KONSEP DASAR PLC

Posted by : Unknown Rabu, 01 Mei 2013

1. Sejarah Awal Perkembangan PLC

Secara historis, PLC pertama kali dirancang oleh perusahaan General Motor (GM) sekitar tahun 1968 untuk menggantikan control relay pada proses sekuensial yang dirasakan tidak fleksibel dan berbiaya tinggi. Pada saat itu, hasil rancangan telah benar-benar berbasis komponen solid state dan memiliki fleksibilitas tinggi, hanya secara fungsional masih terbatas pada fungsi-fungsi kontrol relay saja.

Seiring perkembangan teknologi solid state, saat ini PLC telah mengalami perkembangan luar biasa, baik dari ukuran, kepadatan komponen serta dari segi fungsionalnya. Beberapa peningkatan perangkat keras dan perangkat lunak ini antara lain adalah:

\ Ukuran semakin kecil dan kompak.

\ Jumlah input/output yang semakin banyak dan padat.

\ Beberapa jenis dan tipe PLC dilengkapi dengan modul-modul untuk tujuan kontrol kontinu, misalnya modul ADC/DAC, PID, modul Fuzzy, dan lain-lain.

\ Pemrograman relatif semakin mudah. Hal ini terkait dengan perangkat lunak pemrograman yang semakin bersahabat dengan pengguna (user friendly).

\ Memiliki kemampuan komunikasi dan sistem dokumentasi yang semakin baik.

\ Jenis instruksi/fungsi semakin banyak dan lengkap.

\ Waktu eksekusi program semakin cepat.

Saat kebutuhan produksi berubah maka demikian pula dengan sistem kontrol-nya. Hal ini menjadi sangat mahal jika perubahannya terlalu sering. Karena relai merupakan alat mekanik, maka, tentu saja, memiliki umur hidup atau masa penggunaan yang terbatas, yang akhirnya membutuhkan jadwal perawatan yang ketat. Pelacakan kerusakan atau kesalahan menjadi cukup membosankan jika banyak relai yang digunakan. Bayangkan saja sebuah panel kontrol yang dilengkapi dengan monitor ratusan hingga ribuan relai yang terkandung pada sistem kontrol tersebut. lihat gambar 1, bagaimana kompleks-nya melakukan pengkabelan pada relai-relai tersebut, Bayangkan saja hal ini.

Gambar 2.1. Rangkaian Relai komplek

Dengan demikian "pengontrol baru" ( the new controller) ini harus memudahkan para teknisi perawatan dan teknisi lapangan melakukan pemrograman. Umur alat harus menjadi lebih panjang dan program proses dapat dimodifikasi atau dirubah dengan lebih mudah. Serta harus mampu bertahan dalam lingkungan industri yang keras. Jawabannya ? Penggunaan teknik pemrograman yang sudah banyak digunakan (masalah kebiasaan dan pada dasarnya bahwa 'people do not like to change') dan mengganti bagian-bagian mekanik dengan teknologi solid-state (IC atau mikroelektronika atau sejenisnya).

Pada pertengahan tahun 1970-an, teknologi PLC yang dominan adalah sekuenser mesin-kondisi dan CPU berbasis bit-slice. Prosesor AMD 2901 dan 2903 cukup populer digunakan dalam MODICON dan PLC A-B. Mikroprosesor konvensional kekurangan daya dalam menyelesaikan secara cepat logika PLC untuk semua PLC, kecuali PLC kecil. Setelah mikroprosesor konvensional mengalami perbaikan dan pengembangan, PLC yang besar-besar mulai banyak menggunakan-nya. Bagaimanapun juga, hingga saat ini ada yang masih berbasis pada AMD 2903. Kemampuan komunikasi pada PLC mulai muncul pada awal-awal tahun 1973. Sistem yang pertama adalah Modbus-nya MODICON. Dengan demikian PLC bisa berkomunikasi dengan PLC lain dan bisa ditempatkan lebih jauh dari lokasi mesin sesungguhnya yang dikontrol. Sekarang kemampuan komunikasi ini dapat digunakan untuk mengirimkan dan menerima berbagai macam tegangan untuk membolehkan dunia analog ikut terlibat. Sayangnya, kurangnya standarisasi mengakibatkan komunikasi PLC menjadi mimpi buruk untuk protokol-protokol dan jaringa-jaringan yang tidak kompatibel. Tetapi bagaimanapun juga, saat itu merupakan tahun yang hebat untuk PLC.

Gambar 2.2 Prosesor AMD 2901 Gambar 2.3 MEDICON 084

Pada tahun 1980-an dilakukan usaha untuk menstandarisasi komunikasi dengan protokol otomasi pabrik milik General Motor (General Motor's Manufacturring Automation Protocol (MAP)). Juga merupakan waktu untuk memperkecil ukuran PLC dan pembuatan perangkat lunak pemrograman melalui pemprograman simbolik dengan komputer PC daripada terminal pemprogram atau penggunaan pemrogram genggam ( handled programmer). Sekarang PLC terkecil seukuran dengan sebuah kontrol relai tunggal (seperti produk ZEN Programmable Relay dari Omron).

