BAB II DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Pada penelitian sebelumnya (Fariski, 2014) yaitu membuat miniatur pengaturan dan sekaligus monitoring pengisian minyak pelumas menuju multi-banker menggunakan PLC dan digabungkan dengan sistem SCADA. Pada sistem ini sebuah motor induksi 3 fasa dihubungkan dengan pompa yang memompa minyak pelumas melalui pipa yang terhubung ke multi-banker yang telah dipasang sensor level dan oil meter. Proses monitoring pengisian miyak pelumas menuju multi-banker menggunakan Human Machine Interface (HMI), dikarenakan HMI mampu menampilkan data - data yang sedang terjadi dilapangan sesuai dengan kenyataannya, dan apabila sewaktu - waktu terjadi kesalahan atau gangguan ketika sedang menjalankan proses pengisian minyak menuju multi-banker, maka kesalahan atau gangguan tersebut segera dapat diatasi.
Kemudian pada penelitian (Deepa, 2015) pembuatan desain untuk motor induksi 3 fasa yang hemat energi. Sebuah motor induksi 3 fasa diatur kecepatanya menggunakan Variable Speed Drive (VSD) yang dapat mengurangi arus starting yang terjadi secara tiba - tiba ketika motor dihidupkan. Motor induksi 3 fasa di kontrol oleh VSD, dikendalikan menggunakan PLC dan SCADA.
Selain itu pada penelitian (Elsaid dkk, 2016) pembuatan kendali kecepatan motor induksi 3 fasa menggunakan PLC Siemens S7-300 dan dimonitoring oleh SCADA. PLC Siemens digunakan untuk mengontrol kecepatan putar motor dengan
input sensor rotary encoder dan tachometer, agar kecepatan putar motor setabil maka Variable Speed Drive digunakan sebagai driver motor induksi 3 fasa.
Pada penelitian (Didik, 2016) pembuatan sistem kendali konveyor untuk penyortiran tinggi dan rendahnya ukuran dari kemasan barang, dengan pengendalian konveyor pada plant konveyor menggunakan metode Pulse width Modulation (PWM) dan dilakukan monitoring menggunakan Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) pada proses penyortiran. Untuk menghubungkan SCADA dengan PLC digunakan komunikasi ethernet. Proses pengendalian dan monitoring pada kendali konveyor untuk penyortiran tinggi dan rendahnya ukuran dari kemasan barang dengan pengendalian konveyor pada plant konveyor menggunakan Human Machine Interaec (HMI).
2.2 Sensor Photodioda
Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya, jika photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti dioda pada umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda akan berperan sebagai resistor dengan nilai tahanan yang besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir. Simbol dan bentuk photodioda titunjukan pada Gambar 2.1.
Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh photodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Rangkaian photodioda ditunjukan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Rangkaian photodioda
Karena photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka cahaya yang diserap oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika elektron - elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron - elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus mengalir di dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron atau hole yang dihasilkan tergantung dari besarnya intensitas cahaya yang diserap oleh photodioda.
2.3 Optocoupler
Dalam dunia elektronika, optocoupler juga dikenal dengan sebutan opto-isolator, photocoupler atau optical isolator. Optocoupler adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Pada dasarnya optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu transmitter yang berfungsi sebagai pengirim cahaya optik dan receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi sumber cahaya. Masing - masing bagian optocoupler (transmitter dan receiver) tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen. Simbol dan bentuk optocoupler ditunjukan pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler (Sumber:Vishay Semiconductors)
Pada prinsipnya, optocoupler dengan kombinasi LED-phototransistor adalah optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED (Light Emitting Diode) yang memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor yang peka terhadap cahaya (phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Untuk lebih jelas mengenai prinsip kerja optocoupler ditunjukan pada Gambar 2.4.
Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler
Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan bahwa arus listrik yang mengalir melalui IR LED akan menyebabkan IR LED memancarkan sinyal cahaya infra merahnya. Intensitas cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED tersebut. Kelebihan cahaya infra merah adalah pada ketahanannya yang lebih baik jika dibandingkan dengan cahaya yang tampak. Cahaya infra merah tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.
Cahaya infra merah yang dipancarkan tersebut akan dideteksi oleh phototransistor dan menyebabkan terjadinya hubungan atau switch ON pada phototransistor. Prinsip kerja phototransistor hampir sama dengan transistor bipolar biasa, yang membedakan adalah terminal basis (base) phototransistor merupakan penerima yang peka terhadap cahaya.
2.4 Motor Induksi 3 Fasa
Motor AC (Alternating Current) atau motor induksi adalah suatu mesin listrik yang merubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan medan listrik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Motor induksi 3
Gambar 2.5Motor induksi 3 fasa
1. Konstruksi motor induksi 3 fasa
Motor ini memiliki dua bagian utama, yaitu stator yang merupakan bagian yang diam, dan rotor sebagai bagian yang berputar sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 2.6. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh celah udara yang sempit, dengan jarak berkisar dari 0,4 mm sampai 4 mm.
