i
RANCANG BANGUN SISTEM KOMUNIKASI MULTI PLC PADA PENGENDALIAN MESIN INDUSTRI
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik
BADRUL UMAM 1303030008
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK DAN SAINS
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PURWOKERTO JANUARI 2018
MOTTO
Utamakan Allah SWT, Maka Allah SWT akan
mengutamakan kita
vi
vii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena limpahan kasih sayang-Nya serta kuasa-Nya penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam semoga sela tercurah kepada Baginda Besar Nabi Muhammad SAW.
Penulisan Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Perwokerto. Judul yang penlis ajukan adalah “Rancang Bangun Sistem Komunikasi Multi PLC pada Pengendalian Mesin Industri”
Pada kesempatan ini penyusun menyampaikan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada semua pihak yang terlibat dalam pembuatan Skripsi ini. Kiranya Allah SWT yang akan membalas semua kebaikan yang telah diberikan kepada penulis. Ucapan terima kasih penulis tujukan kepada :
1. Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah serta inayah-Nya, sehingga dapat menyelesaikan Skripsi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Purwokerto.
2. Keluarga, Bapak Solatun, Ibu Siti Wasingah, saudara kandung Dwi Maftuhah dan Fahmi Nur Rahman yang senantiasa mendukung dan mendoakan selama Skripsi dilaksanakan.
3. Bapak Muhammad Taufiq Tamam selaku Dekan Fakultas Teknik dan Pembimbing Akademik angkatan 2013 yang selalu mengarahkan mahasiswanya untuk menjadi pribadi yang lebih baik lagi di masa yang akan datang dan selalu mendukung mahasiswanya dalam menyelesaikan Skripsi ini.
4. Bapak Winarso selaku Kepala Program Studi Teknik Elektro sekaligus pembimbing yang tidak pernah lelah membimbing mahasiswa dalam mengerjakan Skripsi hingga selesai pelaksanaannya.
5. Bapak Arif Johar Taufik sebagai pemimbing yang sudah berpengalaman memberi banyak ilmu dari awal pelaksanaan sampai akhir.
6. Bapak Itmi Hidayat Kurniawan yang telah memberikan bimbingan dan dan ilmu dari awal pelaksanaan penelitian sampai akhir.
7. Pak Bayu yang senantiasa membantu pelaksanaan penelitian di laboratorium.
8. Staf TU yang membantu dalam hal administratif.
9. Dewi Ayu Rachmawati yang senatiasa memberi semangat dan motivasi dalam menyelesaikan penelitian ini.
10.Teman-teman mahasiswa Teknik Elektro angkatan 2012, angkatan 2013, angkatan 2014, angkatan 2015, angkatan 2016 dan angkatan 2017 yang selalu mendukung dan berbagi kebahagian bersama.
11.Kakak-kakak alumni Teknik Elektro UMP yang tak pernah lelah membantu dan memberikan saran ketika terdapat kesulitan dalam pengerjaan Skripsi ini.
12.Teman-teman dari semua prodi yang telah membantu dalam mengerjakan Skripsi ini.
Sadar bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu mengharapkan saran dan kritik dari para pembaca demi kesempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kami khususnya dan bagi para pembaca.
Purwokerto, 6 Januari 2018
Badrul Umam
viii
ix
RANCANG BANGUN SISTEM KOMUNIKASI MULTI PLC PADA PENGENDALIAN MESIN INDUSTRI
Badrul Umam1, Arif Johar Taufiq2, Winarso3
INTISARI
Dunia industri terdapat banyak proses yang membutuhkan efisiensi dan efektifitas sehingga sangat diperlukan sistem kontrol, sebagian besar industri menggunakan PLC (Programmable Logic Controller) sebagai sistem kontrol. Industri terkadang ingin menambah mesin untuk memaksimalkan produksi dimana kontrol mesin yang baru berbeda dengan yang lama, sementara industri menginginkan mesin yang lama tetap dipertahankan, sehingga dibutuhkan koneksi antar PLC berbeda merek untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Masalah koneksi antar PLC timbul karena pada masing – masing PLC memiliki sistem pengontrolan dan cara berkomunikasi sendiri, sehingga penelitian rancang bangun komunikasi antar PLC dengan berbeda merek dilakukan. Penelitian menggunakan perangkat PLC TWIDO TWDLCAE40DRF dan Omron CPM2A. Koneksi yang digunakan koneksi ethernet sehingga perlu pengkonversian koneksi pada PLC Omron CPM2A dikarenakan pada dasarnya PLC tersebut hanya menggunakan koneksi serial. OPC merupakan standar industri untuk koneksi antar sistem. Dengan menggunakan standar OPC, data dapat dikirimkan dari berbagai macam sumber data ke aplikasi apapun yang memenuhi standar OPC. Plant untuk mensimulasikan sistem merupa mesin Extruder pembuat kabel listrik tegangan rendah dimana sistem akan mengatur dan monitoring suhu dan putaran motor. Pada pengontrolan suhu diperoleh respon waktu rata-rata setiap kenaikan 2 derajat celsius sebesar 26,667 detik sedangkan rata-rata waktu setiap penurunan suhu 2 derajat celsius sebaesar 66,25 detik.