Gambar 2.4 ZEN Programmable Relay

Tahun 1990- dilakukan reduksi protokol baru dan modernisasi lapisan f isik dari protokol-protokol populer yang bertahan pada tahun 1980-an. Standar terakhir (IEC 1131-3), bisa diakses di http://www.plcopen.org/default.htm ) berusaha untuk menggabungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu standar internasional. Sekarang bisa dijumpai PLC-PLC yang diprogram dalam diagram fungsi blok, daftar instruksi, C dan teks terstruktur pada saat bersamaan.

Dewasa ini, vendor-vendor PLC umumnya memproduksi PLC dengan berbagai ukuran, jumlah input/output, instruksi dan kemampuan lainnya yang beragam. Hal ini pada dasarnya dilakukan untuk memenuhi kebutuhan pasar yang sangat luas, yaitu untuk tujuan kontrol yang relatif sederhana dengan jumlah input/output puluhan, sampai kontrol yang kompleks dengan jumlah input/output mencapai ribuan.

2. Pengertian PLC

Programmable Logic Controllers (PLC) adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam [2].
Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah :sistem elektronik yang beroperasi secara dijital dan didisain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog [3].

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.
PLC ini dirancang untuk menggantikan suatu rangkaian relay sequensial dalam suatu sistem kontrol. Selain dapat diprogram, alat ini juga dapat dikendalikan, dan dioperasikan oleh orang yang tidak memiliki pengetahuan di bidang pengoperasian komputer secara khusus. PLC ini memiliki bahasa pemrograman yang mudah dipahami dan dapat dioperasikan bila program yang telah dibuat dengan menggunakan software yang sesuai dengan jenis PLC yang digunakan sudah dimasukkan.Alat ini bekerja berdasarkan input-input yang ada dan tergantung dari keadaan pada suatu waktu tertentu yang kemudian akan meng-ON atau meng-OFF kan output-output. 1 menunjukkan bahwa keadaan yang diharapkan terpenuhi sedangkan 0 berarti keadaan yang diharapkan tidak terpenuhi. PLC juga dapat diterapkan untuk pengendalian sistem yang memiliki output banyak.

Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat dibagi secara umum dan secara khusus [4].

Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:

1. Sekuensial Control. 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.

Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya.

3. Sistem Kendali Konvesional

Sistem kendali proses dalam dunia industri senantiasa berkembang seiring dengan semakin meningkatnya jumlah produksi barang yang harus dihasilkan. Mesin-mesin yang digunakan untuk melakukan proses produksi, pada umumnya digerakkan oleh motor listrik.

Pada awalnya pengendalian mesin-mesin industri yang digerakkan oleh motor listrik masih menggunakan saklar-saklar biasa yang dioperasikan secara langsung oleh tangan manusia, atau yang lebih dikenal dengan sistem manual. Kenyataannya, sistem manual kurang handal dan tidak fleksibel. Untuk itulah para ahli dan praktisi di dunia industri secara berkesinambungan melakukan percobaan dan riset dalam rangka menciptakan suatu sistem kendali yang dapat melaksanakan proses produksi dengan lebih efisien, praktis, dan otomatis. Seiring dengan berjalannya waktu, sistem manual mulai ditinggalakan dan selanjutnya digantikan dengan sistem yang menggunakan rele. Pengoperasian peralatan yang membutuhkan daya listrik yang relatif lebih besar, dapat dilakukukan dengan mencatu daya listrik yang relatif rendah pada sebuah relley. Selanjutnya dengan kombinasi berbagai jenis relley, dapat dibentuk suatu sistem kendali yang melaksanakan suatu proses yang spesifik. Sistem inilah yang dikenal dengan sistem kendali konvensional.

4. Pengendalian PLC

Apabila melakukan pengendalian peralatan maka akan mencakup tiga bagian, yaitu : Input, Output dan Controller. Bagian input adalah peralatan yang memberikan masukan untuk menentukan proses kerja peralatan yang dikontrol (switch tekan, limit switch, thumbwheel switch, flow switch, level switch, dll). Bagian output adalah peralatan yang dipergunakan untuk melaksanakan hasil dari suatu proses (motor, solenoid, led display, heater, lampu, dll). Bagian controller adalah melaksanakan perhitungan, pengambilan keputusan, pengendalian dari input untuk dikeluarkan dibagian output (dalam hal ini dilakukan oleh PC

Gambar 2.5 I/O dan pemrograman Ladder dengan PC

Untuk mengetahui dasar kerja PC diberikan contoh pada gambar , yaitu dasar pemrograman dengan ladder, sehingga akan mudah dipahami bagaimana merancang suatu program mengenai relay dan switch yang selanjutnya dimasukkan ke memory PC dengan memakai console atau download dengan personal komputer.

5. Tipe-Tipe PLC

Pada masa kini PLC dibagi menjadi beberapa tipe yang dibedakan berdasarkan ukuran dan kemampuannya. Dan PLC dapat dibagi menjadi jenis-jenis berikut

1. Tipe compact

Ciri – ciri PLC jenis ini ialah :

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 diexpand

d. Tidak dapat ditambah modul – modul khusus

Berikut ini contoh PLC compact dari Allen Bradley.

