2.1 Pengenalan PLC
Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut :
1. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.
2. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.
3. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.
Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:
1. Sekuensial Kontrol. PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step atau langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.
2. Monitoring Plant. PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator.
Sedangkan fungsi PLC secara khusus adalah dapat memberikan input ke CNC (Computerized Numerical Control). Beberapa PLC dapat memberikan input ke CNC untuk kepentingan pemrosesan lebih lanjut. CNC bila dibandingkan dengan PLC mempunyai ketelitian yang lebih tinggi dan lebih mahal harganya. CNC biasanya dipakai untuk proses finishing, membentuk benda kerja, moulding dan sebagainya.
2.1.1 SISTEM KERJA PLC
PLC menerima sinyal input dari peralatan sensor berupa sinyal on off. Apabila input berupa sinyal analog, maka dibutuhkan input analog modul yang mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital. Sinyal ini akan dikirim ke Central Processing Unit untuk diproses oleh program yang telah dibuat. Hasil pemrosesan berupa sinyal keluaran digital yang dikirim ke modul output untuk menjalankan aktuator. Prinsip kerja PLC dapat dilihat pada Gambar.
Gambar 2.1. Diagram Sistem Kerja PLC.
2.1.2 PERANGKAT KERAS PLC
Dari ukuran dan kemampuannya, PLC dapat dibagi menjadi jenis-jenis berikut :
1. Tipe compact, ciri-ciri PLC jenis ini adalah :
a. Seluruh komponen (power supply, CPU, modul input-output modul komunikasi) menjadi satu.
b. Umumnya berukuran kecil (compact).
c. Mempunyai jumlah input/output relatif sedikit dan tidak dapat diekspan.
d. Tidak dapat ditambah modul-modul khusus.
Gambar 2.2. Contoh PLC compact dari MITSUBISHI FX-1S. 2. Tipe Modular Ciri-ciri PLC jenis ini adalah :
c. Memungkinkan untuk ekspansi jumlah input-output (sehingga jumlah lebih banyak).
d. Memungkinkan penambahan modul-modul khusus.
Gambar 2.3. Contoh PLC modular dari SIEMENS.
PLC terbagi dalam beberapa komponen utama. PLC memiliki komponen yang terhubung dengan peralatan input dan peralatan output. PLC juga terhubung dengan PC untuk kebutuhan pemrograman (umumnya menggunakan RS 232 serial port). Secara umum PLC terbagi dalam beberapa komponen berikut :
1. Power supply. 2. Prosesor. 3. Memori.
Berikut adalah penjelasan lebih lanjut mengenai komponen-komponen yang telah disebutkan diatas:
1. Power supply
Power supply merupakan penyedia daya bagi PLC. Jenis tegangan yang dimilikinya bisa berupa tegangan AC (missal : 120/240 Vac) maupun tegangan DC (missal : 24 V DC). PLC juga memiliki power supply (24 V DC) internal yang bisa digunakan untuk menyediakan daya bagi peralatan input/output PLC.
Gambar 2.4. Power Supply untuk PLC Merk Siemens 2. Prosesor (Central Processing Unit)
Gambar 2.5. Contoh Modul prosesor PLC. 3. Memori
Memori ialah tempat penyimpanan data dalam PLC. Memori ini umumnya menjadi satu modul dengan prosesor/CPU. Jika berbentuk memori eksternal maka itu merupakan memori tambahan.
Gambar 2.6. Contoh Modul memori eksternal dari Omron. 4. Modul Input-Output
terpisah dari CPU. Secara umum terbagi menjadi : a. Modul Input/output diskrit
Berfungsi untuk menghubungkan input diskrit fisik (saklar, sensor) dengan PLC. Berikut ini skema di dalam modul input diskrit untuk tegangan AC dan DC. Sebagai catatan, modul input yang dapat menerima tegangan AC memiliki rangkaian penyearah di dalamnya.
Gambar 2.7. Modul input/output diskrit. b. Modul input/output analog
Gambar 2.8. Modul input/output analog. 2.1.3 DASAR-DASAR PEMROGRAMAN PLC
Sebelum mulai membuat program PLC, perlu dibuat dulu daftar peralatan input dan output (input/output list) yang digunakan pada sistem. Hal ini penting supaya perancang bisa menghitung jumlah input dan output yang perlu dipenuhi PLC. Hal ini juga membantu pemrograman nantinya, karena pengalamatan juga berkaitan dengan status input-output dalam sistem. Kemudian barulah dibuat program PLC sesuai dengan flow chart yang sebelumnya dibuat. Program ini bisa disimulasikan terlebih dahulu di PLC, karena PLC memiliki lampu-lampu built in sehingga statusnya bisa dilihat langsung di body dari PLC. Untuk mengaktifkan input bisa dengan melakukan force pada input PLC tersebut.
dengan rangkaian-rangkaian pendukung maka sistem yang dikendalikan oleh PLC sudah siap dijalankan.
2.1.4. BAHASA PEMROGRAMAN PLC
Sesuai dengan standard IEC 61131-3 (International
Electrotechnical Commision), badan standardisasi dunia dalam bidang teknik elektro, ada beberapa cara pemrograman PLC salah satunya yaitu ladder diagram.
PLC yang dibuat setelah standart tersebut ditentukan harus bisa diprogram menggunakan (minimal) 5 program tersebut di atas. Pada bagian ini hanya dibahas ladder diagram, sebagai “bahasa ibu” PLC.
2.1.4.1 LADDER DIAGRAM
Ladder Diagram merupakan metode pemrograman PLC yang paling populer, karena PLC pertama yang diciptakan menggunakan bahasa ini. Hal tersebut dikarenakan PLC merupakan kelanjutan dari relay logic control, yang sebelumnya juga menggunakan relay ladder logic. Istilah ladder digunakan karena bentuk bahasa ini mirip dengan tangga (ladder).
Anak tangga berisi komponen-komponen pemrograman LD. Rung tersebut diapit oleh power rail dan neutral rail, dua jalur yang dapat menggambarkan aliran program seperti layaknya aliran arus listrik.
Ada beberapa konvensi yang perlu diperhatikan dalam pemrograman PLC dengan Ladder diagram :
1. Dibaca dari kiri ke kanan, dari atas ke bawah.
2. Rung tidak boleh diakhiri dengan lebih dari satu output.
3. Output (coil) dan input (contact) ditampilkan dalam kondisi tidak dienergized.
4. Input/ouput diidentifikasi melalui alamatnya. Komponen-komponen dasar ladder diagram ialah : 1. Contact/input.
2. Coil/output. 3. Timer. 4. Counter.
Penggunaan istilah contact dan coil sebagai padanan kata dari input dan output dikarenakan kedekatan ladder diagram dengan relay ladder logic (rangkaian logika untuk sistem berbasis relay).
Ada bermacam-macam contact pada ladder diagram. Untuk contact, jenis pertama ialah normal contact, yang terdiri dari :
1. Normally open contact. 2. Normally close contact.
relay contact. Demikian juga dengan normal coil yang mengadopsi relay coil. Gambar 3.0. berikut ini adalah ladder diagram normal contact dan normal coil.
Gambar 2.10. Ladder diagram normal contact dan normal coil.
Untuk mempermudah pemahaman, akan digunakan kode-kode sederhana yang umum : I (input) dan O (output). Setelah huruf I dan O akan diberikan angka yang menunjukkan urutan dari input atau output tersebut. Dengan menggunakan keduanya, bisa disusun beberapa jenis gerbang logika yang umum, perhatikan gerbang logika pada Gambar di bawah ini
Gambar 2.11. Gerbang Logika dengan ladder diagram.
Beberapa aturan yang harus diperhatikan dalam membuat program PLC menggunakan ladder diagram adalah sebagai berikut :
1. Output dapat menjadi input, input tidak dapat menjadi output.
Output PLC dapat berubah menjadi input, di mana input tersebut baru akan aktif jika output diaktifkan. Hal ini dimungkinkan karena output tersebut merupakan bagian alamat dari PLC. Jadi dimanipulasi ialah alamat output, bukan peralatan output secara fisik.
