Pengenalan dasar PLC (Programmable Logic Controllers)

PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)

Contoh: Mini PLC dari Schneider Electric

Pengertian

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 digital dan didesain 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.

Bagian-Bagian PLC

Sistem PLC terdiri dari lima bagian pokok, yaitu:

• Central processing unit (CPU). Bagian ini merupakan otak atau jantung PLC, karena bagian ini merupakan bagian yang melakukan operasi / pemrosesan program yang tersimpan dalam PLC. Disamping itu CPU juga melakukan pengawasan atas semua operasional kerja PLC, transfer informasi melalui internal bus antara PLC, memory dan unit I/O.
  Bagian CPU ini antara lain adalah :

• Power Supply, power supply mengubah suplai masukan listrik menjadi suplai listrik yang sesuai dengan CPU dan seluruh komputer.
• Alterable Memory, terdiri dari banyak bagian, intinya bagian ini berupa chip yang isinya di letakkan pada chip RAM (Random Access Memory), tetapi isinya dapat diubah dan dihapus oleh pengguna / pemrogram. Bila tidak ada supplai listrik ke CPU maka isinya akan hilang, oleh sebab itu  bagian ini disebut bersifat volatile,  tetapi ada juga bagian yang tidak bersifat volatile.
  
• Fixed Memory, berisi program yang sudah diset oleh pembuat PLC, dibuat dalam bentuk chip khusus yang dinamakan ROM (Read Only Memory), dan tidak dapat diubah atau dihapus selama operasi CPU, karena itu bagian ini sering dinamakan memori non-volatile yang tidak akan terhapus isinya walaupun tidak ada listrik yang masuk ke dalam CPU. Selain itu dapat juga ditambahkan modul EEPROM atau Electrically Erasable Programmable Read Only Memory yang ditujukan untuk back up program utama RAM prosesor sehingga prosesor dapat diprogram untuk meload program EEPROM ke RAM jika program di RAM hilang atau rusak [6].
• Processor, adalah bagian yang mengontrol supaya informasi  tetap jalan dari bagian yang satu ke bagian yang lain, bagian ini berisi rangkaian clock, sehingga masing-masing transfer informasi ke tempat lain tepat sampai pada waktunya
• Battery Backup, umumnya CPU memiliki bagian ini. Bagian ini berfungsi menjaga agar tidak ada kehilangan program yang telah dimasukkan ke dalam RAM PLC jika catu daya ke PLC tiba-tiba terputus.

• Modul input / output (I/O).Input merupakan bagian yang menerima sinyal elektrik dari sensor atau komponen lain dan sinyal itu dialirkan ke PLC untuk diproses. Ada banyak jenis modul input yang dapat dipilih dan jenisnya tergantung dari input yang akan digunakan. Jika input adalah limit switches dan pushbutton dapat dipilih kartu input DC. Modul input analog adalah kartu input khusus yang menggunakan ADC (Analog to Digital Conversion) dimana kartu ini digunakan untuk input yang berupa variable seperti temperatur, kecepatan, tekanan dan posisi. Pada umumnya ada 8-32 input point setiap modul inputnya. Setiap point akan ditandai sebagai alamat yang unik oleh prosesor.Output adalah bagian PLC yang menyalurkan sinyal elektrik hasil pemrosesan PLC ke peralatan output. Besaran informasi / sinyal elektrik itu dinyatakan dengan tegangan listrik antara 5 – 15 volt DC dengan informasi diluar sistem tegangan yang bervariasi antara 24 – 240 volt DC mapun AC. Kartu output biasanya mempunyai 6-32 output point dalam sebuah single module. Kartu output analog adalah tipe khusus dari modul output yang menggunakan DAC (Digital to Analog Conversion). Modul output analog dapat mengambil nilai dalam 12 bit dan mengubahnya ke dalam signal analog. Biasanya signal ini 0-10 volts DC atau 4-20 mA. Signal Analog biasanya digunakan pada peralatan seperti motor yang mengoperasikan katup dan pneumatic position control devices.Bila dibutuhkan, suatu sistem elektronik dapat ditambahkan untuk menghubungkan modul ini ke tempat yang jauh. Proses operasi sebenarnya di bawah kendali PLC mungkin saja jaraknya jauh, dapat saja ribuan meter.

