Programmable Logic Controller (PLC)

 

          Sebuah PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah alat yang digunakan untuk menggantikan rangkaian sederetan relai yang dijumpai pada sistem kontrol proses konvensional. PLC bekerja dengan cara mengamati masukan (melalui sensor-sensor terkait), kemudian melakukan proses dan melakukan tindakan sesuai yang dibutuhkan, yang berupa menghidupkan atau mematikan keluarannya.

          Semakin  kompleks  proses  yang  harus  ditangani, semakin  penting penggunaan PLC untuk mempermudah proses-proses   tersebut (dan sekaligus menggantikan beberapa alat yang diperlukan). Selain itu sistem kontrol proses konvensional memiliki beberapa kelemahan, antara lain :

1)    Perlu kerja keras saat dilakukan pengkabelan.

2)    Kesulitan saat dilakukan penggantian dan atau perubahan.

3)    Kesulitan saat dilakukan pelacakan kesalahan.

4)    Saat terjadi masalah, waktu tunggu tidak menentu dan biasanya lama.

          Sedangkan penggunaan kontroler PLC memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan sistem kontrol konvesional, antara lain:

1)    Dibandingkan dengan  sistem kontrol proses konvensional, jumlah kabel yang dibutuhkan bisa berkurang hingga 80 %.

2)    PLC mengkonsumsi daya lebih rendah dibandingkan dengan sistem kontrol proses konvensional (berbasis relay).

3)    Fungsi diagnostik pada sebuah kontroler PLC membolehkan pendeteksian kesalahan yang mudah dan cepat.

4)    Perubahan pada urutan operasional atau proses atau aplikasi dapat dilakukan  dengan mudah, hanya dengan melakukan perubahan atau penggantian program,  baik melalui terminal konsol maupun komputer PC.

5)    Tidak membutuhkan spare part yang banyak.

6)  Ketahanan PLC jauh lebih baik dibandingkan dengan relay auto- mekanik.

 

 

2.2. PLC Allen Bradley

           Programmable Logic Controler (PLC) Allen Bradley merupakan salah satu jenis PLC yang banyak digunakan untuk keperluan otomasi di industri. Ada 2 macam bentuk PLC Allen Bradley yaitu bentuk compact dan bentuk modular. Untuk bentuk compact, PLCnya menggunakan system rak (CPU dan I/O jadi satu kesatuan) dengan kapasitas memori yang terbatas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2.3 Bentuk PLC Compact

 

          Sedangkan untuk PLC bentuk modular terdiri dari modul CPU dan modul I/O (merupakan bagian yang terpisah-pisah).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2.4 Bentuk PLC Modular

 

2.3. Kontroller

Karakteristik pada semua plant harus diterima sesuai dengan yang telah dibuat sehingga komponen penyusun dari suatu sistem tdak dapat diubah. Perubahan perilaku sistem hanya bisa dilakukan dengan menambah suatu bab sistem yaitu kontroler. Oleh karena itu kontroler dalam sebuah sistem kontrol mempunyai pengaruh yang besar terhadap perilaku sistem.

Tujuan pembuatan sistem kontrol adalah untuk mendapatkan sinyal aktual sesuai dengan yang diinginkan sehingga sinyal tersebut sama dengan sinyal yang disetting. Pada sistem kontrol yang berumpan balik merupakan sistem kontrol yang cenderung menjaga hubungan yang telah ditentukan antara keluaran dan masukan acuan dengan membandingkan dan menggunakan selisih sebagai alat pengontrolan. Kerja dari kontroler yang maksimum dan baik harus mampu mengamati perbedaan antara nilai setting dengan nilai keluaran secara cepat agar segera dapat menghasilkan sinyal keluaran untuk mempengaruhi plant. Apabila reaksi sistem semakin cepat mengikuti sinyal aktual dan semakin kecil kesalahan (error) yang terjadi, maka semakin baik kinerja dari sistem kontrol.

Dalam persyaratan umum sistem kontrol terdapat persyaratan utama yaitu setiap sistem kontrol harus stabil. Tetapi selain kestabilan mutlak, suatu sistem kontrol harus mempunyai kestabilan relatif yang kayak jadi kecepatan respon harus cukup cepat dan menunjukkan peredaman yang layak. Suatu sistem kontrol juga harus mampu memperkecil kesalahan sampai nol atau sampai pada suatu harga yang dapat ditoleransi. Setiap sistem kontrol yang berguna harus memenuhi persyaratan ini. Persyaratan kestabilan relatif yang layak dan ketelitian keadaan yang tunak (steady state) cenderung tidak dapat dipenuhi secara bersama-sama. Oleh karena itu dalam mendesain sistem kontrol perlu dilakukan kompromi yang efektif diantara dua persyaratan ini.

Dalam menganalisis dan mendesain sistem kontrol, kita harus mempunyai suatu dasar perbandingan performansi berbagai sistem kontrol. Dengan sinyal masukan uji dapat dilakukan analisis matematik dan eksperimental sistem kntrol secara mudah karena sinyal-sinyal ini merupakan fungsi waktu yang sederhana. Sinyal masukan uji yang biasa digunakan adalah fingsi tangga, fungsi ”ramp”, fungsi percepatan, fungsi sinusoidal,dsb. Salah satu eksperimen yang dilakukan yaitu jika masukan sistem kontrol merupakan fungsi waktu yang berangsur-angsur berubah maka fungsi waktu ”ramp” merupakan sinyal uji yang baik.

            Respon waktu sistem kontrol terdiri dari dua bagian yaitu respon transien dan keadaan tunak (steady state). Yang dimaksud dengan respon transien adalah respon sistem yang berlangsung dari keadaan awal sampai keadaan akhir. Untuk respon keadaan tunak dimaksudkan sebagai perilaku keluaran sistem jika t mendekati tak terhingga. Sistem kontrol berada dalam kesetimbangan jika tidak ada suatu gangguan atau masukan, keluaran berada dalam keadaan yang tetap. Sistem kontrol linier parameter konstan tidak stabil jika keluaran berosilasi terus-menerus atau keluaran membesar tanpa batas dari keadaan kesetimbangannya ketika dikenai suatu gangguan. Respon transien sistem kontrol praktis sering menunjukkan osilasi teredam sebelum mencapai keadaan tunak.      

          Dalam menentukan karakteristik respon transien sistem kontrol terhadap masukan tangga satuan, secara umum dicari parameter berikut :

1.       Waktu tunda (delay time) td : Waktu yang diperlukan respon untuk mencapai setengah harga akhir yang pertama kali.

2.       Waktu naik (rise time) tr : Waktu yang diperlukan respon untuk naik dai 10-90% dari harga akhir.

3.     Waktu puncak (peak time) tp : Waktu yang diperlukan respon untuk mencapai puncak lewatan yang pertama kali.

4.     Lewatan maksimum (maksimum overshoot) Mp : Harga puncak maksimum dari kurva respon yang diukur dari satu.

          Waktu penetapan (settling time) ts : Waktu yang diperlukan kurva respon untuk mencapai dan menetap dalam daerah sekitar harga akhir dengan ukuran ditentukan dari presentasi mutlak harga akhir (5% atau 2%).

 

2.4. Motor

Prinsip kerja sebuah motor dapat dijelaskan sebagai berikut: bila ada penghantar yang dialiri arus listrik, yang ditempatkan di suatu medan magnet, maka penghantar tersebut akan mengalami gaya dan gaya itu akan menghasilkan torsi yang akan memutar jangkar.

 

 

Gambar 2.33 Prinsip Kerja Motor

 

 

Proses perubahan energi  pada motor DC arus searah dapat digambarkan pada gambar 2.34 berikut ini:

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 2.34 Proses Perubahan Energi Pada Motor DC

 

Mengingat hukum kekekalan energi, proses perubahan energi listrik menjadi energi mekanik dapat dinyatakan sebagai berikut:

Energi listrik sebagai masukan = Energi mekanik sebagai keluaran + energi yang diubah menjadi panas + energi yang tersimpan dalam medan magnet.