2. Internal relay dapat digunakan sebagai perantara.
Pada era relay, seluruh peralatan input dan output akan dihubungkan dengan relay sebagai pengendali. Pada PLC, sebagai gantinya diberikan relay virtual yang disebut internal relay. Perbedaan internal relay dengan input (I) atau output (O) ialah tidak ada keharusan menghubungkan alat fisik tertentu pada alamat ini. Sedang pada alamat input atau output, pengguna harus benar-benar menghubungkan peralatan secara fisik. 3. Input dapat muncul berkali-kali, output hanya boleh muncul 1 kali.
Seperti halnya contact pada relay, contact di PLC dapat muncul berkali-kali dalam suatu ladder diagram. Ini adalah salah satu kelebihan PLC dibanding relay, karena jumlah contact maksimal yang umum beredar di pasaran ialah 4 contact saja. Sedang jumlah maksimal contact pada PLC nyaris tak terbatas (hanya dibatasi oleh ketersediaan memori PLC saja). 2.1.5 KOMUNIKASI PLC
disebut sebagai Central Automation System. Dengan sistem ini controller sebagai pusat automation berada di satu tempat sedangkan sensor/actuator tersebar disemua area dimana semua instalasi sensor ini tertuju disatu tempat yaitu ke controller, sehingga memerlukan kabel yang banyak dan panjang untuk instalasinya Kemudian munculah Profibus DP sebagai protocol komunikasi berbasis RS485 yang mengubah Central Automation System menjadi Distributed Automation System. Sistem ini memberikan beberapa kelebihan dibandingkan dengan sistem yang lama, dimana dari sisi instalasi sangat efisien dan biaya yang dikeluarkan lebih sedikit Profibus DP adalah teknologi komunikasi barbasis RS485 yang memiliki sistem modular yang dapat digunakan sesuai fungsi module itu sendiri (Elins, 2012).
2.2 Relay
Relay adalah komponen listrik yang bekerja berdasarkan prinsip induksi medan elektromagnetis. Jika sebuah penghantar dialiri oleh arus listrik, maka di sekitar penghantar tersebut timbul medan magnet. Medan magnet yang dihasilkan oleh arus listrik tersebut selanjutnya diinduksikan ke logam ferromagnetis.
Gambar 2.12. Bagian-bagian dari relay Berikut ini penjelasan dari gambar di atas:
Amarture, merupakan tuas logam yang err naik turun. Tuas akan turun jika tertarik oleh magnet erromagnetic (elektromagnetik) dan akan kembali naik jika sifat kemagnetan erromagnetic sudah hilang.
Spring, pegas (atau per) berfungsi sebagai penarik tuas. Ketika sifat kemagnetan erromagnetic hilang, maka spring berfungsi untuk menarik tuas ke atas.
Shading Coil, ini untuk pengaman arus AC dari listrik PLN yang tersambung dari C (Contact).
NO Contact, NO singkatan dari Normally Open. Kontak yang akan terhubung dengan kontak sumber (kontak inti, C) kotika posisi ON. Kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada di posisi OPEN (terbuka)
Electromagnet, kabel lilitan yang membelit logam erromagnetic. Berfungsi sebagai magnet buatan yang sifatya sementara. Menjadi logam magnet ketika lilitan dialiri arus listrik, dan menjadi logam biasa ketika arus listrik diputus.
Aplikasi Rangkaian Pemicu Relay, ini adalah rangkaian / alat yang akan memicu relay untuk menjadi ON ketika sesuai situasi / kondisi tertentu. Rangkaian pemicu ini biasanya memiliki sensor atau rangkaian timer (memanfaatkan „time delay‟). Rangkaian yang menggunakan sensor misalnya sensor suhu, sensor air, sensor cahaya, sensor arus, dll. Sedangkan rangkain timer misalnya timer pada mesin cuci, timer tv, dll.
Relay adalah peralatan control yang banyak sekali pemakaiannya dan fungsinya, Relay terdiri dari dua jenis, yaitu :
a. Relay control
Di dalam relay control masih dibedakan lagi menjadi dua jenis yaitu kontak control dan kontak waktu (time relay)
1. Kontak kontrol mempunyai konstruksi dan prinsip dasar yang mirip dengan kontaktor dan unit kontaknya terdiri dari beberapa kontak terbuka dan tertutup serta kontak ganti.