Kata kunci : Kontrol Mesin Industri, OPC, PLC.
DESIGN OF MULTI PLC COMMUNICATION SYSTEM FOR INDUSTRIAL MACHINE CONTROL
Badrul Umam1, Arif Johar Taufiq2, Winarso3
ABSTRACT
The industry there are many processes that require efficiency and effectiveness so control system is a necessary, most industries use PLC (Programmable Logic Controller) as a control system. Industry sometimes want to add more machine to maximize production meanwhile new machine control is different from the old one, while the industry wants the old machine to be maintained. Therefore, it requires connections between different PLC brands to meet those needs. Connection problems between PLCs arise because the PLC has a control system and communication on their own. Therefore, research design of communication between PLC with different brand is done. Research used TWIDO TWDLCAE40DRF PLCs and Omron CPM2A PLCs. Ethernet connection is used, so conversion of connection at Omron CPM2A PLCs because basically PLCs only use serial connection. OPC is an industry standard for inter-system connections. By using OPC standards, data can be sent from a variety of data sources to any application that meets OPC standards. The plant to simulate was an Extruder machine of low voltage power cable manufacturer where it would arrange and monitor the temperature and motor rotation.At the temperature control average response time increase every 2 degree celsius equal at 26.667 sec while mean time in each temperature drop at 2 degree celsius was 66.25 second.
Keywords: Industrial Machine Controls, OPC, PLC.
x
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL i
HALAMAN PERSETUJUAN ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINILITAS iii
HALAMAN PENGESAHAN iv
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI SKRIPSI UNTUK
KEPENTINGAN AKADEMIS v
MOTTO vi
KATA PENGANTAR vii
INTISARI ix
ABSTRACT x
DAFTAR ISI xi
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR TABEL xv
DAFTAR SINGKATAN xvi
BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Perumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Metodologi Penelitian 4
1.6 Sistematika Penulisan Skripsi 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 7
2.1 Hasil Penelitian Terdahulu 7
2.2 Landasan Teori 9
2.2.1 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) 9
2.2.2 OPC 16
2.2.3 Programmable Logic Control (PLC) 17
2.2.4 Converter Serial ke Ethernet Gateway 44
2.2.5 Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) 48
2.2.6 Local Area Network (LAN) 50
2.2.7 Protokol Modbus 51
2.2.8 Protocol Omron Host Link 51
2.2.9 Mesin Extruder 52
2.2.10 Thermocouple 53
BAB III PERANCANGAN SISTEM 56
3.1 Gambaran Umum 56
3.2 Diagram Alur Perancangan 57
3.3 SCADA 58
3.4 OPC (OLE for Process Control) Server 58
3.5 PLC TWIDO TWDLCAE40DRF 59
3.6 PLC OMRON CPM2A 59
3.7 Konversi Data Serial RS232 ke TCP/IP 60
3.8 Perancangan Perangkat Keras 66
3.9 Perancangan Perangkat Lunak 69
1. Setting Komunikasi pada PLC TWIDO TWDLCAE40DRF 69
2. Setting Komunikasi pada PLC Omron CPM2A 71
3. Setting OPC Server 72