• Printer. Alat ini memungkinkan program pada CPU dapat di printout atau dicetak. Informasi yang mungkin dicetak adalah diagram ladder, status register, status dan daftar dari kondisi-kondisi yang sedang dijalankan, timing diagram dari kontak, timing diagram dari register, dan lain-lain. Programmer / monitor (PM). Pemrograman dilakukan melalui keyboard sehingga alat ini dinamakan Programmer. Dengan adanya Monitor maka dapat dilihat apa yang diketik atau proses yang sedang dijalankan oleh PLC. Bentuk PM ini ada yang besar seperti PC, ada juga yang berukuran kecil yaitu hand-eld programmer dengan jendela tampilan yang kecil, dan ada juga yang berbentuk laptop. PM dihubungkan dengan CPU melalui kabel. Setelah CPU selesai diprogram maka PM tidak dipergunakan lagi untuk operasi proses PLC, sehingga bagian ini hanya dibutuhkan satu buah untuk banyak CPU.

• The Program Recorder / Player.Alat ini digunakan untuk menyimpan program dalam CPU. Pada PLC yang lama digunakan tape, sistem floopy disk. Sekarang ini PLC semakin berkembang dengan adanya hard disk yang digunakan untuk pemrograman dan perekaman. Program yang telah direkam ini nantinya akan direkam kembali ke dalam CPU apabila program aslinya hilang atau mengalami kesalahan.

Untuk operasi yang besar, kemungkinan lain adalah menghubungkan CPU dengan komputer utama (master computer) yang biasanya digunakan pada pabrik besar atau proses yang mengkoodinasi banyak Sistem PLC

Prinsip Kerja PLC

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. 

PLC memiliki dua bagian dasar, yaitu : Input/Output interface system dan Central Processing unit.

·         Input

Input yang akan masuk ke dalam CPU berupa signal dari sensor atau tranducer. Signal sensor ini terdapat dua jenis, yaitu: discrete signal dan analog signal. Discrete signal berupa saklar biner dimana hanya sebuah ON atau OFF signal ( 1 atau 0, Benar atau salah), Contoh nya : push button, limit switch dan level sensor. Sedangkan analog signal menggunakan prinsip rentang suatu nilai antara nol hingga skala penuh. Contoh nya dalam kehidupan sehari-hari adalah ketika anda sedang memutar volume speaker atau radio anda. Rentang nilai dari sensor ini akan diinterpretasikan sebagai nilai-nilai integer oleh CPU PLC. CPU PLC pada saat ini sering menggunakan 16 bit processor sehingga nilai integer nya memiliki rentang -32768 hingga 32767. Contoh dari analog signal ini adalah sensor tekanan, sensor temperature, dan sensor aliran. Analog signal dapat berupa tegangan atau arus listrik dan nilai ini akan diproposionalkan dengan nilai integer CPU,  contohnya: sebuah analog 0 – 5 V atau 4 – 20 mA akan dikonversikan menjadi nilai integer 0 – 32767.

·         CPU

Semua aktivitas atau pemprosesan data yang diambil dari sensor (data input) terjadi pada Central Processing Unit (CPU). CPU ini memiliki tiga bagian utama, yaitu : Processor, Memory System, dan System Power Supply.

Processor akan memproses signal input secara aritmatik dan logic, yaitu melakukan operasi logika, sequential, timer, counter dan mengolah fungsi-fungsi yang diinginkan berdasarkan program yang telah ditentukan. Selain itu, processor juga mengolah program yang ada di dalam memori, serta mengatur komunikasi  antara input-output, memori dengan processor itu sendiri.

·         Output

Hasil pemrosesan data yang diolah pada CPU akan berupa signal keluaran digital yang dikirim ke modul output untuk menjalankan actuator. Actuator ini dapat berupa motor listrik, solenoid, heater, led display, injector, heater, pompa, dan lain-lain. Actuator ini akan berfungsi sesuai instruksi dari CPU, jika pada CPU telah diprogram timer ON dari lampu selama dua detik maka lampu pada aktuator akan menyala selama dua detik dan kemudian setelah dua detik lampu akan OFF.
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 :

1. Seluruh komponen (power supply, CPU, modul input – output, modul komunikasi) menjadi satu
2. Umumnya berukuran kecil (compact)
3. Mempunyai jumlah input/output relatif sedikit dan tidak dapat diexpand
4. Tidak dapat ditambah modul – modul khusus

Berikut ini contoh PLC compact dari Allen Bradley.