Gambar 2.6 Penampang stator dan rotor motor induksi 3 fasa
2. Prisip kerja motor induksi 3 fasa
Pada saat terminal 3 fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan 3 fasa seimbang, maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan akan menghasilkan fluks bolak - balik. Amplitudo fluks per fasa yang dihasilkan berubah secara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan magnitud yang nilainya konstan yang berputar dengan kecepatan sinkron, dapat dihitung secara teoritis besarnya seperti pada persamaan 2.1.
ns = 120𝑓 𝑝 (2.1) Keterangan: ns : Kecepatan stator (RPM) f : Frekuensi (Hz) p : Jumlah kutub
Garis - garis gaya fluks dari stator tersebut yang berputar akan memotong penghantar rotor sehingga pada penghantar tersebut timbul EMF (Electro Motoris Force) atau tegangan induksi. Berhubung kumparan rotor adalah rangkaian tertutup maka pada kumparan tersebut mengalir arus. Arus yang mengalir pada penghantar rotor yang berada dalam medan magnet terbuka dari stator, maka pada penghantar rotor tersebut timbul gaya – gaya yang berpasangan dan berlawanan arah. Gaya tersebut menimbulkan torsi yang cenderung memutar bagian rotor motor induksi, rotor akan berputar dengan kecepatan putar mengikuti persamaan medan putar stator.
Secara umum motor induksi dikenal dengan jenis motor AC, dimana prinsip kerja dari motor induksi yaitu kumparan rotor pada motor tidak menerima energi listrik langsung tetapi di dapat secara induksi seperti yang terjadi pada energi kumparan sekunder transformator. Sehingga motor induksi dapat di identikkan dengan transformator yang kumparan primer sebagai kumparan stator atau armatur, sedangkan kumparan sekunder sebagai kumparan rotor (Elsaid, A.S, Mohamed, W., Ramadan, S.G. 2016).
2.5 Variable Speed Drive (VSD)
Variable Speed Drive atau inverter merupakan sebuah alat pengatur kecepatan motor dengan mengubah nilai frekuensi dan tegangan yang masuk ke motor. Pengaturan nilai frekuensi dan tegangan ini dimaksudkan untuk mendapatkan kecepatan putaran dan torsi motor yang di inginkan atau sesuai dengan kebutuhan. Secara sederhana prinsip dasar inverter untuk dapat mengubah frekuensi menjadi lebih kecil atau lebih besar yaitu dengan mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC kemudian dijadikan tegangan AC lagi dengan frekuensi yang berbeda atau dapat diatur. Secara umum, Variable Speed Drive terdiri dari 3 bagian utama yaitu:
1. Rangkaian konverter dari AC ke DC 2. Filter gelombang DC
3. Rangkaian Inverter dari DC ke AC
Pada Gambar 2.7 dapat dilihat gambar diagram blok inverter/VSD yang digunakan dalam penelitian.
Dari Gambar 2.7 Variable Speed Drive mempunyai beberapa prinsip kerja yaitu:
1. Tegangan yang masuk dari jala - jala dengan frekuensi 50 Hz dialirkan ke board rectifier/penyearah DC, dan ditampung ke bank capacitor. Jadi dari AC di jadikan DC.
2. Tegangan DC kemudian diumpankan ke board inverter untuk dijadikan AC kembali dengan frekuensi sesuai kebutuhan. Jadi dari DC ke AC yang komponen utamanya adalah Semikonduktor aktif seperti IGBT. Dengan menggunakan frekuensi carrier (bisa sampai 20 kHz), tegangan DC dicacah dan dimodulasi sehingga keluar tengangan dan frekuensi yang diinginkan (Deepa, M. 2007).
Salah satu keuntungan jika menggunakan inverter adalah, putaran motor atau mesin dapat dikembalikan sesuai dengan kebutuhan dan keinginan pengguna, sehingga dapat mencapai kapasitas produksi yang maksimal dan mempunyai jangkauan kecepatan yang lebih besar, mempunyai pola untuk hubungan tegangan dan frekuensi, mempunyai fasilitas penunjukan meter, serta lebih aman dan meminimalisir konsumsi energi dan untuk mengurangi arus starting.
Mesin - mesin sentrifugal modern telah memanfaatkan Variabel Speed Drive sebagai alat pengatur kecepatan. Pegatur kecepatan atau VSD, baik itu frequency Inverter maupun DC-Converter, dapat memberikan pengaturan percepatan dan perlambatan yang lembut pada mesin sentrifugal dan pada saat yang sama dapat memberikan torsi keluaran sampai 100%.
Pengontrolan start, stop, jogging dan lain - lain bisa dilakukan dengan dua cara yaitu via local dan remote. Local maksudnya adalah dengan menekan tombol
pada keypad di inverternya. Sedangkan remote dengan menghubungkan terminal di board control dengan tombol eksternal seperti push button atau switch. Masing – masing pengaturan tersebut mempunyai kelemahan dan keunggulan sendiri - sendiri.