Gambar 2.6 PLC compact Micro Logix dari Allen Bradley

Sumber : Allen Braley, PLC MicroLogix Catalogue

2. Tipe modular

Ciri – ciri PLC jenis ini ialah :

a. Komponen – komponennya terpisah ke dalam modul – modul

b. Berukuran besar

c. Memungkinkan untuk ekspansi jumlah input /output (sehingga jumlah lebih banyak)

d. Memungkinkan penambahan modul – modul khusus

Berikut ini contoh PLC modular dari Omron.

Gambar 2.7 PLC modular dari Omron

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

6. Komponen-komponen PLC

PLC sesungguhnya merupakan sistem mikrokontroler khusus untuk industri, artinya seperangkat perangkat lunak dan keras yang diadaptasi untuk keperluan aplikasi dalam dunia industri. Elemen-elemen dasar sebuah PLC ditunjukkan pada gambar berikut

Gambar 2.8 Hubungan PLC dengan peralatan lain

Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996)

1. Unit Pengolah Pusat (CPU - Centarl Processing Unit)

Unit pengolah pusat atau CPU merupakan otak dari sebuah kontroler PLC. CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah mikrokontroler (versi mini mikrokontroler lengkap). Pada awalnya merupakan mikrokontroler 8-bit seperti 8051, namun saat ini bisa merupakan mikrokontroler 16 atau 32 bit. Biasanya untuk produk-produk PLC buatan Jepang, mikrokontrolernya adalah Hitachi dan Fujitsu, sedangkan untuk produk Eropa banyak menggunakan Siemens dan Motorola untuk produk- produk Amerika. CPU ini juga menangani komunikasi dengan piranti eksternal, interkonektivitas antar bagian-bagian internal PLC, eksekusi program, manajemen memori, mengawasi atau mengamati masukan dan memberikan sinyal ke keluaran (sesuai dengan proses atau program yang dijalankan). Kontroler PLC memiliki suatu rutin kompleks yang digunakan untuk memeriksa agar dapat dipastikan memori PLC tidak rusak, hal ini dilakukan karena alasan keamanan. Hal ini bisa dijumpai dengan adanya indikator lampu pada badan PLC sebagai indikator terjadinya kesalahan atau kerusakan.

2. Memori

Memori sistem (saat ini banyak yang mengimplementasikan penggunaan teknologi flash) digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol proses. Selain berfungsi untuk menyimpan "sistem operasi", juga digunakan untuk menyimpan program yang harus dijalankan, dalam bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang dibuat oleh pengguna atau pemrogram. Isi dari memori Flash tersebut dapat berubah (bahkan dapat juga dikosongkan atau dihapus) jika memang dikehendaki seperti itu. Tetapi yang jelas, dengan penggunaan teknologi Flash, proses penghapusan dan pengisian kembali memori dapat dilakukan dengan mudah (dan cepat). Pemrograman PLC, biasanya, dilakukan melalui kanal serial komputer yang bersangkutan. Memori pengguna dibagi menjadi beberapa blok yang memiliki fungsi khusus. Beberapa bagian memori digunakan untuk menyimpan status masukan dan keluaran. Status yang sesungguhnya dari masukan maupun keluaran disimpan sebagai logika atau bilangan '0' dan '1' (dalam lokasi bit memori tertentu). Masing- masing masukan dan keluaran berkaitan dengan sebuah bit dalam memori. Sedangkan bagian lain dari memori digunakan untuk menyimpan isi variabel- variabel yang digunakan dalam program yang dituliskan. Misalnya, nilai pewaktu atau nilai ppencacah bisa disimpan dalam bagian memori ini.

3. Pemrograman PLC

Kontroler PLC dapat diprogram melalui komputer, tetapi juga bisa diprogram melalui program manual, yang biasa disebut dengan konsol (console). Untuk keperluan ini dibutuhkan perangkat lunak, yang biasanya juga tergantung pada produk PLC-nya. Dengan kata lain, masing-masing produk PLC membutuhkan perangkat sendiri-sendiri.

Saat ini fasilitas PLC dengan komputer sangat penting sekali artinya dalam pemrograman-ulang PLC dalam dunia industri. Sekali sistem diperbaiki, program yang benar dan sesuai harus disimpan ke dalam PLC lagi. Selain itu perlu dilakukan pemeriksaan program PLC, apakah selama disimpan tidak terjadi perubahan atau sebaliknya, apakah program sudah berjalan dengan benar atau tidak. Hal ini membantu untuk menghindari situasi berbahaya dalam ruang produksi (pabrik), dalam hal ini beberapa pabrik PLC telah membuat fasilitas dalam PLC- nya berupa dukungan terhadap jaringan komunikasi, yang mampu melakukan pemeriksaan program sekaligus pengawasan secara rutin apakah PLC bekerja dengan baik dan benar atau tidak.

Hampir semua produk perangkat lunak untuk memprogram PLC memberikan kebebasan berbagai macam pilihan seperti: memaksa suatu saklar (masukan atau keluaran) bernilai ON atau OFF, melakukan pengawasan program (monitoring) secara real-time termasuk pembuatan dokumentasi diagram tangga yang bersangkutan. Dokumentasi diagram tangga ini diperlukan untuk memahami program sekaligus dapat digunakan untuk pelacakan kesalahan. Pemrogram dapat memberikan nama pada piranti masukan dan keluaran, komentar-komentar pada blok diagram dan lain sebagainya. Dengan pemberian dokumentasi maupun komentar pada program, maka akan mudah nantinya dilakukan pembenahan (perbaikan atau modifikasi) program dan pemahaman terhadap kerja program diagram tangga tersebut.