Sumber : Allen Braley, PLC MicroLogix Catalogue

2. Tipe modular

Ciri – ciri PLC jenis ini ialah :

1. Komponen – komponennya terpisah ke dalam modul – modul
2. Berukuran besar
3. Memungkinkan untuk ekspansi jumlah  input /output (sehingga jumlah lebih banyak)
4. Memungkinkan penambahan modul – modul khusus

Berikut ini contoh PLC modular dari Omron.

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

Tipe PLC berdasarkan cara operasinya dapat dibedakan menjadi 3 tipe yaitu :

1. Berbasis Rak atau sistem berbasis alamat

PLC dengan susunan rak-rak disebut juga sistem berbasis alamat, karena modul-modul input dan output (I/O) dalam rak merupakan jalan lalu lintas sinyal input atau output melalui alamat yang sesuai dengan tempat dimana rak tersebut terpasang.

Modul input atau output pada umumnya berfungsi sebagai terminal antarmuka (interface) dimana perangkat luar dapat dipasangkan, sebagai rangkaian pengkondisi sinyal yang menjembatani sinyal PLC dengan sinyal yang didapat dari perangkat luar.

Cara pengalamatan bisa saja berbeda antara vendor satu dengan vendor lainnya, tetapi pada umumnya adalah sebagai berikut :

I : (nomor rak/slot) atau (nomor terminal) untuk modul input, dan

O : (nomor rak/slot) atau (nomor terminal untuk modul output,

misalnya : modul DC ditempatkan pada slot/rak input 2, di terminal 5 dan modul output ditempatkan pada slot/rak output 5, di terminal 12.

Maka modul input tersebut dituliskan I : 2/5 

dan modul output dituliskan              O : 5/12

2. Sistem Berbasis Tag

Beberpa vendor menggunakan tipe ini karena dapat digunakan untuk perangkat lunak berbahasa tingkat tinggi (bukan bahasa mesin), seperti BASIC dan C. Pada PLC tipe ini, sistem pengalamatan, pemberian nama variabel perangkat input dan output dapat dibuat/dirancang pada sistem. Setiap variabel adalah sebuah Tag dan masing-masing diberi nama. Jika sebuah Tag atau variabel didefinisikan, maka tipe data yang ditunjukan oleh Tag atau variabel tersebut akan dideklarasikan.

3. Soft PLC atau Kontrol Berbasis Personal Computer (PC)

Personal computer (PC) dapat digunakan untuk mengeksekusi instruksi program sekaligus menjalankan perangkat yang dikontrol PLC. Di Industri, kartu I/O sebuah PC dapat digunakan antarmuka (interface) bagi perangkat-perangkat luar diluar PLC dan PC juga dapat difungsikan sebagai PLC. Soft PLC sangat efektif digunakan untuk kontrol ON/OFF atau sebuah proses kontrol yang berurutan dan kontrol lain yang hanya sedikit memerlukan perhitungan numerik.

Keuntungan dan Kerugian PLC

Dalam industri-industri yang ada sekarang ini, kehadiran PLC sangat dibutuhkan terutama untuk menggantikan sistem wiring atau pengkabelan yang sebelumnya masih digunakan dalam mengendalikan suatu sistem. Dengan menggunakan PLC akan diperoleh banyak keuntungan diantaranya adalah sebagai berikut:

• Fleksibel

Pada masa lalu, tiap perangkat elektronik yang berbeda dikendalikan dengan pengendalinya masing-masing. Misal sepuluh mesin membutuhkan sepuluh pengendali, tetapi kini hanya dengan satu PLC kesepuluh  mesin tersebut dapat dijalankan dengan programnya masing-masing.

• Perubahan dan pengkoreksian kesalahan sistem lebih mudah

Bila salah satu sistem akan diubah atau dikoreksi maka pengubahannya hanya dilakukan pada program yang terdapat di komputer, dalam waktu yang relatif singkat, setelah itu didownload ke PLC-nya. Apabila tidak menggunakan PLC, misalnya relay maka perubahannya dilakukan dengan cara mengubah pengkabelannya. Cara ini tentunya memakan waktu yang lama.

• Jumlah kontak yang banyak

Jumlah kontak yang dimiliki oleh PLC pada masing-masing coil lebih banyak daripada kontak yang dimiliki oleh sebuah relay.