Ada beberapa cara dalam mengontrol frekuensi yaitu: melalui keypad (local), dengan eksternal potensiometer, Input 0 ~ 10 VDC / 4 ~ 20 mA atau dengan preset memori. Semua itu bisa dilakukan dengan mengisi parameter program yang sesuai. Beberapa parameter yang umum dipergunakan adalah sebagai berikut (istilah/nama parameter bisa berbeda untuk tiap merk):
1. Display : Untuk mengatur parameter yang ditampilkan pada Keypad display
2. Control : Untuk menentukan jenis control local/ remote 3. Speed Control :Untuk menentukan jenis control frequency reference 4. Voltage : Tegangan supply inverter
5. Base Freq. : Frekuensi tegangan supply 6. Lower Freq. : Frekuensi operasi terendah 7. Upper Freq. : Frekuensi operasi tertinggi
8. Stop mode : Stop bisa dengan braking, penurunan frekuensi dan di lepasseperti starter DOL/ Y-D
9. Acceleration : Setting waktu Percepatan. 10. Deceleration : Setting waktu Perlambatan. 11. Overload : Setting pembatasan arus 12. Lock : Penguncian setting program
Jika beban motor memiliki kinerja yang tinggi maka perlu diperhatikan beberapa hal dalam acceleration dan deceleration. Untuk acceleration/percepatan akan memerlukan torsi yang lebih, terutama pada saat start dari kondisi diam. Pada saat deceleration/perlambatan, energi inertia beban harus dibuang. Untuk perlambatan (pengereman) maka energi akan dikembalikan ke sumbernya. Jadi energi yang kembali akan masuk ke dalam DC bus inverter dan terakumulasi karena terhalang oleh rectifier. Sebagai pengamanan, inverter akan trip jika level tegangan DC bus melebihi batas yang ditoleransi. Untuk mengatasi tripnya inverter dalam kondisi ini diperlukan resistor brake. Resistor brake akan membuang tegangan yang lebih dalam bentuk panas. Besar kecilnya resistor brake ini sangat tergantung dengan beban dan siklus kerja inverter.
Pada penggunaan soft starter hanya untuk soft starting alias mengurangi lonjakan arus awal pada motor - motor besar tapi soft starter tidak bisa mengendalikan kecepatan motor seperti yang dilakukan inverter. Sinyal – sinyal dari inverter yang ditarik secara hardwired ke PLC untuk sinyal digital seperti start (forward, reverse), stop, ready, run, overload/fault, dan untuk sinyal analog seperti set point RPM dan amper motor. Tapi kebanyakan inverter sudah support untuk hubungan komunikasi modbus, sehingga dapat mempermudah dalam pengontrolan dan memonitoringnya (Schneider Electric. 2010).
2.6 Generator AC 3 Fasa
Generator listrik merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan energi listrik dengan cara merubah energi mekanik (gerak). Prinsip kerja generator listrik:
Yaitu pergerakan medan magnet pada rotor terhadap kumparan tetap pada stator. Medan magnet yang dihasilkan adalah dengan cara memberikan tegangan DC (Direct Current) pada kumparan penguat medan pada rotor, yang bisa dihasilkan dari penguat sendiri maupun penguat terpisah. Untuk penguat sendiri dapat dihasilkan oleh tegangan dan arus sendiri yang dihasilkan oleh kumparan stator. Untuk kumparan stator generator listrik ini mempunyai rancangan dengan sistem 3 fasa maupun sistem 1 fasa dengan sifat tegangan bolak balik (AC), sehingga tegangan AC (Alternating Current) yang dihasilkan harus di jadikan tegangan DC oleh rangkaian penyearah dioda maupun slip ring dialirkan pada kumparan penguat medan magnet.
Generator listrik dengan penguat sendiri selalu dirancang dengan AVR (Automatic Voltage Regulator) yang berfungsi sebagai pengontrol tegangan output stator. Jika tengangan yang diharapkan adalah 220 Volt atau 380 Volt maka AVR akan mengotrol besar kecilnya arus dan tegangan yang masuk pada kumparan pada penguat utama (main exciter), dan akan di lanjutkan dengan menyalurkan tegangan DC pada lilitan penguat medan melalui slip ring maupun penyearah dioda. Skematik diagram generator AC 3 fasa ditunjukan pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Skematik diagram generator AC 3 fasa (Akhdan. 2013)
AVR tidak dirancang untuk penstabil frekuensi, karena frekuensi didapat dari putaran rotor. Untuk generator listrik dengan penguat terpisah yaitu dengan memberikan suplay tegangan DC dari luar generator tersebut misalnya dari sistem penyearah dari luar yang di alirkan ke kumparan penguat medan magnet.
2.7 Lampu Pijar
Lampu Pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat teroksidasi.
Lampu pijar dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk tegangan kerja yang bervariasi dari mulai 1,25 volt hingga 300 volt. Energi listrik yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar
dibandingkan dengan sumber cahaya buatan lainnya seperti lampu pendar dan diode cahaya.
Konstruksi Lampu Pijar:
Komponen utama dari lampu pijar adalah bola lampu yang terbuat dari kaca, filamen yang terbuat dari wolfram, dasar lampu yang terdiri dari filamen, bola lampu, gas pengisi, dan kaki lampu. Konstruksi lampu pijar ditunjukan pada Gambar 2.9 (Koedoes, Y.A. 2008).
Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar
Keterangan: 1. Bola lampu
2. Gas bertekanan rendah (argon, neon, nitrogen) 3. Filamen wolfram
4. Kawat penghubung ke kaki tengah 5. Kawat penghubung ke ulir
6. Kawat penyangga 7. Kaca penyangga 8. Kontak listrik di ulir
9. Sekrup ulir 10. Isolator
11. Kontak listrik di kaki tengah
2.8 Programmable Logic Controller (PLC)
Programmable Logic Controller (PLC) adalah perangkat untuk melaksanakan fungsi kendali dan juga monitor yang dapat diprogram. Selain dikenal sebagai PLC, perangkat ini juga disebut sebagai programmable controller atau programmable binary system.
Pada dasarnya PLC merupakan suatu bentuk komputer, perbedaan dengan komputer pada umumnya (PC) adalah PLC ditujukan khusus untuk aplikasi industri sehingga mempunyai beberapa karakteristik khusus. PLC telah dilengkapi dengan I/O digital dengan koneksi dan level sinyal yang standar sehingga dapat langsung dihubungkan dengan berbagai macam perangkat seperti saklar, lampu, relay ataupun berbagai macam sensor dan aktuator.
Konstruksi PLC bersifat modular sehingga memudahkan dalam penggantian dan penambahan fasilitas yang diperlukan. PLC juga relatif lebih tahan terhadap keadaan di pabrik, misalnya kelembaban dan temperatur yang tinggi, serta gangguan dan derau yang mungkin terdapat pada berbagai peralatan industri. Rangkaian kontrol menggunakan PLC dibuat dengan software, sehingga bersifat fleksibel dan mudah untuk dimodifikasi.
1. Struktur PLC
Komponen dari suatu PLC tidak jauh berbeda dengan komponen komputer pada umumnya. Struktur dasar suatu PLC terdiri atas central processing unit, memori dan modul input/output.
a. Central Processing Unit (CPU)
Central Processing Unit adalah otak dari suatu PLC yang bertugas mengendalikan dan memonitor seluruh operasi PLC dengan cara melaksanakan program yang terdapat pada memori. Sistem bus internal digunakan untuk menghubungkan antara CPU dengan memori dan modul I/O di bawah kendali CPU. CPU memerlukan detak (clock) dengan frekuensi tertentu yang dapat dihasilakan oleh krisal kuarts eksternal ataupun rangkaian osilator. Detak tersebut menentukan kecepatan operasi PLC dan dapat digunakan untuk sinkronisasi semua elemen dalam sistem. Seluruh PLC modern menggunakan mikroprosesor sebagai CPU.
b. Memori
Memori adalah peranti yang digunakan sebagai media penyimpanan, baik program maupun data. PLC menggunakan piranti memori semikonduktor berupa RAM ataupun ROM. Pada kebanyakan PLC RAM digunakan untuk pengembangan program dan uji coba karena kemudahan dalam perubahan program. Untuk mencegah hilangnya program dari RAM saat dilepas catu dayanya sering kali PLC dilengkapi dengan baterai. Setelah program dibuat dan diuji coba, program dapat dimasukan ke EEPROM yang bersifat tetap.
Selain untuk menyimpan program memori pada PLC juga digunakan untuk penyimpanan sementara status jalur I/O dan variabel fungsi internal seperti timer, counter, penanda relay, hasil operasi aritmatika/logika dan lain – lain, untuk keperluan ini digunakan RAM.
c. Modul I/O
Modul I/O adalah pintu keluar/masuknya informasi dari dan ke PLC. Modul ini dapat bergabung menjadi satu unit PLC ataupun berupa modul yang terpisah. Modul input dan output berfungsi sebagai antarmuka antara komponen internal PLC dengan piranti lain di luar PLC sehingga didalamnya terdapat fungsi pengkondisian sinyal dan isolasi.
Modul I/O yang paling umum adalah modul I/O digital yang hanya menerima/mengirim sinyal ON/OFF saja. Meski kebanyakan komponen internal PLC bekerja pada level tegangan TTL dan CMOS, yang berkisar antara 5 – 15 Volt, namun sinyal yang diproses dari atau ke I/O digital biasanya berkisar antara 24 Volt sampai 240 Volt pada arus besar (hingga beberapa amper). Dengan adanya unit I/O ini PLC dapat langsung dihubungkan dengan piranti input dan output tanpa harus melalui rangkaian perantara atau relay.
Setiap modul I/O dirancang untuk memudahkan proses koneksi peranti input dan output dengan PLC. Untuk itu seluruh PLC dilengkapi dengan terminal sekrup standar sehingga mudah dan cepat saat proses pengkabelan. Setiap terminal I/O mempunyai alamat ataupun nomor jalur yang unik yang digunakan saat pemrograman untuk mengidentifikasi masing - masing input dan output.
2. Operasi PLC
PLC mempunyai 3 operasi dasar yang dilakukan secara berurutan, yaitu:
a. Monitor Input, yaitu membaca keadaan piranti input dan menyalin nilainya ke memori.
b. Eksekusi Program, yaitu melaksanakan program berdasarkan nilai input yang terdapat pada memori untuk menghasilakan nilai output. Program berupa ladder diagram dieksekusi dari kiri ke kanan, dari atas ke bawah.
c. Mengubah kondisi output berdasarkan hasil eksekusi program.
Ketiga proses tersebut membentuk siklus yang disebut proses scanning, proses ini dilaksanakan secara berulang - ulang selama PLC beroperasi. Waktu yang dibutuhkan pada satu kali scanning disebut waktu scanning (scanning time). 3. Pemrograman PLC Twido
Pada PLC ada empat metode/tipe bahasa pemrograman yang bisa digunakan, namun keempat bahasa pemrograman tersebut tidak semua didukung oleh suatu PLC, bahasa pemrograman yang digunakan tersebut adalah Ladder Diagram Languages (LD), Instruction List Languages (IL) Statement List (SL), Sequential Function Chart (SFC), Grafcet Languages (GL), dan High-Level Languages (HL). Pada umumnya bahasa pemrograman yang banyak didukung oleh PLC adalah Ladder Diagram Languages (LD) dan Instruction List Languages (IL). Bahasa ladder diagram pada dasarnya adalah suatu perangkat simbol dari perintah yang digunakan untuk menciptakan program pengontrol. Bahasa pemrograman tersebut dirancang untuk mewakili sedekat mungkin penampakan sistem relay yang diberi
pengawatan yang secara garis besar berfungsi untuk mengontrol output yang didasarkan pada kondisi input.
a. Pemrograman Menggunakan Ladder Diagram
Ladder diagram merupakan salah satu bahasa pemrograman yang didukung oleh PLC Twido yang pembuatannya dapat dibuat melalui software TwidoSuite. Pembuatan ladder diagram pada TwidoSuite terdiri dari beberapa rung, dan dari masing - masing rung tersebut dapat dibuat ladder diagram yang dimulai dari bar sisi kiri dan berakhir pada bar sisi kanan. Untuk menggunakan TwidoSuite, klik icon TwidoSuite pada desktop seperti pada Gambar 2.10.
Gambar 2.10 Icon TwidoSuite
Untuk pertama kalinya, TwidoSuite akan menampilkan tampilan seperti pada Gambar 2.11. Pilihlah ‘Programming Mode’ untuk memprogram PLC.
Layar program akan menuju ke Gambar 2.12, yaitu layar “Project management”. Programmer diberi pilihan untuk membuat program baru atau membuka program yang sudah jadi. Pilih “Create a new project”.
Gambar 2.12 Pilihan Project management
Tentukan nama Project dan Directory tempat Project akan disimpan pada menu Project information seperti pada Gambar 2.13, kemudian klik tombol ‘Create’.
Pada tampilan berikutnya pilih ‘Describe’ untuk setting PLC seperti pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Layar setting PLC
Pada layar setting PLC, pilih di kotak sebelah kanan (catalog) bases – compact – TWDLCAE40DRF, kemudian lakukanlah drag and drop ke kotak sebelah kiri pada gambar PLC-nya. Setelah setting PLC selesai, pilih pada bagian kanan atas ‘Program’ untuk menuju editor program PLC. Hasilnya akan tampil di editor diagram ladder seperti Gambar 2.15.
Untuk memulai membuat ladder diagram, klik icon ‘add section’, sampai muncul tampilan pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC
b. Instruksi utama Ladder Diagram 1) Kont ak
Memungkinkan untuk m asukan kont ak s eperti t ombol t ekan dan internal variable contacts. Kontak terdiri dari dua jenis kontak yaitu:
a) Kontak Normally Open (NO) dengan notasi:
b) Kontak Normally Closed (NC) dengan notasi:
2) Coil
Secara umum coil berhubungan langsung dengan keluaran yang akan mengerjakan semua perintah sesuai dengan yang diinginkan.
Pada software TwidoSuite, coil terdiri dari empat jenis, yaitu: a) Direct Coils dengan notasi:
b) Reverse Coils dengan notasi:
c) Set Coils dengan notasi:
d) Reset Coils dengan notasi:
3)Link El ement s
Berupa garis penghubung antara kontak dengan kontak atau sebagai garis penghubung antara kontak dengan coil. Ada dua jenis garis penghubung yang digunakan yaitu garis yang berbentuk vertical dan garis berbentuk horizontal.
a) Horizontal Connection
Digunakan untuk hubungan secara seri. b) Vertical Conection
Digunakan untuk membuat hubungan secara paralel.
Adapun cara membuat ladder diagram dengan TwidoSuit e, ladder diagram program dinyatakan dalam suatu bentuk umum simbolik untuk relay yang dikontrol oleh rangkaian elektrik. Program ditampilkan pada layer dan
elemen - elemen seperti kontak normally open, kontak normally close, counter, sequencer (rotary switch), relay dan lain - lain, dinyatakan dalam bentuk gambar. Listrik mengalir dari sisi kiri ke sisi kanan yang disebut ladder line (terdiri dari beberapa rung). Adapun aturan umum menggambarkan suatu program ladder diagram adalah:
a) Aliran listrik/tenaga dari rel (rail) kiri ke rel kanan.
b) Suatu coil keluaran tidak dihubungkan langsung ke rel sebelah kiri. c) Tidak ada kontak yang ditempatkan di kanan dari suatu coil keluaran. d) Hanya satu dari coil keluaran dalam suatu ladder line.
e) Tiap coil keluaran umumnya hanya satu kali dalam suatu program. c. Prinsi p pem rogram an Twi do Suite
Pada dasarnya pemrograman PLC menggunakan TwidoSuite dibagi atas 7 dasar komponen, yaitu : input, output, internal bits, membuat pengalamatan (addressing), timer, counter, dan compare block.