4. Catu daya PLC

Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan catu daya ke seluruh bagian PLC (termasuk CPU, memori dan lain-lain). Kebanyakan PLC bekerja pada catu daya 24 VDC atau 220 VAC. Beberapa PLC catu dayanya terpisah (sebagai modul tersendiri). Yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan yang medium atau kecil, catu dayanya sudah menyatu. Pengguna harus menentukan berapa besar arus yang diambil dari modul keluaran/masukan untuk memastikan catu daya yang bersangkutan menyediakan sejumlah arus yang memang dibutuhkan. Tipe modul yang berbeda menyediakan sejumlah besar arus listrik yang berbeda.

Catu daya listrik ini biasanya tidak digunakan untuk memberikan catu daya langsung ke masukan maupun kelauran, artinya masukan dan keluaran murni merupakan saklar (baik relai maupun opto isolator). Pengguna harus menyediakan sendiri catu daya terpisah untuk masukan dan keluaran PLC. Dengan cara demikian, maka lingkungan industri dimana PLC digunakan tidak akan merusak PLC-nya itu sendiri karena memiliki catu daya terpisah antara PLC dengan jalur- jalur masukan dan keluaran.

5. Masukan-masukan PLC

Kecerdasan sebuah sistem terotomasi sangat tergantung pada kemampuan sebuah PLC untuk membaca sinyal dari berbagai macam jenis sensor dan piranti- piranti masukan lainnya. untuk mendeteksi proses atau kondisi atau status suatu keadaan atau proses yang sedang terjadi, misalnya, berapa cacah barang yang sudah diproduksi, ketinggian permukaan air, tekanan udara dan lain sebagainya, maka dibutuhkan sensor-sensor yang tepat untuk masing-masing kondisi atau keadaan yang akan dideteksi tersebut. Dengan kata lain, sinyal-sinyal masukan tersebut dapat berupa logik (ON atau OFF) maupun analog. PLC kecil biasanya hanya memiliki jalur masukan digital saja, sedangkan yang besar mampu menerima masukan analog melalui unit khusus yang terpadu dengan PLC-nya. Salah satu sinyal analog yang sering dijumpai adalah sinyal arus 4 hingga 20mA (atau mV) yang diperoleh dari berbagai macam sensor.

Lebih canggih lagi, peralatan lain dapat dijadikan masukan untuk PLC, seperti citra dari kamera, robot (misalnya, robot bisa mengirimkan sinyal ke PLC sebagai suatu informasi bahwa robot tersebut telah selesai memindahkan suatu objek dan lain sebagainya) dan lain-lain.

6. Pengaturan atau Antarmuka Masukan

Antarmuka masukan berada di antara jalur masukan yang sesungguhnya dengan unit CPU. Tujuannya adalah melindungi CPU dari sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki yang bisa merusak CPU itu sendiri. Modul antar masukan ini berfungsi untuk mengkonversi atau mengubah sinyal-sinyal masukan dari luar ke sinyal-sinyal yang sesuai dengan tegangan kerja CPU yang bersangkutan (misalnya, masukan dari sensor dengan tegangan kerja 24 VDC harus dikonversikan menjaid tegangan 5 VDC agar sesuai dengan tegangan kerja CPU). Hal ini dengan mudah dilakukan menggunakan rangkaian opto-isolator sebagaimana ditunjukkan pada gambar berikut

Gambar 2.9 rangkaian antarmuka masukan PLC

Penggunaan opto-isolator artinya tidak ada hubungan kabel sama sekali antara dunia luar dengan unit CPU. Secara 'optik' dipisahkan (perhatikan gambar diatas), atau dengan kata lain, sinyal ditransmisikan melalui cahaya. Kerjanya sederhana, piranti eksternal akan memberikan sinyal untuk menghidupkan LED (dalam opto osilator), akibatnya photo transistor akan menerima cahaya dan akan menghantarkan arus (ON), CPU akan melihatnya sebagai logika nol (catu antara kolektor dan emitor drop dibawah 1 volt). Begitu juga sebaliknya, saat sinyal masukan tidak ada lagi, maka LED akan mati dan photo transistor akan berhenti menghantar (OFF), CPU akan melihatnya sebagai logika satu.

7. Keluaran-keluaran PLC

sistem otomatis tidaklah lengkap jika tidak ada fasilitas keluaran atau fasilitas untuk menghubungkan dengan alat-alat eksternal (yang dikendalikan). Beberapa alat atau piranti yang banyak digunakan adalah motor, selenoida, relai, lampu indikator, speaker dan lain sebagainya. Keluaran ini dapat berupa analog maupun digital. Keluaran digital bertingkah seperti sebuah saklar, menghubungkan dan memutuskan jalur. Keluaran analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog (misalnya, perubahan tegangan untuk pengendalian motor secara regulasi linear sehingga diperoleh kecepatan putar tertentu).

