front Panel
Gambar 2.10 Front Panel LabVIEW
Dalam membuat tampilan (Graphical User Interface) program aplikasi
LabVIEW dapat menggunakantoolsyang dikenal dengan istilahfront panel. Front
Panel umumnya terdiri dari kontrol dan indikator sebagai masukan dan
keluarannya. Kontrol adalah instrumen mekanisme masukan yang menyampaikan
lainnya. Sedangkan indikator adalah instrumen mekanisme keluaran yang
menampilkan data dari block diagram, mencakup grafik, led, temperature dan
tampilan keluaran lainnya[7].
2.3.2. Block Diagram
Gambar 2.11 Block Diagram LabVIEW
Block diagramadalah jendela untuk menuliskan perintah dan fungsi yang
berisikan program source code namun berupa simbol-simbol, node dan garis
sebagai dataflow untuk mengeksekusi program yang terkait dengan front panel.
Sama halnya denganfront panel, block diagramjuga memiliki simbol-simbol yang
merepresentasikanfront paneldan terhubung secara langsung antara keduanya.
2.3.3. OPC (OLE for Process Control)
Aplikasi dari komunikasi jaringan yang berbeda, standar jaringan yang
berbeda dan ketidak sesuaian merupakan masalah yang timbul karena pembaharuan
teknologi. Oleh karena itu dibutuhkan pertukaran data antara PLC dengan
LabVIEW. Dalam hal ini windows environment didalam standarisasi antarmuka
OPC atau disebut dengan OLE for Process Control yang dibuat untuk
menghubungkan antara sistem tertanam dan dengan objek lainnya dalam suatu
proses kontrol. Teknologi OPC ini digunakan dalam aplikasi proses kontrol, pabrik,
automasi pada bangunan dan banyak hal lainnya[9].
Gambar 2.12 OPCServer/Client
Fungsi OPC menurut prinsip Client/Serverdimanaclientdanserverdapat
dikombinasikan tanpa menghiraukan tipe PLC dan pabrikasi selama tipe PLC sudah
mendapatkan dukungan terhadap aplikasi OPC tersebut. Client mendapat akses
untuk setiap jaringan komunikasi atau dilihat dari posisi pengendali. Dengan kata
lain client dapat difungsikan sebagai pengendali maupun monitoring sistem
kendali.
2.4 LogikaFuzzy
Pada tahun 1962 Prof. Lotfi Astor Zadeh dari Universitas California
memodifikasi teori himpunan dimana setiap anggotanya memiliki derajat
keanggotaan yang bernilai kontiniu antara 0 sampai 1. Himpunan ini disebut dengan
ruanginput ke dalam suatu ruangoutput yang memungkinkan nilai keanggotaan
antara 0 dan 1 dalam bentuk linguistik, konsep tidak pasti seperti
“sedikit”,”lumayan”,dan“sangat”[10].
Terdapat beberapa keuntungan dalam menggunakan logikafuzzy,antara lain :
1. Konsep logikafuzzymudah dimengerti.
2. Logikafuzzymemiliki toleransi terhadap data-data yang tidak tepat.
3. Logika fuzzy mampu memodelkan fungsi-fungsi nonlinear yang sangat
kompleks.
4. Logika fuzzy dapat mengaplikasikan pengalaman-pengalaman para pakar
secara langsung tanpa harus melalui proses pelatihan.
5. Logika fuzzy dapat bekerja sama dengan teknik kendali secara
konvensional.
Fuzzy Inference Systemadalah cara memetakan ruanginputmenuju ruang
output menggunakan logikafuzzy. Fuzzy Inference Systemmerupakan sistem yang
dapat melakukan panalaran dengan prinsip yang serupa dengan penalaran manusia
dan biasa digunakan untuk membuat keputusan dan bekerja sesuai dengan
keputusan yang dibuat tersebut. Terdapat 3 macam metodefuzzy inference system
diantaranya adalah :
1. MetodeMamdani
2.MetodeSugeno
3. MetodeTsukamoto
Pada tugas akhir ini menggunakanfuzzydengan metodeMamdani. Karena
strukturnya yang sederhana dan memiliki output seperti penalaran manusia yang
berupa himpunan fuzzy dan cukup untuk merepresentasikan penggunaan logika
2.4.1. Fuzzy Inference Systemdengan Metode Mamdani
Metode Mamdani sering dikenal dengan nama metode Min-Max. Metode
ini diperkenalkan oleh Ebrahim Mamdani pada tahun 1975. Fuzzydengan metode
Mamdani ini cukup untuk mewakili penggunaan logika yang akan diolah untuk
mendapatkan hasil keluaran yang dibutuhkan dalam pengendalian suhu air pada
tangki berpengaduk. Pada dasarnya fuzzy inference system terbentuk dari proses
seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.13.
Gambar 2.13 Proses Fuzzy Inference System
Fuzzifikasi merupakan suatu proses untuk mengubah suatu masukan dari
bentuk tegas (crisp) menjadi variabel linguistik yang biasanya disajikan dalam
bentuk himpunan-himpunan fuzzy dengan suatu fungsi keanggotaannya
masing-masing. Fungsi keanggotaan adalah suatu kurva yang menunjukkan pemetaan
titik-titik input data ke dalam nilai keanggotaannya atau biasa disebut dengan derajat
keanggotaan yang memiliki interval 0 sampai 1. Salah satu cara yang dapat
digunakan untuk mendapatkan nilai keanggotaan adalah dengan melalui
pendekatan fungsi. Ada beberapa bentuk representasi kurva yang bisa digunakan
seperti linear,segitiga, trapesium, bahu, dansigmoid. Namun dalam tugas akhir ini
menggunakan bentuk representasi kurva segitiga dan representasi kurva bentuk
Basis PengetahuanFuzzy merupakan kumpulan aturan-aturanfuzzydalam
bentuk pernyataan IF…THEN… Komposisi aturan inilah yang digunakan untuk
menentukan hasil keluaran dengan menggunakan penalaran manusia sebagai
pembentuk aturanfuzzy.
Inferensi merupakan rule atau aturan yang digunakan untuk menentukan
hasil keluaran dari korelasi antar aturan. Secara umum, ada 2 fungsi implikasi yang
dapat digunakan, yaitu :
a. Min (Minimum)
b. Dot (Product)
Defuzzifikasimerupakan suatu proses untuk menentukan suatu nilai crisp
output(tegas). Besar nilaifuzzy outputini dinyatakan sebagaidegree of membership
function output. Nilaicrisp outputadalah suatu nilai analog yang dibutuhkan untuk
mengolah data pada sistem yang dirancang. Terdapat beberapa metodedefuzzifikasi
yang bisa dipakai pada komposisi aturan Mamdani, antara lain [11]:
a. MetodeCentroid
b. MetodeBisektor
c. MetodeMean of Maximum(MoM)
d. MetodeLargest of Maximum(LoM)