4. Perancangan Plant Mesin Industri 76
5. Pembuatan Ladder Diagram PLC 77
6. Perancangan Sistem SCADA 78
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS 85
4.1 Analisis Umum 85
4.2 Pengujian Komunikasi Data 87
4.3 Uji Coba Komunikasi antara Omron CPM2A dan Twido
TWDLCAE40DRF dengan OPC Server 88
4.4 Percobaan Komunikasi Data Antara PLC, OPC Server, dan SCADA 96
4.5 Hasil Percobaan Komunikasi pada Sistem Plant 97
4.6 Pengujian respon Nilai Suhu riil Terhadap Nilai Referensi pada Plant 101
BAB V PENUTUP 103
5.1 Kesimpulan 103
5.2 Saran 103
xii
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Arsitektur SCADA ... 11
Gambar 2.2 Tampilan CitectExplorer ... 14
Gambar 2.3 Tampilan Citect project editor ... 15
Gambar 2.4 Tampilan Citect Graphic Builder ... 16
Gambar 2.5 Icon TwidoSuite ... 21
Gambar 2.6 Tampilan menu TwidoSuite ... 22
Gambar 2.7 Pilihan Projectmanagement ... 22
Gambar 2.8 Mengisikan nama Project dan Directory ... 23
Gambar 2.9 Layar setting PLC... 23
Gambar 2.10 Tampilan pertama editorladder diagram ... 24
Gambar 2.11 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC ... 24
Gambar 2.12 Blok fungsi Timer ... 31
Gambar 2.13 Blok fungsi Counter ... 31
Gambar 2.14 Blok fungsi FastCounter ... 32
Gambar 2.15 Ilustrasi siklus kerja PWM ... 33
Gambar 2.16 Blok fungsi PWM ... 33
Gambar 2.17 Icon CX-Programmer ... 35
Gambar 2.18 Tampilan awal CX_programmer ... 35
Gambar 2.19 Tampilan pemilihan device ... 36
Gambar 2.20 Lembar kerja CX-Programmer ... 36
Gambar 2.21 Pembuatan contact baru ... 38
Gambar 2.22 Pembuatan Coil baru ... 38
Gambar 2.23 Peringatan koneksi ke PLC ... 39
Gambar.2.24 Tampilan transfer ke PLC ... 39
Gambar 2.25 Download options ... 40
Gambar 2.26 Tampilan download sukses ... 40
Gambar 2.27 Modul WIZ110SR ... 45
Gambar 2.28 Blok Diagram WIZ110SR ... 45
Gambar 2.29 Pin Out Port Serial Modul WIZ110SR... 47
Gambar 2.30 Mesin Extruder ... 53
Gambar 2.31 Prinsip Dasar Thermocouple ... 53
Gambar 3.1 Alur Perancangan Sistem ... 57
Gambar 3.2 Tampilan Software Wiz1x0SR_Configtool ... 61
Gambar 3.3 Frame data serial ... 62
Gambar 3.4 Tahap-tahap pengiriman data pada protokol TCP/IP ... 63
Gambar 3.5 Format Header TCP ... 64
Gambar 3.6 Serial Omron CPM2A Pin out ... 67
Gambar 3.7 RS232C Pin out Standar ... 67
Gambar 3.8 Koneksi Kabel Serial ... 68
Gambar 3.9 Warna – warna pada kabel straight ... 68
Gambar 3.10 Konfigurasi IP Address PLC TWIDO ... 70
Gambar 3.11 Konfigurasi IP Address ... 72
Gambar 3.12 Channel pada SoftwareKepserverEX v5 ... 73
Gambar 3.13 Konfigurasi IP Address Omron ... 73
Gambar 3.14 Konfigurasi IP Address TWIDO ... 74
Gambar 3.15 Konfigurasi Port TWIDO ... 74
Gambar 3.16 Tag Omron CPM2A pada KepserverEX v5 ... 75
Gambar 3.17 Tag PLC TWIDO TWDLCAE40DRF ... 75
Gambar 3.18 Driver OPC ... 79
Gambar 3.19 Alamat SoftwareKepserverEX v5 ... 79
Gambar 3.20 Tampilan Utama ... 80
Gambar 3.21 Tampilan monitor suhu ... 81
Gambar 3.22 Tampilan kontrol putaran motor ... 81
Gambar 3.23 ImportTag ... 82
Gambar 3.24 ImportVariable Tag ... 82
Gambar 3.25 ImportTag PLC CPM2A ... 83