8. Pengaturan atau Antarmuka Keluaran

Sebagaimana pada antarmuka masukan, keluaran juga membutuhkan antarmuka yang sama yang digunakan untuk memberikan perlindungan CPU dengan peralatan eksternal, sebagaimana ditunjukkan pada gambar I.3 Cara kerjanya juga sama, yang menyalakan dan mematikan LED didalam optoisolator sekarang adalah CPU, sedangkan yang membaca status photo transistor, apakah menghantarkan arus atau tidak, adalah peralatan atau piranti eksternal.

Gambar 2.10 rangkaian antarmuka keluaran PLC

9. Jalur Ekstensi atau Tambahan

Setiap PLC biasanya memiliki jumlah masukan dan keluaran yang terbatas. Jika diinginkan, jumlah ini dapat ditambahkan menggunakan sebuah modul keluaran dan masukan tambahan (I/O expansion atau I/O extension module).

7. Beberapa Penemuan Yang Melandasi Munculnya PLC

Programmable Logic Controller (PLC) sebenarnya telah ditemukan sejak dahulu, banyak ilmuwan terdahulu menemukan suatu alat yang prinsip kerjanya hampir sama dengan Programmable Logic Controller (PLC). Dan inilah yang mendasari dari penemuan Programmable Logic Controller (PLC) yang banyak berkembang saat ini. Programmable Logic Controller (PLC) yang dulunya masih berupa alat besar dan masih sederhana sekali dan pengaplikasian atau kegunaannya masih sedikit. Namun saat ini pengaplikasian Programmable Logic Controller (PLC) dapat digunakan pada setiap bidang kehidupan manusia dan bentuknya pun lebih kompleks. Sejarah perkembangan Programmable Logic Controller (PLC) sesuai dengan tahun penemuannya, antara lain:

1. Float Regulator Mechanicm

Float Regulator Mechanicm di Yunani kuno (mirip dengan air tangki level pengatur flush toilet biasa) [300-1BC] untuk mengatur jam air dan pembuluh anggur. Yaitu penggunaan umpan balik pada alat tersebut, untuk mengatur sistem ternyata mempunyai asal usul yang menarik. Penerapan pertama pengaturan berumpan balik lahir pada pengembangan mekanisme yang mengatur pelampung mulai dari kira-kira 300 SM sampai 1 Masehi di Yunani. Contohnya adalah Jam air Ktesibosis juga menggunakan suatu regulator penampung. Lampu minyak yang dibuat Philon kira-kira pada tahun 250 SM menggunakan pengaturan pelampung untuk mempertahankan permukaan minyak lampu yang sama. Berikut ini adalah gambar engaplikasian dari float regulator mechanicm.

Gambar 2.11 pengembnagan float regulator mechanicm

Heron dari Alexandria, yang hidup pada abad pertama masehi, yang menyinggung garis besar beberapa bentuk mekanisme pengatur permukaan air dengan memanfaatkan regulator penampung.

2. Cikal Bakal Mesin Uap dan Presser Cooker

Dennis Papin (1647 – 1712)Pada tahun 1679 seorang fisikawan, ahli matematika, dan penemu berkebangsaan Prancis menemukan suatu alat yang dinamakan steam digester yang menjadi cikal bakal ditemukannya mesin uap dan presser cooker (panci masak bertekanan). Penemuan tersebut ia kerjakan bersama–sama dengan rekannya yang bernama Robert Boyle, seorang filusuf, fisikawan, kimiawan, penemu, dan ilmuan berkebangsaan Irlandia.

Alat ini berbentuk seperti sebuah wadah dengan penutup yang digunakan untuk menghasilkan uap bertekanan. Untuk menjaga agar alat tersebut tidak meledak, Papin melengkapi penemuannya tersebut dengan katup yang dapat bergerak naik turun sebagai tempat pembuangan uap untuk mengatur tekanan didalam wadahnya. Selain itu Papin juga mengembangkan mesinnya dengan menambahkan torak di bagian atas silinder yang tertutup yang akan bergerak naik dan turun sesuai dengan teori yang ditemukan oleh Giovanni Battista della Porta. Konsep inilah yang kemudian mengawali ditemukannya mesin uap pertama di dunia yang menggunakan piston dan silinder mesin.

A = Tungku pembakaran

B = Bejana

C = Tutup bejana

D = Baut pengencang

E = Katup

F = Penyanggah tutup bejana

G = Batang beban

H = Penutup tungku

W = Beban

Gambar 2.12 cikal bakal mesin uap

3. Centrifugal Governor

Karya pertama yang penting dalam perkembangan awal teori kendali adalah centrifugal governor oleh James Watt untuk mengontrol kecepatan mesin uap pada abad ke-18. Pada awalnya ia tertarik dengan mesin uap karena memperhatikan mesin uap buatan Newcome yang kurang efisien. Kemudian ia melakukan penelitian dan percobaan, dan akhirnya ia berhasil menciptakan mesin uap yang efisien yang berdasarkan teorinya sendiri yaitu centrifugal governor. Centrifugal governor bekerja berdasarkan momen inersia yang timbul karena terjadinya percepatan sudut. Pada dasarnya governor dalam keadaan seimbang bila gaya sentrifugal yang besar yang dicapai pada awal sleve dengan putaran dan sudut yang dibentuk oleh kedua lengan governor sebelum konstan.