1)Input
Input merupakan masukan yang berupa signal yang diterima dari sensor luar. Sintaksis yang digunakan pada TwidoSuite adalah sebagai berikut:
% I y . z Keterangan: % = Menunjukkan objek I = Menunjukkan masukan y = Nomor/jumlah modul z = Nomor/jumlah saluran
2) Output
Output adalah sinyal yang dihasilkan oleh PLC yang dikirim ke relay dan lain sebagainya, sintaksis yang digunakan adalah sebagai berikut:
% Q y . z Keterangan: % = Menunjukkan obyek Q = Menunjukkan keluaran y = Nomor/jumlah modul z = Nomor/jumlah saluran 3) Internal Bits
Internal Bits merupakan wilayah memori yang dialokasikan oleh PLC, internal bits ini dapat dipakai sebagai output internal dan hanya dapat digunakan untuk keperluan internal. Dengan kata lain, output internal tidak langsung mengendalikan peranti output. Pada PLC Twido compact type TWDLCAE40DRF internal bits yang bisa digunakan yaitu mulai dari %M0 sampai %M255. Sintaksis yang digunakan adalah sebagai berikut:
% M n
Keterangan:
% = Menunjukkan obyek
M = Menunjukkan bit di dalam memori internal n = Nomor/jumlah bit internal
4) Membuat pengalamatan (addressing)
Pengalamatan adalah memberi notasi input dan output pada kontak dan coil ladder diagram.
a) Format umum dari pengalamatan I/O adalah sebagai berikut:
% I, Q x . y . z
Keterangan: I = Input Q = Output
x = Master (0)/slave (1 – 7) controller y = Base (0)/expansion (1 – 7) I/O z = I/O chanel number
b) Format umum dari pengalamatan bit adalah sebagai berikut:
% M, S, or X, i Keterangan: M = Internal bits S = Sistem bits X = Step bits i = Number
c) Format umum pengalamatan word adalah sebagai berikut:
% M, K, or S, W, i
Keterangan:
M = Internal word K = Konstanta word
S = Sistem word W = Word (16 bit) i = Number 5) Timer
Timer digunakan sebagai pengatur waktu proses, dapat digunakan sebagai komponen tundaan (timer ON delay). Umumnya merupakan kontak fungsi yang dapat diatur memberikan suatu keluaran kondisi ON selama selang waktu tertentu (timer OFF delay). Dapat digunakan untuk membuat pulsa dengan lebar tertentu/timer pulsa (ini termasuk ke dalam fitur tambahan atau hanya terdapat pada PLC tertentu saja).
Dalam timer terdapat input, konstanta timer, output. Input berfungsi memulai aktifnya timer untuk mulai menghitung waktu. Konstanta timer memberikan nilai berapa lama timer aktif. Output memberikan keluaran logika 1 atau 0 bila waktu yang dinyatakan dalam konstanta timer telah tercapai. Blok fungsi timer ditunjukan pada Gambar 2.17.
6) Counter
Counter berfungsi untuk menghitung jumlah perubahan input, dapat untuk membatasi banyaknya perubahan input. Ada dua jenis counter yaitu menghitung naik (up-counter) dan turun (down-counter). Dalam kehidupan sehari - hari terdapat juga counter mekanik dan elektronik. Counter akan mengeluarkan nilai 0 atau 1 bila nilai preset telah tercapai. Ada juga step counter dimana perubahan input akan ditampilkan pada setiap alamat output tertentu. Blok fungsi counter ditunjukan pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18Blok fungsi counter
7) Fast Counter
Fast Counter berfungsi sebagai counter atau down-counter. Fast Counter dapat menghitung input diskrit sampai frekuensi 5 kHz. Karena fast counter dikelola oleh interupsi perangkat keras tertentu, mempertahankan tingkat sampling frekuensi maksimum dapat bervariasi, tergantung pada konfigurasi aplikasi dan perangkat keras. Blok fungsi fast counter ditunjukan pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19Blok fungsi fast counter
8) Pulse Width Modulation
PWM adalah fungsi khusus yang dapat ditugaskan ke output. Sinyal persegi panjang ini memiliki periode konstanta (user-configurable) P dengan kemungkinan memvariasikan lebar pulsa T ON dan dengan demikian siklus tugas (T ON / P). Blok fungsi PWM ditunjukan pada Gambar 2.20.
9) Compare Block
Instuksi compare block yang ada pada PLC Twido digunakan untuk membandingkan dua operand. Tabel 2.1 merupakan daftar tipe dari instruksi perintah compare block.
Tabel2.1Daftar tipe instruksi compare block
Instruksi Fungsi
> Digunakan jika operand satu lebih besar dari operand dua.
>= Digunakan jika operand satu lebih besar atau sama dengan operand dua.
< Digunakan jika operand satu lebih kecil dari operand dua.
< = Digunakan jika operand satu lebih kecil atau sama dengan operand dua.
= Digunakan jika operand satu lebih sama dengan operand dua.
< > Digunakan jika operand satu lebih berbeda dengan operand dua.
10) Instruksi aritmatika
Instruksi aritmatika digunakan untuk melakukan operasi aritmatika antara dua operand bilangan bulat atau pada satu operand bilangan bulat. Daftar tipe intruksi aritmatika ditunjukan pada Tabel 2.2.
Tabel2.2Daftar tipe instruksi aritmatika Instruksi Fungsi + Operasi penjumlahan - Operasi pengurangan * Operasi perkalian / Operasi pembagian
REM Sisa pembagian dua operand SQRT Akar kuadrat dari operand
INC Kenaikan sebuah operand DEC Penurunan operand ABS Nilai absolut operand
2.9 Proportional IntegralDerivatif (PID)
Sistem pengendalian kecepatan motor induksi menggunakan kendali PID telah dikaji dan diterapkan dalam beberapa penelitian. Pengendali PID terdiri dari pengendali Proportional (P), Integral (I), dan Derivatif (D) yang secara keseluruhan bertujuan untuk mempercepat respon sebuah sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan yang besar. Secara umum sistem pengendali PID diperlihatkan pada Gambar 2.21 (Kurniawan, I.H., dan Hayat, L. 2016).