Besarnya gaya yang ditimbulkan oleh penghantar yang dialiri arus, tergantung pada:

1.       Kuatnya medan magnet (Besarnya induksi magnet)

2.       Besarnya arus yang mengalir pada penghantar

3.       Panjang kawat penghantar

 

Berdasarkan point-point diatas, maka akan didapatkan rumusan untuk gaya tersebut yaitu:

                                                  (2.9)

 

2.5.  Tranduser Dan Sensor

          Tranduser adalah alat yang mengubah energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain atau alat yang mengubah gaya atau perpindahan mekanis menjadi sinyal listrik. Tranduser dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu:

1)       Tranduser aktif yaitu tidak memerlukan daya dari luar dan menghasilkan arus / tegangan analog apabila dirangsang dengan bentuk fisis energi

2)       Tranduser pasif yaitu memerlukan daya dari luar 

          Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan  kimia menjadi tegangan dan arus listrik.

 

 

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN ALAT

       

          Perencanaan untuk sistem kendali cahaya dan kelembaban rumah kaca dengan menggunakan plc ini dibagi menjadi 2, yaitu perencanaan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software).

 

3.1. Diagram Blok Perencanaan

          Secara garis besar dari perencanaan ini dapat dilihat berdasarkan diagram blok di bawah ini

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 3.1. Blok Diagram Hardware

 

3.1.1. Prinsip Kerja Diagram Blok

 

          Dari diagram blok diatas dapat diketahui bahwa terdapat tiga buah sensor yang menjadi masukan dari plc yaitu sensor cahaya, sensor kelembaban dan sensor temperature. Sedangkan untuk keluaran plc terdapat empat jenis aktuator yaitu lampu, kipas, pemanas dan pompa.

          Untuk sensor cahaya, keluarannya masuk ke plc berupa data digital yaitu bernilai 12Vdc atau 0Vdc, sedangkan sensor kelembaban dan temperatur, keluarannya berupa data analog yaitu dengan range tegangan 0 – 5Vdc

          Antara PLC dengan PC menggunakan komunikasi serial rs 232. PC digunakan untuk memonitoring nilai dari temperatur dan kelembaban.

          Untuk setting pointnya dilakukan didalam program plc, jadi apabila temperatur dibawah setting point maka plc akan mengaktifkan aktuator heater, bila temperatur diatas setting point maka plc akan mengaktifkan aktuator fan. Aktuator akan berhenti apabila setting point sudah terpenuhi.

          Apabila kelembaban kurang dari setting pointnya maka aktuator yang berkerja adalah pompa, bila kelembaban diatas setting point maka aktuator heater akan bekerja dan berhenti bila nilai setting point suda terpenuhi.

 

3.2. Perencanaan Bagian Sensor

3.2.1. Rangkaian Sensor Cahaya

 

 

 

 

 

 

  

 

 

Gambar 3.2. Rangkaian Sensor Cahaya

 

          Prinsip dari rangkaian ini ialah seperti prinsip rangkaian pembagi tegangan. Apabila ldr ini terkena cahaya maka resistansinya akan mengecil sehingga tegangan yang menuju pin 3 dari lm 324 akan besar. Bila tegangan yang menuju pin 3 lebih besar daripada tegangan referensi yang menuju pin 2 maka pin 1 dari lm 324 akan keluar tegangan.

          Namun apabila ldr tidak terkena cahaya maka resistansinya akan besar sehingga tegangan yang menuju pin 3 dari lm 324 akan kecil. Bila tegangan yang menuju pin 3 lebih kecil daripada tegangan referensi yang menuju pin 2 maka pin 1 dari lm 324 tidak akan keluar tegangannya. Besar tegangan yang menuju pin 3 (V₃) ialah V₃ = ( Rv / R_ldr + Rv ) * Vcc

 

3.2.2. Rangkaian Sensor Kelembaban dan Temperatur

          Pada module h500m ini bila pin 1 diberi supply 5 volt dan pin 3 ground, maka pin 2 yang merupakan output dari kelembaban sudah berupa tegangan. Namun untuk pin 4 yang merupakan output dari temperatur masih berupa resistansi, sehingga untuk mendapatkan nilai tegangan dari output temperatur, maka harus di paralel dengan resistansi yang besarnya tergantung kebutuhan (disini dipakai resistansi 25 k ohm). Jadi besar tegangan temperatur ialah V_T = ( Rv / R_T + Rv ) * Vcc.

          Untuk mengetahui lebih jelas mengenai perbandingan antara tegangan ouput dengan besar kelembaban dan juga perbandingan tegangan ouput dengan besar temperatur dapat dilihat pada tabel berikut.

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

Gambar 3.3. Schematic Rangkaian Sensor Kelembaban dan Temperatur