Perbedaan mendasar dari mesin James Watt ini dengan mesin milik Thomas Newcomen adalah pada letak kondensor yang digunakan. Jika pada mesin Newcomen ruang untuk mengkondensasikan uap menyatu dengan silinder kerja, maka pada mesin James Watt ruang untuk mengkondensasikan uap terpisah dari silinder. Selain itu mekanisme penggerak torak dari mesin James Watt menggunakan gerakan putar dari roda penggerak yang berputar, tidak seperti pada mesin Newcomen yang menggunakan gerakan translasi (bolak-balik) dari pompa air.

Keterangan :

C = Silinder uap

m = tuas aliran masuk uap

E = Katup pembuangan uap

H = penyambung poros engkol ke balok

N = Pompa air

O = poros engkol

Q = Regulator (Govenor)

P = Torak

R = Batang pompa udara

T = Katup input uap

g = link yang menghubungkan piston dan balok melaui gerakan paralel gdc

Gambar 2.13 centrifugal governor

4. Pilot Otomatis (Autopilot)

Pilot otomatis (autopilot) adalah sistem mekanikal, elektrikal, atau hidraulik yang memandu sebuah kendaraan tanpa campur tangan dari manusia. Umumnya pilot otomatis dihubungkan dengan pesawat, tetapi pilot otomatis juga digunakan di kapal dengan istilah yang sama. Dalam masa-masa awal transportasi udara, pesawat udara membutuhkan perhatian terus menerus dari seorang pilot agar dapat terbang dengan aman. Hal ini membutuhkan perhatian yang sangat tinggi dari awak pesawat dan mengakibatkan kelelahan. Sistem pilot otomatis diciptakan untuk menjalankan beberapa tugas dari pilot.Sistem pilot otomatis pertama diciptakan oleh Sperry Corporation tahun 1912. Lawrence Sperry (anak dari penemu ternama Elmer Sperry) mendemonstrasikannya dua tahun kemudian pada 1914 serta membuktikan kredibilitas penemuannya itu dengan menerbangkan sebuah pesawat tanpa disetir olehnya.

Pilot otomatis menghubungkan indikator ketinggian menggunakan giroskop dan kompas magnetik ke rudder, elevator dan aileron. Sistem pilot otomatis tersebut dapat menerbangkan pesawat secara lurus dan rata menurut arah kompas tanpa campur tangan pilot, sehingga mencakup 80% dari keseluruhan beban kerja pilot dalam penerbangan secara umum. Sistem pilot otomatis lurus-dan-rata ini masih umum sekarang ini, lebih murah dan merupakan jenis pilot otomatis yang paling dipercaya. Sistem tersebut juga memiliki tingkat kesalahan terkecil karena kontrolnya yang tidak rumit. Pada awal 1920-an, tanker Standard Oil J.A Moffet menjadi kapal pertama yang menggunakan pilot otomatis.

Gambar 2.14 rancangan auto pilot oleh sperry

5. Servomechanisem Servomekanik

Hazen sekitar tahun 1934 menemukan sebuah kontrol posisi yang menggunakan sistem servomechanisem servomekanik dimana servo adalah sebuah device otomatis yang menggunakan error dari sinyal feedback untuk mengkoreksi performa dari mekanisme. Servomechanism disingkat servo adalah suatu device yang digunakan untuk memberikan kontrol mekanik pada jarak. Servomotor mempunyai keluaran shaft (poros). Poros ini dapat ditempatkan pada posisi sudut spesifik dengan mengirimkan sinyal kode pada saluran kontrol servomotor. Selama sinyal kode ada di saluran kontrol, servo akan tetap berada di posisi sudut poros. Bila sinyal kode berubah, posisi sudut poros berubah. Aplikasi servo banyak ditemui pada radio control pesawatterbang model (aeromodelling), mobil radio control, boneka mainan, dan tentunya robot.

Gambar 2.15 pengembangan servo mekanisme

6. Mikroprosesor

Pada tahun 1969 tim insinyur jepang dari sebuah perusahaan BUSICOM datang ke Amerika Serikat memesan beberapa buah IC untuk membuat kalkulator.Mereka datang ke Perusahaan INTEL dan Marcian Hoff adalah orang yang dapat melayani permintaan itu. Sebab ia adalah orang yang berpengalaman bekerja di bidang komputer. Marcian Hoff memberi saran agar digunakannya IC yang bekerja berdasarkan program sehingga menjadi lebih sederhana. Gagasan MarcianHoff ini berhasil dan mikroprosesor pertama kali lahir. Untuk mewujudkangagasan ini Marcian Hoff dibantu oleh Frederico Faggin. Dalam waktu sembilan bulan mereka sukses dan INTEL memperoleh hak-hak atas penjualan temuan IC itu.

Gambar 2.16 salah satu mikrokontroller yang berkembang saat ini (intel 4004)

8. Perkembangan PLC Omron

Berikut ini studi kasus dari pemilihan PLC Omron. PLC Omron memiliki jenis PLC yang sangat bervariasi dari sisi fungsionalitas dan kemampuannya. Gambar 9.1 menunjukkan tipe – tipe PLC dari pertimbangan kedua hal tersebut. PLC Omron terbagi menjadi 3 kelompok : Micro, CJ1, dan CS1. Ketiganya tampak pada Gambar 9.2.