Gambar 2.21 Sistem pengendali PID
Kontrol Proporsional Integral merupakan perubahan dari keluaran kontrol integral, berubah dengan fungsi waktu yang sebanding dengan sinyal kesalahan. Hubungan antara keluaran kontroler dan sinyal kesalahan ditunjukan pada persamaan (2.2). U(t) = Kp e(t) + 𝐾𝑝 𝑇𝑖 ∫ 𝑒 𝑡 0 (t) dt (2.2) Keterangan:
U(t) = Sinyal kendali Kp = Gain proportional e(t) = Sinyal kesalahan Ti = Waktu integral
Kontrol PID adalah gabungan kontrol proportional, kontrol integral, dan kontrol derivatif. Gabungan kontrol ini mempunyai keunggulan dalam memperbaiki kesalahan sinyal dibandingkan dengan masing - masing dari tiga kontrol tersebut. Kontrol PID ditunjukan pada persamaan (2.3).
𝑈(𝑡) = 𝐾𝑝. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 + 𝐾𝑑 .𝑑𝑒(𝑡)𝑑𝑡 (2.3) Keterangan:
U(t) = Sinyal kendali e(t) = Error
Kp = Gain proportional Ki = Gain integral Kd = Gain derivatif
Td = Konstanta waktu derivatif
Kontroler Digital
Untuk dapat diterapkan pada kontroler digital, maka persamaan (2.3) harus diubah ke dalam persamaan diskrit dengan mendifinisikan persamaan di atas terhadap waktu. Persamaan diskrit ditunjukan pada persamaan (2.4).
𝑑𝑢 𝑑𝑡 = 𝐾𝑝 𝑑𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 + 𝐾𝑖. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑑 . 𝑑2𝑒(𝑡) 𝑑𝑡2 (2.4) Keterangan: e(t) = Error Kp = Gain proportional Ki = Gain integral Kd = Gain derivatif
Td = Konstanta waktu derivatif
Pada persamaan (2.4) dapat diketahui berapa lama keluaran kontroler harus berubah untuk setiap perubahan waktu yang dianggap kecil. Dalam sistem digital,
selang waktu dt dinyatakan dalam waktu sampling Ts. Maka untuk mengetahui berapa besar keluaran dan error dalam bentuk perubahan dari satu sampling ke sampling berikutnya ditunjukan pada persamaan (2.5).
∆𝑢 𝑇𝑠 = 𝐾𝑝 ∆𝑒 𝑇𝑠+ 𝐾𝑖. 𝑒 + 𝐾𝑑 . ∆ 𝑇𝑠 [ ∆𝑒 𝑇𝑠] (2.5) Keterangan: ∆𝑢 = Sinyal turunan Ts = Waktu sampling Kp = Gain proportional e(t) = Error Ki = Gain integral Kd = Gain derivatif
2.10 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)
Supervisory Control And Data Acquisitio diambil dari dua kata, yaitu:
Supervisory Control adalah sistem yang berfungsi untuk memberikan instruksi kendali dan mengawasi kerja suatu proses tertentu, sedangkan Data Acquisition adalah sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan, dan memproses data untuk kemudian disajikan sesuai kebutuhan yang dikehendaki. Supervisory Control And Data Acquisition adalah sistem berbasis komputer yang dapat melakukan pengawasan, pengendalian, dan akuisisi data terhadap suatu proses tertentu secara real time.
1. Arsitektur SCADA
Arsitektur dari SCADA terdiri dari beberapa bagian yang memiliki perannya masing – masing yaitu:
a. Plant/field device adalah suatu proses dilapangan yang diwakili oleh sensor dan aktuator.
b. RTU (Remote Terminal Unit) adalah yang berupa PLC, berfungsi pengendali plant/field device, mengirim sinyal kontrol, mengambil data dari plant, dan mengirim data ke MTU.
c. MTU (Master Terminal Unit) adalah berupa PLC yang bertindak sebagai master bagi RTU, berfungsi mengumpulkan data dari satu atau beberapa RTU, melakukan koordinasi dengan memberi perintah ke RTU untuk menjaga proses berjalan dengan stabil dan memberikan data ke server/HMI. d. HMI (Human Machine Interface) adalah alat untuk menampilkan data pada
suatu perangkat yang komunikatif dan animatif, dan menyediakan antarmuka untuk komunikasi antara mesin dan manusia (operator).
e. Protokol Komunikasi adalah sebuah aturan atau standar yang mengatur atau mengijinkan terjadinya hubungan, komunikasi, dan perpindahan data antara dua atau lebih titik komputer.
f. Database Server adalah sebuah perangkat yang bekerja untuk mencatat atau menyimpan data pengendalian pada sistem SCADA.