2. Kontak waktu adalah kontak atau saklar yang dapat bekerja sesuai dengan waktu yang diinginkan dan jenisnya antara lain motor driven time relay dan pneumatic time relay.
b. Relay proteksi
Berfungsi sebagai pengawas atau alat pengaman suatu rangkaian listrik terhadap gangguan akibat perobahan nilai besaran listrik. Jenisnya antara lain Thermal overload relay, under voltage relay dan over voltage relay. Thermal Over Load Relay adalah peralatan kontrol listrik yang berfungsi untuk memutuskan jaringan listrik jika terjadi beban lebih. Jaringan listrik akan putus bila arus yang melewati lebih besar dari setting arus Thermal Over Load dengan melalui proses panas yang terdapat pada relay. Pada saat mereset kembali memerlukan waktu untuk mengaktifkan kembali karena perlu proses pendinginan temperature terlebih dahulu
2.3 MAGNETIC KONTAKTOR
Pada kontaktor terdapat sebuah belitan yang mana bila dialiri arus listrik akan timbul medan magnet pada inti besinya, yang akan membuat kontaknya tertarik oleh gaya magnet yang timbul tadi. Kontaktor bekerja untuk merubah kontak-kontak NO (Normally Open) dan NC (Normally Close) kontak Bantu NO (Normally Open) akan menutup dan kontak Bantu NC (Normally Close) akan membuka. Kontak pada kontaktor terdiri dari kontak utama dan kontak Bantu. Kontak utama digunakan untuk rangkaian daya sedangkan kontak Bantu digunakan untuk rangkaian kontrol.
Gambar 2.14. Bentuk fisik serta terminal-terminal pada kontaktor Apabila a-b diberi tegangan maka kumparan secara otomatis terjadi magnetisasi yang membuat kontak tertarik dan kontak utama maupun kontak bantu dari Normally Close (NC) menjadi Normally Open (NO) dan Normally Open (NO) menjadi Normally Close (NC)
2.4 Mini Circuit Breaker (MCB)
menggerakkan breaker pada posisi membuka/lepas. Sedangkan proses pemasukan di lakukan secara manual. Dalam penggunannya MCB ada yang terdiri dari 1 pole, 2 pole, 3 pole dan 4 pole menyesuaikan dengan kebutuhan. MCB 1 pole atau 2 pole diperuntukan untuk listrik 1 phasa sedangkan MCB 3 pole dan 4 pole diperuntukan untuk listrik 3 phasa
Gambar 2.15. Bentuk MCB 1 Phasa dan MCB 3 Phasa 2.5 Thermal Overload
Thermal Overload adalah Peralatan switching yang peka terhadap
semakin tinggi kenaikan arus melebihi arus nominal maka akan meningkatkan temperatur suhu yang akan membengkokkan bimetal prinsipnya sama dengan cara kerja pada MCB
Relay thermis atau Thermal Overload memiliki satu kontak NO (normally open) dan satu kontak NC (normally close), dimana kontak NC digunakan untuk menghentikan magnetic contactor jika arus melebihi arus pengesetan, sedangkan kontak NO (normally open) digunakan pada indikator motor, pompa atau keperluan lainnya.
Beberapa penyebab terjadinya beban berlebih :
1. Terlalu besarnya beban mekanik dari motor listrik
2. Arus start yng terlalu besar atau motor listrik berhenti secara mendadak
3. Terjadinya hubung singkat
4. Terbukanya salah satu fasa dari motor listrik 3 fasa
Relay thermis ini dapat diset menurut nilai arus yang kita kehendaki selama itu masih dalam range yang dimiliki dengan catatan kita juga harus mengetahui arus dari peralatn yang ingin kita proteksi atau amankan
2.6 Saklar tekan (Pushbutton)
Saklar tekan banyak digunakan pada rangkaian control motor sebagai saklar manual untuk mengoperasikan rangkaian, sebagai penghubung atau pemutus. Ada dua jenis saklar tekan yaitu jenis terkunci dan tidak terkunci. Jenis saklar terkunci, kontaknya akan tetap terbuka atau terhubung setelah tombol ditekan. Kontak akan kembali pada posisi normal setelah tombol ditekan kembali. Jenis saklar tidak terkunci, kontaknya akan terbuka atau terhubung saat saklar ditekan saja dan setelah tekanan dilepas maka kontak kembali segera pada posisi semula atau normal.
Gambar2.17. Gambar Push Button 2.7 Sensor Water Level
Water Level Control adalah peralatan yang digunakan untuk mendeteksi volume air dalam suatu bak kontrol dan sangat diperlukan terutama oleh perusahaan yang banyak mempergunakan motor atau pompa, sensor ini digunakan untuk menjaga ketinggian air dengan cara mendeteksi level ketinggian air yang diintegrasikan dengan kerja mesin motor dan pompa.
Sensor Water Level Control difungsikan sebagai kontrol otomatis penggerak motor pompa, setting operasionalnya menyesuaikan dengan kebutuhan, apakah motor atau pompa diinginkan menyala saat air habis atau air penuh, teknis tinggi rendah air dapat disesuaikan dengan keinginan atau yang diperlukan. Sensor Water Level Control biasanya dalam bentuk elektroda atau pelampung pada intinya prinsip kerja Water Level Control seperti saklar pada umumnya dimana kondisi ON-OFF nya dipengaruhi oleh ketinggian air.
2.8 Pompa Air Limbah (Sewage Lifting Pump / Submersible Pump)
Gambar 2.19. Contoh pompa lifting pump
atau pusat pengolahan air limbah yang memiliki jarak sangat jauh hinga puluhan kilometer.
Gambar 2.20. System pemipaan lifting pump yang menggunakan sudut elevasi dan memanfaatkan system gravitasi
Lifting pump, merupakan komponen utama dalam system lifting limbah cair dimana terdiri dari tempat penampungan sementara berupa sumur lifting pump dengan perangkat atau komponen pendukung diantaranya pemipaan, kontrol penggerak pompa dalam hal ini pelampung atau elektroda dan juga saringan sumur sebagai penyaring kotoran yang ikut terbawa oleh air limbah. Ketika sumur terisi dengan air limbah dan level air naik sampai titik tertentu di dalamnya, lifting pump akan aktif, lifting pump akan mengalirkan air limbah beserta materialnya menuju ke sumur selanjutnya melalui sistem pemipaan yang bermuara ke pusat pengolahan air limbah (sewage treatment plant) saat level air turun sampai titik tertentu maka lifting pump akan mati atau off .
Sewage lift pump memungkinkan limbah untuk dipindahkan ke tingkat yang lebih tinggi dari tanah, yang bertentangan dengan system gravitasi yang menggerakkan limbah dari elevasi tinggi ke elevasi rendah. Dalam perkembangannya lifting pump biasa juga disebut dengan submersible pump atau pompa celup dimana kondisi pompa adalah tercelup atau terbenam oleh air, dan akan mengalami kerusakan apabila beroperasi dalam keadaan tidak terdapat air secara terus menerus, jenis pompa ini mempunyai tinggi minimal air yang dapat dipompa dan harus terpenuhi ketika bekerja agar life time pompa tersebut bertahan lama. Pompa jenis ini bertipe pompa sentrifugal. Pompa sentrifugal sendiri prinsip kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing. ON-OFF pompa dikendalikan oleh kontrol atau sebuah sensor, sensor ini biasanya dalam bentuk elektroda atau pelampung sesuai dengan kebutuhan atau kondisi air limbah.
Gambar 2.21. Contoh control pompa menggunakan system pelampung dan elektroda
Dari segi kehandalan dan ekonomis elektroda menjadi pilihan yang tepat tetapi mengingat kondisi air limbah mengalir dengan ikut serta membawa kotoran atau sampah maka kondisi tempat harus diperhatikan contohnya saja apabila sampah yag ikut terlarut oleh air limbah adalah lemak hasil makanan atau sisa-sisa makanan maka elektroda kurang cocok untuk digunakan, dikarenakan apabila lemak-lemak atau sisa makanan tersebut menutupi atau menempel pada badan elektroda maka elektroda tidak akan bekerja apabila tercelup oleh air, daya hantar listriknya akan terhambat, maka kondisi yang tepat untuk tempat ini adalah menggunakan control pelampung
Kondisi pompa OFF