Gambar 2.17 Tipe – tipe PLC Omron dalam grafik

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

Gambar 2.18 Tipe – tipe PLC Omron dalam gambar (lanjutan)

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

Gambar 2.19 Tipe – tipe PLC Omron dalam gambar

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

Misalkan sistem kita cukup kecil dan hanya membutuhkan micro PLC dari Omron maka berikut ini hal – hal yang harus kita pertimbangkan.

1. Jumlah base I/O (belum diekspansi) yang dimiliki PLC

Gambar 2.20 Micro PLC berdasar jumlah base I/O

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

2. Bentuk PLC : brick (compact), modular, board.

Bentuk ini juga memberi pengaruh pada fitur – fitur hardware dan software dari PLC

tersebut. Untuk lebih jelasnya perhatikan katalog dengan baik.

Gambar 2.21 Macam – macam bentuk micro PLC Omron

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

3. Kelengkapan (fitur – fitur) sistem

Berikut ini contoh pemilihan PLC dari fitur – fitur sistem yang dimiliki. Pada gambar

Gambar 9.6 ditampilkan penggambaran yang lebih jelas lagi dari katalog PLC Omron.

Gambar 2.22 Overview fitur – fitur micro

PLC Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

Tabel 2.1 Fitur – fitur micro PLC detail

Tabel 2.2 Fitur – fitur micro PLC detail (lanjutan)

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)

9. Jenis Jenis PLC

PLC memiliki beberapa jenis yaitu:

· Small / mikro yaitu PLC yang paling sederhana dengan power suplly modul, CPU, dan I/O modul dan communication port dalam satu casing, biasanya dibatasi dengan beberapa I/O discrete dan dapat diekspansi. Contoh jenis ini adalah Omron CP1H, Siemens S7-200, Fuji Electric SPB

Gambar 2.23 Omron CP1H

· Medium PLC memiliki modul CPU, I/O ataupun communication yang terpisah, antar modul dihubungkan konektor atau backplane dan memiliki kapasitas hingga lebih dari 2000 I/O. Contoh jenis ini adalah Omron CS1, Siemens S7-300

Gambar 2.24 Omron CS1

· Large PLC dengan ciri yang sama dengan medium PLC tetapi memilki kapasitas I/O yang besar dan lebih mampu untuk dihubungkan dengan manajemen pengontrolan yang lebih tinggi. Contoh jenis ini adalah Omron CVM1, Siemens S7-400

Gambar 2.25. Omron CVM1

JENIS INPUT/OUTPUT (I/O)

Jenis I/O pada PLC antara lain

1. Discrete I/O yaitu digital input dan output berbentuk logic dengan taraf high 24VDC atau low 0V atau berupa output kontak relay yang dapat dialiri sampai 240VAC

2. Special I/O yaitu I/O yang memiliki fungsi – fungsi khusus

a. Analog Input Modul

b. Temperatur Modul yaitu PT100 atau thermocouple(low level analog input)

c. High Speed Counter Modul yaitu frekuensi logic dengan taraf high umumnya 5V, 12V atau 24V.

d. Fuzzy Logic Modul

e. PID Modul

f. Servo Modul

g. Communication modul berupa protocol yang dibuat oleh masing-masing pabrikan misalnya Fieldbus, Modbus, Profibus, Ethernet, Sysmac way, Device Net, Control Net

Gambar 2.26 Modbus

10. Perkembangan PLC Dari Berbagai Vendor

\ PLC Mikro. PLC ini dapat dikategorikan mikro jika jumlah input/output pada PLC ini kurang dari 32 terminal.

\ PLC Mini. Kategori ukuran mini ini adalah jika PLC tersebut memiliki jumlah input/output antara 32 sampai 128 terminal.

\ PLC Large. PLC ukuran ini dikenal juga dengan PLC tipe rack. PLC dapat dikategorikan sebagai PLC besar apabila jumlah input/outputnya lebih dari 128 terminal.

Fasilitas, kemampuan, dan fungsi yang tersedia pada setiap kategori tersebut pada umumnya berbeda satu dengan lainnya. Semakin sedikit jumlah input/output pada PLC tersebut maka jenis instruksi yang tersedia juga semakin terbatas. Beberapa PLC bahkan dirancang semata-mata untuk menggantikan control relay saja, seperti PLC merek ZEN produksi perusahaan OMRON dirancang khusus untuk fungsi-fungsi relai (smart relay) saja.

Gambar 2.27 Pengelompokan Plc berdasarkan I/O nya

Gambar 2.28. PLC merek ZEN produksi OMRON dirancang semata matasebagai smart relay

Untuk menambah fleksibilitas penggunanya, terutama untuk mengantisipasi perkembangan dan perluasan sistem kontrol pada aplikasi tertentu, PLC dengan ukuran mini dan besar umumnya dirancang bersifat modular. Artinya, unit input/output PLC berupa modul-modul yang terpisah dari rack atau unit CPU. Unit input/output ini dapat berupa unit input/output diskret, atau modul-modul analog seperti unit kontrol PID, A/D, D/A, dan lain sebagainya yang dapat dibeli secara terpisah dari unit CPU PLC tersebut.