Gambar 2.22 Arsitektur SCADA (Amar. 2013)
2. Pengenalan Software Vijeo Citect
Vijeo Citect adalah salah satu software program yang digunakan pada industri otomatis yang memiliki tingkat efisiensi yang tinggi pada semua operasi dengan sistem cepat, open system architecture, fungsi network yang powerfull. Pada Vijeo Citect terdiri dari dua program, yaitu Vijeo Citect Explorer dimana ini digunakan untuk proses editing dan Vijeo Citect Runtime digunakan untuk proses running dari sebuah tampilan yang akan dimonitor. Vijeo Citect dapat diaplikasikan pada sistem dengan skala besar dan juga pada sistem skala kecil.
a. Kelebihan Software Vijeo Citect 1) Open System Architecture
Open System Architecture memberikan kemudahan secara khusus bagi pengguna yang berbeda - beda, menyediakan fleksibilitas yang tinggi untuk melakukan hubungan dengan system software lain diantaranya:
a) Vijeo Citect didukung 3 buah tampilan yaitu Citect Explorer, Citect Project Editor, Citect Graphics Builder dan aplikasi program diluar Vijeo Citect dengan mudah mendapatkan data dari Vijeo Citect.
b) Hubungan Vijeo Citect dengan tags biasa menggunakan events.
c) Vijeo Citect dapat membuka Vijeo Citect net protocol dengan menggunakan folder communication yang ada pada Citect Explorer, yang digunakan untuk menukar data antara Vijeo Citect yang lain. Data dari Vijeo Citect dapat di set atau mengikuti sambungan high level host computer.
2) Mendukung bermacam - macam networking
a) Vijeo Citect didukung bermacam - macam protocol.
b) Struktur network Vijeo Citect dapat didukung sistem kerja yang berdiri sendiri, peer to peer, client / server, dan hal seperti ini dapat dilakukan pada sistem dengan skala besar maupun sistem dengan skala kecil. 3) Pembuatan layar grafis dengan mudah
Pada Vijeo Citect telah disediakan bermacam - macam type wizard dan symbol library, dengan didukung tampilan Citect Graphics Builder sistem dapat dikonfigurasi dengan mudah sehingga pembuatan animasi tidak begitu sulit karena obyek yang kita inginkan sudah tersedia pada symbol library tools.
4) Supporting Internet
Pada Vijeo Citect dapat dilakukan pengoperasian suatu plant yang dapat terhubung melalui jaringan komunikasi yang terdapat di internet. Fungsi yang digunakan terdapat pada web server sehingga status plant dapat dimonitor dan dikontrol melalui web browser dari tempat kendali yang memiliki jarak cukup jauh.
5) Data yang kompatibel dengan software lain
a) Data pada tag, kompatibel antara Microsoft Excel dengan Vijeo Citect, b) Data hasil pengoperasian dari Vijeo Citect dapat di convert ke
Microsoft Excel dan Word,
c) Dapat dilakukan penukaran data dari software grafis seperti AutoCad, Photoshop, CorelDraw, dll.
b. Outline Vijeo Citect Explorer
Nama dari file eksekusi Vijeo Citect adalah Vijeo Citect. Cara pertama untuk menjalankan Vijeo Citect adalah klik “program” pada start menu lalu klik “Schneider Electric” kemudian klik “SoCollaborative” selanjutnya klik “Vijeo Citect 7.20” dan pilih Vijeo Citect Explorer.
Setelah dipilih Vijeo Citect Explorer maka akan terdapat 3 tampilan dasar yang dapat digunakan untuk manajemen data dan file, membuat desain grafis, dan mengeksekusi atau menjalankan sistem. Ketiga tampilan tersebut antara lain:
1) Citect Explorer
Citect Explorer merupakan tampilan yang digunakan untuk membuat dan pembuatan project. Selain itu juga dapat mengatur semua file - file yang berada pada sub bagian folder project, sehingga berfungsi seperti Windows Explorer pada Windows. Citect Explorer juga berfungsi untuk mengatur setup komunikasi pada pembuatan project baru. Tampilan citect explorer ditunjukan pada Gambar 2.23.
Gambar 2.23 Tampilan Citect Explorer
2) Citect Project Editor
Citect Project Editor digunakan sebagai tempat untuk membuat, mengatur, dan mengedit database. Database yang dibuat pada citect project editor berupa cluster, tags, event, alarm, dll. Untuk membuat database diatas dapat dilihat pada menu - menu yang disediakan pada citect project editor. Untuk membuat cluster name dapat dilihat pada menu servers. Pada menu tags terdapat dua cara untuk membuat alamat nama tags yaitu variable tags dan local variable, dimana untuk menggunakan variable tags harus langsung terhubung dengan I/O devices sedangkan local variable tidak perlu terhubung langsung dengan I/O devices dan dapat langsung disimulasikan.
Pada halaman citect project editor setelah membuat atau melakukan pengeditan database perlu dilakukan pack dan compile, sehingga data yang telah dibuat dapat tersusun secara baik dan jika terjadi error maka dapat diketahui letak kesalahannya. Untuk melakukan pack dan compile dapat
dilihat pada menu file. Tampilan citect project editor ditunjukan pada Gambar 2.24.
Gambar 2.24 Tampilan Citect Project Editor
3) Citect Graphic Builder
Citect Graphic Builder digunakan untuk membuat serta mengedit desain animasi plant pada sistem monitor dan juga memberikan label atau nama pada desain masing - masing animasi yang akan dibuat. Selain itu dapat memasukan gambar dan simbol dari luar yang bias dimodifikasi. Tampilan citect graphics builder ditunjukan pada Gambar 2.25.
