PLC Basic 1 – Programmable Logic Controller (PLC)

1.1 Programmable Logic Controller

Programmable Logic Controller (PLC) saat ini banyak di gunakan untuk proses kendali di industri.  PLC adalah komputer kelas industri yang bisa di program untuk melakukan fungsi-fungsi kendali.

PLC mampu menggantikan sistem kendali relay konvensional. Keuntungan menggunakan PLC yaitu mudah untuk diprogram dan pemasangannya, mempunyai kecepatan tinggi untuk pengendalian, kesesuaian terhadap jaringan, memudahkan untuk pengujian dan pemecahan masalah, dan handal. Program kendali pada PLC biasanya disimpan dalam memori yang di-backup oleh battery atau pun non-volatile memory.

 

Gambar 1.1 Programmable Logic Controller

 

PLC tidak seperti komputer pada umumnya, PLC dirancang untuk bekerja dilingkungan industri dan dilengkapi dengan antarmuka input/output yang spesial dan bahasa pemrograman yang berbeda.

Pada awalnya, PLC digunakan untuk menggantikan relay konvensional. PLC menawarkan beberapa keuntungan dari kendali relay konvensional. Relay konvensional harus melakukan pengkabelan untuk melakukan fungsi yang spesifik. Ketika sistem memerlukan perubahan, pengkabelan harus berubah juga atau dimodifikasi. PLC telah menghilangkan pengkabelan yang berhubungan dengan kendali relay konvensional.

Gambar 1.2 Panel kendali relay dan Panel kendali PLC

 

PLC menyediakan keuntungan-keuntungan sebagai berikut :

  • Peningkatan Kehandalan. Ketika program sudah selesai di buat dan diuji, dengan mudah untuk diunduh ke PLC lain yang sejenis. Meminimalisir kesalahan pengkabelan, program mengambil alih untuk melakukan pengkabelan eksternal yang kompleks.

Gambar 1.3 Program dari sebuah PLC

 

  • Fleksibilitas. Mudah untuk membuat dan merubah sebuah program PLC daripada membuat pengkabelan atau merubah pengkabelan sebuah sirkuit. Dengan PLC, hubungan antara input dan output di definisikan oleh program yang telah dibuat. Pemakai dapat merubah program dilapangan atau jika diperlukan sistem keamanan juga di sediakan dengan membuat password.

Gambar 1.4 hubungan input dan output di definisakan oleh user program

 

  • Kemampuan Komunikasi. Sebuah PLC dapat berkomunikasi dengan controller lainnya atau dengan komputer untuk melakukan fungsi pengawasan, pengumpulan data, monitor peralatan dan proses parameter dan download/upload program.

Gambar 1.5 Modul komunikasi

 

  • Waktu Respon Lebih Cepat. PLC di rancang untuk kecepatan tinggai dan aplikasi real-time. PLC bekerja secara real-time artinya suatu kejadian dilapangan akan menghasilkan sebuah eksekusi operasi atau output. Mesin yang memproses ratusan items per detik dan benda yang melewati sebuah sensor dengan cepat membutuhkan PLC dengan kemampuan respon yang cepat.

Gambar 1.6 Kecepatan berhitung

 

  • Mudah untuk pemecahan masalah. PLC mempunyai  sistem diagnosa dan fungsi override yang memudahkan pemakai untuk menemukan dan memperbaiki masalah. Untuk menemukan dan memperbaiki masalah, pemakai  bisa memonitor program kendali dan menyaksikan secara real-time pada saat dieksekusi.

Gambar 1.7 Monitor program secara real-time

 

1.2 Bagian-bagian PLC

Pada umumnya PLC di bagi menjadi beberapa bagian, yaitu Central Processing Unit (CPU), Input/Output, Catu Daya dan alat pemrograman.

Gambar 1.8 bagian-bagian pada PLC

 

Ada dua model yang berhubungan dengan input/ouput yaitu fixed dan modular. Fixed I/O pada umumnya PLC kecil yang I/O nya menjadi satu paket,  processor dan I/O menjadi satu. Keuntungan dari model ini harganya relatif murah. Jumlah I/O yang tersedia bervariasi dan biasanya dapat ditambah dengan membeli I/O unit tambahan. Kekurangan dari model ini yaitu kurang fleksibel, dibatasi dengan jumlah I/O dan juga jika salah satu bagian rusak maka harus mengganti keseluruhan.