Gambar 2.29 PLC tipe rack yang bersifat modular

11. Kekurangan Dan Kelebihan PLC

Sebagai salah satu alat kontrol yang dapat di program, PLC mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan alat control konvensional. Perbedaan dan kelebihan PLC dibanding dengan system konvensional, terletak pada beberapa hal berikut ini. Sistem PLC mempunyai sifat:

1. Sistem wirring relatif sedikit.

2. pare partnya mudah didapat.

3. Sistem maintenance lebih mudah dan sederhana.

4. Pelacakan sistem, kesalahan sistem lebih sederhana.

5. Hanya memerlukan daya yang rendah.

6. Dokumentasi gambar sistem lebih sederhana dan mudah dimengerti.

7. Sistem dapat dimodifikasi secara lebih mudah dan sederhana.

Panel kontrol sistem konvensional mempunyai sifat:

1. Sistem wirringnya lebih kompleks.

2. Spare partnya relatif sulit di dapat.

3. Maintenance membutuhkan waktu lebih lama.

4. Pelacakan kesalahan sistem yang terjadi sangat kompleks.

5. Daya yang dibutuhkan relatif besar.

6. Dokumentasi gambar sistem lebih banyak.

7. Modifikasi sistem membutuhkan waktu yang banyak.

Di samping mempunyai perbedaan dengan sistem kontrol konvensional, secara spesifik PLC memiliki beberapa kelebihan di antaranya:

a. Fleksibel dalam penggunaan

Satu buah PLC dapat melayani lebih dari satu buah mesin atau output yang harus dikendalikan.

b. Sistem deteksi dan koreksi lebih mudah

Kesalahan dalam menginput program ke dalam sebuah PLC sebuah sistem kontrol dapat dengan mudah dan cepat dikoreksi untuk diprogram ulang dan dikoreksi dengan mudah melalui ladder diagramnya.

c. Harga relatif murah

Karena sifat PLC yang dapat dihubungkan dengan banyak peralatan input dan output untuk berbagai macam tujuan pengendalian maka PLC lebih murah harganya jika dibanding dengan alat kontrol konvensional. Hal ini terutama jika dibutuhkan pengembangan dalam suatu sistem pengendalian di industri.

d. Proses pengamatan secara visual

Program yang telah di input melalui PLC dapat di monitoring melalui layar monitor pada saat PLC sedang dioperasikan sehingga dapat dilakukan perubahan atau pengembangan program secara cepat dan sederhana.

e. Kecepatan dalam operasi

PLC dapat mengaktifkan beberapa fungsi logika hanya dalam waktu beberapa mili detik sehingga dapat bekerja atau beroperasi dengan lebih cepat.

e. Implementasi proyek lebih cepat, lebih sederhana dan mudah dalam penggunaan serta mudah dalam melakukan modifikasi tanpa harus menambah biaya.

12. Standar Bahasa PLC

PLC memiliki bermacam-macam bahasa program yang sangat banyak. Standar terakhir (IEC 1131-3) /International Electrotecnic Comminssion, bisa diakses di http://www.plcopen.org/default.htm ) berusaha untuk menggabungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu standar internasional. Sekarang bisa dijumpai PLC-PLC yang diprogram dalam diagram fungsi blok, daftar instruksi, C dan teks terstruktur pada saat bersamaan. Standart tersebut adalah sebagai berikut:

A. Ladder Diagram (Diagram Tangga)

Adalah bahasa pemrograman yang yang dibuat dari persamaan fungsi logika dan fungsi-fungsi lain berupa pemrosesan data atau fungsi waktu dan pencacahan.
Ladder diagram terdiri dari susunan kontak- kontak dalam satu group perintah secara horizontal dari kiri ke kanan, dan terdiri dari banyak group perintah secara verikal. Contoh dari Ladder Diagram ini adalah: kontak normaly open, kontak normaly close, output coil, pemindahan data

Garis vertikal paling kiri dan paling kanan diasumsikan sebagai fungsi tegangan, bila fungsi dari group perintah menghubungkan 2 garis vertikal tersebut maka rangkaian perintah akan bekerja

Gambar 2.30. Ladder Diagram

B. Function Block Diagram (FB/FBD)

Function block diagram adalah suatu fungsi-fungsi logika yang disederhanakan dalam gambar blok dan dapat dihubungkan dalam suatu fungsi atau digabungkan dengan fungsi blok lain

Gambar 2.31 Function Block Diagram

C. Statment List (STL)

Adalah bahasa program jenis tingkat rendah. Intruksi yang dibuat berupa susunan sederhana menuju ke operand yang berupa alamat atau register. Berikut ini contoh Statement List

Gambar 2.32 Statment List

D. Structured Tex (ST) atau Structure Language (SCL)

Teks terstruktur merupakan bahasa tingkat tinggi yang dapat memproses system logika ataupun alogaritma dan memungkinkan pemrosesan system lain. Perintah umumnya menggunakan IF…THEN…ELSE, WHILE…DO, REPEAT…UNTIL dll. Contoh Text testruktur (ST)

Gambar 2.33 Structured Tex

E. Sequential Function Chart (SFC)

Bahasa Program yang dibuat dan disimpan dalam chart. Bagian-bagian chart memiliki fungsi urutan langkah , transisi dan percabangan. Tiap step memiliki status proses dan bisa terdiri dari struktur yang berurutan

Gambar 2.34 Sequential Function Chart