Gambar 3.26 ImportTag PLC TWIDO TWDLCAE40DRF ... 83
Gambar 3.27 Klik Import ... 84
Gambar 4.1 Bagian-bagian dari modul simulasi ... 86
Gambar 4.2 IP Address PLC TWIDO yang terhubung dengan PC ... 87
Gambar 4.3 IP Address PLC Omron yang terhubung dengan PC ... 88
Gambar 4.4 Kondisi koneksi pada PLC Omron CPM2A saat terputus ... 90
Gambar 4.5 Kondisi koneksi pada PLC TWIDO ... 90
Gambar 4.6 Kondisi koneksi pada PLC Omron CPM2A saat terhubung ... 91
Gambar 4.7 Kondisi koneksi pada PLC TWIDO ... 91
Gambar 4.8 Kondisi HR0.00 pada PLC Omron ... 92
Gambar 4.9 OPC Quick Client membaca kondisi nilai HR0.00 ... 92
Gambar 4.10 Mengubah nilai variable tag pada OPC Quick Client ... 93
Gambar 4.11 PLC Omron membaca nilai yang dikirim ... 93
Gambar 4.12 Kondisi memori %M4 pada PLC TWIDO ... 94
Gambar 4.13 OPC Quick Client membaca nilai ... 94
Gambar 4.14 Mengubah nilai variable tag pada OPC Quick Client ... 95
Gambar 4.15 PLC membaca nilai yang dikirim oleh OPC Quick Client ... 95
Gambar 4.16 Tampilan simulasi ketika tidak terhubung dengan PLC. ... 96
Gambar 4.17 Tampilan simulasi ketika terhubung dengan PLC ... 97
Gambar 4.18 Tampilan awal sebelum Plant diaktifkan ... 98
Gambar 4.19 Tampilan setelah Plant diaktifkan... 98
Gambar 4.20 Tampilan simulasi monitoring suhu ... 99
Gambar 4.21 Tampilan kontrol putaran motor ... 100
Gambar 4.22 Tampilan trend suhu... 100
xiv
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 PWM address dan PWM outputaddress ... 33
Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi compare block ... 34
Tabel 2.3 Daftar tipe instruksi aritmetika ... 34
Tabel 2.4 Spesifikasi dan konfigurasi modul WIZ110SR ... 46
Tabel 2.5 Pin out modul WIZ110SR ... 47
Tabel 3.1 Alokasi Address pada PLC TWIDO TWDLCAE40DRF ... 76
Tabel 3.2 Alokasi Address pada PLC Omron CPM2A ... 77
Tabel 3.3 Pengalamatan I/O PLC TWIDO TWDLCAE40DRF ... 78
Tabel 3.4 Pengalamatan I/O PLC Omron CPM2A ... 78
Tabel 4.1 Peralatan yang digunakan untuk pengujian sistem ... 85
DAFTAR SINGKATAN
ASCII = American Standard Code for Information Interchange
CMD = Command Prompt
CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor
DAS = Data Acquisition System
DC = Direct Current
DCS = Distributed Control System
EEPROM = Electrically Erasable Progrsmmsble Read Only Memory
FC = Fast Counter
GL = Grafcet Languages
HL = High Level Languages
HMI = Human Machine Interface
I/O = Input/Output
IL = Instruction List Languages
INT = Iteger
IP = Internet Protocol
LAN = Local Area Network
LD = Ladder Diagram
M = Memory bit
MTU = Master Terminal Unit
MW = Memory Word
NO = Normaly Open
NC = Normaly Close
OPC = OLE for Process Control
PC = Personal Computer
PID = Proportional Integral Derivatif
PLC = Programable Logic Controler
PVC = polyvinyl chloride
PWM = Pulse Width Modulation
RAM = Random Access Memory
ROM = Read Only Memory
RPM = Rotary per Minute
RTU = Remote Terminal Unit
SCADA = Supervisory Control And data Acquisition
TCP/IP = Transmission Control Protocol/Internet Protocol
TM = Timer
TTL = Transistor – Transistor Logic
xvi