Gambar 1.9 Konfigurasi Fixed I/O

 

Modular I/O di bagi menjadi beberapa modul yang bisa di pasang. Fitur ini sangat meningkatkan fleksibilitas terhadap pilihan-pilihan. Kita dapat memilih modul-modul yang tersedia dan memasang modul tersebut sesuai kebutuhan.

Gambar 1.10 konfigurasi Modular I/O

 

Catu daya memberikan daya DC ke modul-modul yang terpasang pada rack. Untuk sistem PLC yang besar, catu daya ini tidak memberikan daya ke peralatan di lapangan. Catu daya untuk peralatan dilapangan di berikan oleh eksternal catu daya. Untuk beberapa PLC kecil, catu daya dapat di gunakan juga untuk memberikan daya ke perangkat dilapangan.

Gambar 1.11 Catu daya memberikan daya DC ke module yang di pasang di rack

 

Processor (CPU) adalah otak dari PLC. Processor pada umumnya terdiri dari micro-processor untuk mengimplementasikan logika dan mengendalikan komunikasi antara modul. Processor membutuhkan memori untuk menyimpan hasil operasi logika yang di lakukan oleh micro-processor. Memori EPROM atau EEPROM dan RAM juga di butuhkan untuk menyimpan program.

Gambar 1-12 PLC processor

 

CPU mengendalikan semua aktivitas PLC dan di rancang sedemikian rupa supaya pemakai dapat memasukan program yang di inginkan. Program PLC di eksekusi sebagai bagian dari proses yang berulang-ulang yang disebut dengan scan. Umumnya PLC memulai scan dengan membaca status input, kemudian program dieksekusi. Setelah eksekusi program selesai, CPU melakukan diagnosa internal dan tugas komunikasi. Lalu, semua status output diperbaharui. Proses ini berulang-ulang selama PLC dalam mode RUN.

Gambar 1-13 PLC scan

 

Sistem I/O mempunyai antarmuka yang dapat menghubungkan perangkat dilapangan dengan controller. Tujuan antarmuka ini untuk menerima/mengirim berbagai macam sinyal ke/dari perangkat. Perangkat input seperti tombol tekan, limit switch dan sensor dihubungkan ke terminal input melalui pengkabelan dan perangkat output seperti indikator, solenoid valve dan motor starter dihubungkan ke terminal output.

Gambar 1-14 Koneksi PLC input/output

 

Alat pemrograman digunakan untuk memasukan program yang diinginkan ke memori processor. Program yang dimasukan bisa menggunakan bahasa pemrograman ladder, yang merupakan bahasa pemrograman populer. Hand-held terkadang digunakan untuk memprogram PLC kecil.

Gambar 1-15 Peralatan pemprograman Hand-held

 

Komputer personal adalah yang terbanyak digunakan sebagai alat pemrograman. Berbagai merk PLC mempunyai perangkat lunak yang dapat digunakan sebagai alat pemrograman. Perangkat lunak ini memungkinkan untuk membuat, menyunting, mendokumentasi, menyimpan dan menganalisa masalah. Komputer personal berkomunikasi dengan prosesor PLC melalui data serial atau paralel ataupun ethernet.

Gambar 1-16 Perangkat lunak untuk memprogram PLC

 

Program adalah rangkaian instruksi-instruksi yang dibuat oleh pemakai supaya proses bisa berjalan sebagaimana mestinya. Bahasa pemrograman menyediakan aturan untuk mengkombinasikan intruksi-instruksi sesuai output yang diinginkan. Relay Ladder Logic (RLL) adalah bahasa pemrograman standar yang digunakan selain itu ada juga Instruction List (IL), dan Function Block Diagram (FBD).

 

1.3 Prinsip Kerja

Untuk mendapatkan ide bagaimana PLC bekerja, berikut diilustrasikan proses kendali sederhana.

Gambar 1-17 Ilustrasi proses kendali

 

Disini motor mixer digunakan untuk mengaduk cairan secara otomatis dalam bejana ketika suhu dan tekanan mencapai nilai yang diinginkan. Sebagai tambahan, manual operasi untuk motor di sediakan menggunakan tombol. Proses memonitor saklar suhu dan tekanan yang kontaknya akan menutup apabila tercapai nilai yang diinginkannya.

Proses kendali ini dapat dipecahkan dengan menggunakan metode relay. Motor magnetik kontaktor bekerja bila saklar suhu dan tekanan menutup atau ketika tombol di tekan.

Gambar 1-18 Proses kendali relay

 

Sekarang mari kita lihat bagaimana PLC digunakan untuk aplikasi tersebut. Perangkat input yang sama digunakan (Saklar suhu, saklar tekanan dan tombol tekan). Perangkat tersebut harus disambungkan ke module input sesuai alokasinya.