• Harganya lebih murah

PLC mampu menyederhanakan banyak pengkabelan dibandingkan dengan sebuah relay. Maka harga dari sebuah PLC lebih murah dibandingkan dengan harga beberapa buah relay yang mampu melakukan pengkabelan dengan jumlah yang sama dengan sebuah PLC. PLC mencakup relay, timers, counters, sequencers, dan berbagai fungsi lainnya.

• Pilot running

PLC yang terprogram dapat dijalankan dan dievaluasi terlebih dahulu di kantor atau laboratorium. Programnya dapat ditulis, diuji, diobserbvasi dan dimodifikasi bila memang dibutuhkan dan hal ini menghemat waktu bila dibandingkan dengan sistem relay konvensional yang diuji dengan hasil terbaik di pabrik.

• Observasi visual

Selama program dijalankan, operasi pada PLC dapat dilihat pada layar CRT. Kesalahan dari operasinya pun dapat diamati bila terjadi.

• Kecepatan operasi

Kecepatan operasi PLC lebih cepat dibandingkan dengan relay. Kecepatan PLC ditentukan dengan waktu scannya dalam satuan millisecond.

• Metode Pemrograman Ladder atau Boolean

Pemrograman PLC dapat dinyatakan dengan pemrograman ladder bagi teknisi, atau aljabar Boolean bagi programmer yang bekerja di sistem kontrol digital atau Boolean.

• Sifatnya tahan uji

Solid state device lebih tahan uji dibandingkan dengan relay dan timers mekanik atau elektrik. PLC merupakan solid state device sehingga bersifat lebih tahan uji.

• Menyederhanakan komponen-komponen sistem kontrol

Dalam PLC juga terdapat counter, relay dan komponen-komponen lainnya, sehingga tidak membutuhkan komponen-komponen tersebut sebagai tambahan. Penggunaan relay membutuhkan counter, timer ataupun komponen-komponen lainnya sebagai peralatan tambahan.

• Dokumentasi

Printout dari PLC dapat langsung diperoleh dan tidak perlu melihat blueprint circuit-nya. Tidak seperti relay yang printout sirkuitnya tidak dapat diperoleh.

• Keamanan

Pengubahan pada PLC tidak dapat dilakukan kecuali PLC tidak dikunci dan diprogram. Jadi tidak ada orang yang tidak berkepentingan dapat mengubah program PLC selama PLC tersebut dikunci.

• Dapat melakukan pengubahan dengan pemrograman ulang

Karena PLC dapat diprogram ulang secara cepat, proses produksi yang bercampur dapat diselesaikan. Misal bagian B akan dijalankan tetapi bagian A masih dalam proses, maka proses pada bagian B dapat diprogram ulang dalam satuan detik.

• Penambahan rangkaian lebih cepat

Pengguna dapat menambah rangkaian pengendali sewaktu-waktu dengan cepat, tanpa memerlukan tenaga dan biaya yang besar seperti pada pengendali konvensional.

Selain keuntungan yang telah disebutkan di atas maka ada kerugian yang dimiliki oleh PLC, yaitu:

• Teknologi yang masih baru

Pengubahan sistem kontrol lama yang menggunakan ladder atau relay ke konsep komputer PLC merupakan hal yang sulit bagi sebagian orang

• Buruk untuk aplikasi program yang tetap

Beberapa aplikasi merupakan aplikasi dengan satu fungsi. Sedangkan PLC dapat mencakup beberapa fungsi sekaligus. Pada aplikasi dengan satu fungsi jarang sekali dilakukan perubahan bahkan tidak sama sekali, sehingga penggunaan PLC pada aplikasi dengan satu fungsi akan memboroskan (biaya).

• Pertimbangan lingkungan

Dalam suatu pemrosesan, lingkungan mungkin mengalami pemanasan yang tinggi, vibrasi yang kontak langsung dengan alat-alat elektronik di dalam PLC dan hal ini bila terjadi terus menerus, mengganggu kinerja PLC sehingga tidak berfungsi optimal.

• Operasi dengan rangkaian yang tetap

Jika rangkaian pada sebuah operasi tidak diubah maka penggunaan PLC lebih mahal dibanding dengan peralatan kontrol lainnya. PLC akan menjadi lebih efektif bila program pada proses tersebut di-upgrade secara periodik.

By : Anwarxdevil

D4 TEKNIK MEKATRONIKA

POLITEKNIK ELEKTRONIKA NEGERI SURABAYA