Perangkat output yang sama (motor magnetik kontaktor) juga digunakan. Perangkat ini disambungkan kemodule output yang sesuai alokasinya.

Gambar 1-19 Koneksi perangkat input

 

Gambar 1-20 Koneksi perangkat output

 

Selanjutnya, program  dibuat dan dimasukan ke memori CPU. Program di buat dengan Ladder Diagram, format nya di buat sama dengan sirkuit relay. Setiap simbol mewakilkan instruksi, sedangkan angka mewakili lokasi alamat. Setiap input dan output peralatan diberikan alamat. Untuk format alamat I/O akan berbeda tergantung model PLC dan merknya.

Gambar 1-21 Proses kendali PLC menggunakan Ladder Diagram

 

Agar program bekerja, controller harus diposisi RUN. Selama controller posisi RUN, controller akan memerikasa status peralatan input, eksekusi program, dan merubah status output. Pada program ladder diagram, output coil akan bekerja jika kontak I/1 dan I/2 tertutup atau ketika kontak I/3 tertutup.

Operasi RUN untuk proses kendali dapat dijelaskan oleh urutan proses berikut ini:

  • Pertama, saklar tekanan, saklar suhu dan tombol tekan diperiksa dan status nya di simpan pada memori controller.
  • Saklar yang menutup disimpan pada memori sebagai logika 1 dan jika terbuka sebagai logika 0.
  • Lalu ladder diagram dievaluasi, setiap kontak akan memberikan status TERBUKA atau TERTUTUP tergantung dari status yang telah disimpan.
  • Ketika status kontak input memberikan logika secara continuity dari kiri kekanan pada rung, output coil memberikan logika 1 dan kontak pada antarmuka modul output akan tertutup.
  • Ketika tidak ada logika secara continuty pada program, output coil akan memberikan logika 0 dan kontak pada antarmuka modul output akan terbuka.
  • Penyelesaian satu cycle pada urutan ini di sebut scan. Waktu scan adalah waktu yang dibutuhkan untuk satu full cycle, memberikan pengukuran kecapatan respon dari PLC
  • Umumnya, output memori diperbaharui selama scan tapi aktual output tidak diperbaharui sampai akhir program scan selama I/O scan.

Gambar 1-22 menunjukan pengkabelan untuk mengimplementasi proses kendali menggunakan PLC kecil.

Gambar 1-22 Pengkabelan pada PLC kecil

 

1.4 Memodifikasi Operasi

Salah satu fitur penting dari PLC adalah mudah merubah program. Sebagai contoh, asumsikan proses kendali harus dimodifikasi seperti yang ditunjukan oleh gambar 1-23. Perubahannya pada manual tombol tekan yang hanya bisa dioperasikan ketika saklar suhu telah mencapai nilai yang telah di inginkan.

Gambar 1-23 Modifikasi pengkabelan pada sistem relay

 

Jika sistem relay digunakan, akan membutuhkan modifikasi pengkabelan. Tetapi, jika sistem PLC digunakan tidak perlu memodifikasi pengkabelan. Hanya merubah program ladder diagram seperti yang ditunjukan pada gambar 1-24.

Gambar 1-24 Modifikasi ladder diagram

 

1.5 Perbandingan PLC dengan Komputer

Arsitektur PLC dan komputer personal pada dasarnya sama. Namun, beberapa karateristik penting yang membedakan PLC dari komputer personal.

PLC di rancang untuk beroperasi pada lingkungan industri dengan rentang suhu dan kelembaban yang luas. PLC diprogram menggunakan bahasa pemrograman khusus. PLC dilengkapi dengan terminal untuk input dan output perangkat lapangan dan juga port komunikasi.

Gambar 1-25 PLC dipasang pada lingkungan industri

 

Komputer merupakan mesin komputasi yang kompleks bisa mengeksekusi beberapa program atau tugas bersamaan dan dalam urutan apapun. Kebanyakan PLC, mengeksekusi program tunggal secara teratur dan berurutan dari perintah pertama hingga akhir.

PLC dirancang agar mudah dipasang dan dipelihara. Mudah melakukan pemecahan masalah dengan menggunakan indikator kesalahan dan pesan yang ditampilkan pada layar programmer.  Perangkat lunak yang berhubungan dengan PLC yang dijalankan pada komputer personal terbagi dalam dua kategori:

  • Perangkat lunak PLC yang memungkinkan pengguna untuk memprogram PLC dan mendokumentasikan atau menjelaskan program dengan detail.
  • Perangkat lunak PLC yang memungkinkan pengguna untuk memonitor dan kendali sebuah proses yang juga disebut human machine interface (HMI). Pengguna bisa memonitor sebuah proses secara graphical, melihat sistem yang sedang berjalan, trends values dan melihat kondisi alarm. PLC dapat diintegrasikan dengan HMI tetapi perangkat lunak yang digunakan bisa berbeda.

Gambar 1-26 PLC operator interface dan monitor

 

Untuk meningkatkan kebutuhan kendali sistem industri, produsen automasi memadukan PLC dengan PC-based system. sebuah peralatan yang menggunakan terminologi programmable automation controller (PAC). PAC mengkombinasikan PLC dan fungsi PC. Menggunakan PAC, anda dapat membuat advanced system menggabungkan kemampuan perangkat lunak seperti advanced control, komunikasi, data logging dan pemrosesan sinyal dengan perangkat keras yang melakukan logic, motion, process control dan vision.

Gambar 1-27 Programmable automation controller (PAC)

 

1.6 Ukuran PLC dan Aplikasinya

Gambar 1-28 mengilustrasikan rentang produk PLC. Grafik tersebut tidak pasti tapi untuk tujuan praktis dan grafik tersebut valid. Pasaran PLC dapat di bagi dalam 5 group :

  1. Micro PLC
  2. Small PLC
  3. Medium PLC
  4. Large PLC
  5. Very Large PLC

Gambar 1-28 Rentang produk PLC

 

Micro PLC digunakan pada apliksi yang mengontrol sampai dengan 32 perangkat input dan output. Small PLC dapat mengontrol 32 sampai 128 I/O, medium PLC 64 sampai 1024 I/O, large PLC 512 sampai 4096 I/O dan very large PLC 2048 sampai  8192 I/O.

Menyesuaikan PLC dengan aplikasi adalah faktor kunci dalam proses pemilihan. Pada umumnya, tidak disarankan untuk membeli PLC yang lebih besar dari kebutuhan. Namun, kondisi kedepan harus diantisipasi untuk memastikan sistem PLC bisa memenuhi kebutuhan proses saat ini dan kemungkinan kebutuhan kedepan dari sebuah aplikasi.

Ada 3 jenis aplikasi yang utama pada PLC : single-ended, multitask dan control management. Aplikasi single-ended atau berdiri sendiri melibatkan satu PLC mengontrol satu proses. Aplikasi ini tidak tehubung/berkomunikasi dengan komputer atau PLC lainnya.

Gambar 1-29 aplikasi single-ended

 

Aplikasi multitask melibatkan satu PLC yang mengontrol beberapa proses. Kapasitas I/O yang memadai merupakan faktor signifikan untuk jenis ini. Selain itu, jika PLC akan menjadi subsystem dari proses yang lebih besar dan harus berkomunikasi dengan PLC utama, persyaratan untuk komunikasi jaringan data juga dibutuhkan.

Aplikasi control management melibatkan satu PLC mengontrol beberapa PLC lainnya. Jenis aplikasi ini membutuhkan PLC dengan prosesor yang besar dirancang untuk komunikasi dengan PLC lainnya dan kemungkinan komunikasi dengan komputer. PLC ini mengawasi beberapa PLC dengan berbicara ke PLC lainnya apa yang harus dilakukan.

Gambar 1-30 Aplikasi PLC Control Management

 

Memori bagian dari PLC untuk menyimpan data, instruksi dan program kendali. Ukuran memory biasanya di tuliskan dalam bentuk K values: 1K, 6K, 12K dan seterusnya. Ketika berhadapan dengan komputer atau memory PLC, 1K berarti 1024, karena pengukuran berdasarkan dari sistem biner. Tergantung dari jenis memori, 1K bisa berarti 1024 bits, 1024 bytes atau 1024 words. Faktor yang mempengaruhi ukuran memory yang dibutuhkan untuk PLC melibatkan :

  • Jumlah I/O yang digunakan
  • Ukuran program
  • Kebutuhan data-collecting
  • Kebutuhan fungsi supervisory
  • Penambahan dimasa depan

 

Referensi :

  • Programmable Logic Controller – Fifth Edition, Frank D Petruzella
  • Automating Manufacturing System with PLCs, Hugh Jack
  • Programmable Logic Controllers : An Emphasis on Design and Application – Third Edition, Kevin T Erickson

 

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *