PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)

PENGANTAR PLC

Dalam bidang industri penggunaan mesin otomatis dan pemrosesan secara otomatis merupakan hal yang umum. Sistem prengontrolan dengan elektromekanik yang menggunakan relay-relay mempunyai banyak kelemahan, diantaranya kontak-kontak yang dipakai mudah aus karena panas / terbakar atau karena hubung singkat, membutuhkan biaya yang besar saat instalasi, pemeliharaan dan modifikasi dari sistem yang telah dibuat jika dikemudian hari dipertlukan modifikasi.

Dengan menggunakan PLC hal-hal ini dapat diatasii, karena sistem PLC mengintegrasikan berbagai macam komponen yang berdiri sendiri menjadi suatu sistem kendali terpadu dan dengan mudah merenovasi tanpa harus mengganti semua instrumen yang ada.

KONSEP PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS (PLC)

Konsep dari PLC  sesuai dengan namanya adsalah sebagai berikut :

Programmable : menunjukkan kemampuannya yang dapat dengan mudah diubah-ubah sesuai program yang dibuat dan kemampuannya dalam hal memori program yang telah dibuat.

Logic : menunjukkan kemampuannya dalam memproses input secara aritmetik (ALU), yaitu melakukjan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi dan negasi.

Controller : menunjukkan kemampuannya dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.

FUNGSI PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS (PLC)

Fungsi dan kegunaan dari PLC dapat dikatakan hampir tidak terbatas. Tapi dalam prakteknya dapat dibagi secara umum dan khusus.

Secara umum fungsi dari PLC adalah sebagai berikut :

1. Kontrol Sekensial

            PLC memroses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disini PLC menjaga agar semua step / langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.

2.      Monitoring Plant

PLC secara terus menerus memonitor 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 ke operator.

 

BAHASA PEMOGRAMAN

Terdapat banyak pilihan bahasa untuk membuat program dalam PLC. Masing-masing bahasa mempunyai keuntungan dan kerugian tergantung dari sudut pandang kita sebagai user / pemogram. Pada umumnya terdapat 2 bahasa pemograman sederhana dari PLC , yaitu pemograman diagram ladder dan bahasa instruction list. (mnemonic code).Diagram Ladder adalah bahasa yang dimiliki oleh setiap PLC.

LADDER DIAGRAM

Diagram Ladder menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertical dimana garis vertical sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positip catu daya dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatip catu daya.

Program ladder ditulis menggunakan bentuk pictorial atau simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemen-elemen seperti normally open contact, normally closed contact, timer, counter, sequencer dll ditampilkan seperti dalam bentuk pictorial.

Dibawah kondisi yang benar, listrik dapat mengalir dari rel sebelah kiri ke rel sebelah kanan, jalur rel seperti ini disebut sebagai ladder line (garis tangga). Peraturan secara umum di dalam menggambarkan program ladder diagram adalah :

q  Daya mengalir dari rel kiri ke rel kanan

q  Output koil tidak boleh dihubungkan secara langsung di rel sebelah kiri.

q  Tidak ada kontak  yang diletakkan disebelah kanan output coil

q  Hanya diperbolehkan satu output koil pada ladder line.

Dengan diagram ladder, gambar diatas direpresantisak menjadi

Gambar 1. Diagram Ladder

Diantar dua garis ini dipasang kontak-kontak yang menggambarkan kontrol dari switch, sensor atau output. Satu baris dari diagram disebut dengan satu rung. Input menggunakan symbol  [ ]  (kontak normally open) dan [/] (kontak normally close). Output mempunyai symbol  (  ) yang terletak paling kanan.

2. Prinsip-prinsip Ladder Diagram PLC

Untuk memperlihatkan hubungan antara satu rangkaian fisik dengan ladder diagram yang mempresentasikannya, lihatlah rangkaian motor listrik pada gambar dibawah ini.

Motor dihubungkan ke sumber daya melalui 3 saklar yang dirangkai secara seri ditambah saklar over load sebagai pengaman. Motor akan menyala bila seluruh saklar dalam kondisi menutup.

Gambar 2. rangkaian start – stop motor

Kesimpulan :

q  Ladder diagram tersusun dari dua garis vertical yang mewakili rel daya

q  Diantara garis vertikal tersebut disusun garis horizontal yang disebut rung (anak tangga) yang berfungsi untukmenempatkan komponen kontrol sistem.

3. Praktek memori Circuit (Latch)

Rangkaian yang bersifat mengingat kondisi sebelumnya seringkali dibutuhkan dalam kontrol logic. Pada rangkaian ini hasil keluaran dikunci (latching) dengan menggunakan kontak hasil keluaran itu sendiri, sehingga walaupun input sudah berubah, kondisi output tetap.

Gambar 3. Latching Circuit

OPERASI LOGIKA    P L C

I. TUJUAN :

q  Mampu memahami dasar-dasar unit rancang bangun PLC

q  Mampu memasukan dan menjalankan program dasar di PLC

q  Mampu membuat program atu diagram ladder dari suatu masalah sederhana

 

II. PRAKTEK :

A.     PRAKTEK INPUT / OUTPUT

Setelah melakukan praktek ini , peserta diharapkan mampu :

q  Menjadikan PLC sebagai pengontrol terhadap suatu kondisi input tertentu.

Program :

q  Lampu 1 akan menyala bila saklar 1 ON dan mati bila OFF

q  Lampu 2 akan menyala bila saklar 2 OFF dan mati bila ON

q  Lampu dan saklar diandaikan suatu kondisi dalam suatu proses dalam mesin.

Gambar 4. Kontak lampu on –off

B.     OPERASI LOGIKA

B.1. OR

1.      Rangkaian disusun seperti pada gambar

2.      terminal output dihubungkan ke modul I/O train (input ke output)

3.      PLC dihidupkan lalu operasi + OFFLINE MODE dipilih

4.      Buatlah program untuk diagram ladder di bawah ini :

Gambar 5. Operasi Logika – OR

5.  Kemudian jalankan program untuk diagram ladder di bawah ini :

Tabel 1. Tabel logika

No	Input			Output
	X2	X1	X0	OR	AND	NOR	NAND
1	Off	Off	Off
2	Off	Off	On
3	Off	On	Off
4	Off	On	On
5	On	Off	Off
6	On	Off	On
7	On	On	Off
8	On	On	On

 

B.2. AND

6. Buatlah program untuk diagram ladder di bawah ini :

Gambar 6. Operasi Logika – AND

7. Jalankan program tersebut, lalu isi dan lengkapi tabel 1

B.3. NOR

8. Buatlah program yang sesuai untuk diagram ladder dibawah ini :

Gambar 7. Operasi Logika – AND

9. Kemudian jalankan program tersebut lalu isi dan lengkapi tabel 1.

B.4. EXOR

10. Buatlah program yang sesuai untuk diagram ladder dibawah ini

Gambar 8. Operasi Logika – EXOR

11. Kemudian jalankan program tersebut lalu isi dan lengkapi tabel 2

B.5. EXNOR

12. Buatlah program yang sesuai untuk diagram ladder di bawah ini

Gambar 9. Operasi Logika – EXNOR

13. Kemudian jalankan program tersebut lalu isi dan lengkapi tabel 2

Tabel 2. Tabel kebenaran lanjutan

No	Input		Output
	X2	X1	EXOR	EXNOR
1	Off	Off
2	Off	On
3	On	Off
4	On	On

TIMER

Timer berfungsi untuk mengaktifkan suatu keluaran dengan interval waktu yang dapat diatur. Pengaturan waktu dilakukan melaui nilai setting (preset value).  Timer tersebut akan bekerja bila diberi input dan mendapat pulsa clock. Untuk pulsa clock sudah disediakan oleh pembuat PLC. Besarnya nilai pulsa clock pada setiap timer tergantung pada nomor timer yang digunakan.  Saat input timer ON maka timer mulai mencacah pulsa dari 0 sampai preset value. Bila sudah mencapai preset value maka akan mengaktifkan Outputyang telah ditentukan.

COUNTER

Fungsi counter adalah mencacah pulsa yang masuk. Sepintas cara kerja counter dan timer mirip. Perbedaannya adalah timer mencacah pulsa internal sedangkan counter mencacah pulsa dari luar.

Dot matrix

Dot matrix adalah susunan titik-titik dua dimensi yang digunakan untuk menampilkan karakter-karakter, simbol atau gambar. Dahulu dot matrix digunakan pada printer-printer tua dan banyak perangkat tampilan digital. Pada printer, titik-titik tersebut adalah daerah yang diredupkan. Sedangkan pada display, titik-titik tersebut adalah daerah yang bercahaya. Sebagaimana pada LED atau CRT display cara kerjanya titik-titik yang sebelumnya mati, bercahaya sesuai sesuai obyek yang diinginkan.

Gambar 3.1 Blok Diagram AN36

Gambar 3.2 Rangkaian Dot Matrix
Dot matrix banyak digunakan untuk menampilkan informasi pada mesin-mesin, jam, indikator keberangkatan kereta api dan perangkat lainnya yang membutuhkan display sederhana untuk resolusi yang terbatas. Display ini terdiri dari LED yang tersusun secara matrix berbentuk segi empat (bentuk selain segi empat juga ada) sehingga dengan menyalakan/mematikan lampu yang diinginkan, teks atau grafik yang dapat ditampilkan. Pengendali dot matrix mengkonversi instruksi dari decoder ke dalam sinyal elektris yang dapat menyalakan atau mematikan lampu sehingga tampilan yang diinginkan dapat terjadi.
Contoh aplikasi Dot Matrix
Aplication Note AN36
Aplikasi ini menggunakan:

- 1 modul DT-51 MinSys Ver 3.0
- 1 buah RAM 6264
- 1 buah 74LS138
- 3 buah 74HC595
- 3 buah ULN2003AN
- 7 buah TIP127
- 20 buah Resistor 22 ohm
- 7 buah Resistor 470 ohm

- 4 buah dot matrix 5 x 7 tipe N dengan tinggi 2 inci
Adapun blok diagram sistem dan hubungan DT-51 MinSys dengan rangkaian terdapat pada gambar 3.1 dan 3.2.

Koneksi AN36

Setelah semua rangkaian terhubung dan mendapat tegangan catu yang sesuai, download-lah Dot.HEX ke DT-51 MinSys ver 3.0.
Cara kerja hardware adalah sebagai berikut:
• Data kolom dari DT-51 MinSys dikirimkan melalui port 1.
• Karena menggunakan 4 buah dot matriks yang masing-masingnya berisi 5 kolom, maka ada 20 data.
• Data tersebut ditransmisikan secara serial oleh port P1.0 ke IC shift register 74LS595 dengan clock pada port P1.1 untuk tiap bit data.
• IC 74LS595 ini akan merubah data serial menjadi data paralel.
• IC 74LS595 ini mempunyai fasilitas pin serial out sehingga mendukung konfigurasi bertingkat (cascade) yaitu dengan menghubungkan pin serial out ke input shift register berikutnya.
• Setelah 20 bit data serial yang masuk dan diubah menjadi data paralel, maka port P1.3 akan mengaktifkan fasilitas latch pada IC 74LS595.
• Keduapuluh data paralel tersebut akan dikuatkan arusnya dengan buffer sebelum sampai ke dot matrix.
• Buffer yang digunakan adalah transistor NPN open collector yang dikemas dalam bentuk IC ULN2003.
• Pemberian logika high pada input buffer ULN2003 akan mengaktifkan semua katoda LED dot matrix pada kolom yang bersangkutan.
• Setelah data kolom sampai pada dot matrix, maka data baris dikirim melalui port C.
• Port PC0 – PC2 dihubungkan dengan input dari decoder 74LS138.
• Output dari 74LS138 tersebut dihubungkan ke masing-masing katoda LED pada baris yang bersangkutan.
• Port C inilah yang akan melakukan proses scanning baris.

Flowchart dan cara kerja software adalah sebagai berikut:
Prosedur Utama

Prosedur utama akan beroperasi sebagai berikut:
1. Hal yang pertama dilakukan adalah proses inisialisasi
2. Lalu dilanjutkan dengan pengisian data-data dari karakter ke variabel Buff. Karakter-karakter yang akan ditampilkan masing-masing memiliki alamat tertentu. Data-data yang akan ditampilkan diisikan ke dalam Buff. Buff ini sendiri mempunyai address tertentu yang berada di RAM. Proses pengisian data karakter
“DEMO” ke dalam Buff dapat dilihat pada tabel.

Pada tabel terlihat bahwa pointer W akan menunjukkan alamat format tampilan “D” yang besarnya 7 byte mewakili tampilan baris pertama sampai baris ketujuh (D1 s/d D7).
Pointer X akan menunjukkan alamat format tampilan “E” yang besarnya 7 byte mewakili tampilan baris pertama sampai baris ketujuh (E1 s/d E7).
Pointer Y akan menunjukkan alamat format tampilan “M” yang besarnya 7 byte mewakili tampilan baris pertama sampai baris ketujuh (M1 s/d M7).
Pointer Z akan menunjukkan alamat format tampilan “O” yang besarnya 7 byte mewakili tampilan baris pertama sampai baris ketujuh (O1 s/d O7).
3. Proses selanjutnya adalah proses duplikasi format karakter terpilih (D, E, M, O) ke buffer display di RAM (register RAM) mulai baris pertama dari tiap karakter disusul dengan data baris kedua dan demikian seterusnya sampai baris terakhir.
4. Proses menampilkan data ke dot matrix display terdapat pada gambar 3.3.

Segment Display

Seven Segment Display
Seven segment display seperti namanya terdiri dari tujuh bagian yang berdiri sendiri, masing-masing elemen dapat dikombinasikan untuk menghasilkan tampilan angka Hindu-Arab sederhana. Sebagai contoh bila segmen B dan C menyala maka dihasilkan angka desimal 1, bila segmen A, B, dan C menyala maka muncul angka desimal 7 dan sebagainya.

Seven segment display dapat dibuat dengan berbagai cara. Tiap tujuh segmen tersebut dapat berupa filamen tipis yang berpijar. Jenis peraga ini disebut peraga pijar (incandescent display), dan sama dengan bola lampu biasa. Peraga jenis lain adalah tabung pelepasan gas (gas discharge) yang beroperasi pada tegangan tinggi. Unit ini menghasilkan sinar jingga. Tabung yang berpendar (fluorescent) akan menghasilkan sinar hijau bila menyala dan beroperasi pada tegangan rendah. Liquid Crystal Display menghasilkan angka berwarna kelabu atau putih perak. LED menghasilkan cahaya yang kemerah-merahan.

Oleh karena sangat mudah digunakan, maka LED seven segment akan dibahas lebih terperinci. Ada 2 jenis display LED Seven segment yaitu common anode dan common katode. Common anode adalah tipe seven segment yang kutub negatifnya menjadi satu dan common katode adalah tipa Seven segment yang kutub positifnya menjadi satu. Display jenis ini beroperasi pada tegangan 5 Volt dan arus sampai 20mA. Resistor 150 ohm ditempatkan pada rangkaian untuk membatasi arus sampai 20 mA. Tanpa resistor tersebut, LED akan terbakar. Oleh karena berupa dioda , LED sensitif terhadap polaritas. Katoda harus dihubungkan ke kutub negatif dari catu daya dan Anoda harus dihubungkan dengan kutub positif dari catu daya. Seven segment bekerja dengan menggunakan decoder BCD 7447 untuk common anode dan 7448 untuk common katode. Masukannya berupa bilangan BCD 4-bit. Bilangan BCD tersebut dikodekan sehingga membentuk kode tujuh segmen yang akan menyalakan ruas-ruas yang sesuai.

Fourteen Segment Display
Fourteen segment display adalah suatu tipe display yang terdiri dari 14 bagian yang dapat dinyalakan atau dimatikan sesuai dengan grafik yang akan dihasilkan. Display ini adalah pengembangan dari Seven segment display, memiliki tambahan empat segmen diagonal dan dua segmen vertikal dengan segmen horisontal tengah terbagi menjadi dua bagian.

Fourteen segment display banyak digunakan dalam kalkulator-kalkulator digital, telepon selular, peralatan gym dan DVD player.
Sixteen Segment Display
Sixteen segment display adalah tipe display yang berdasar pada 16 bagian yang dapat dinyalakan atau dimatikan sesuai dengan grafik yang akan dihasilkan. Display ini adalah pengembangan dari Fourteen segment display dengan ketiga bagian horisontal terbagi menjadi dua. Aplikasinya sama dengan seven segment dan fourteen segment display.

Seperti seven dan fourteen segment display, titik desimal atau koma dapat ditampilkan sebagai segmen tambahan. Koma, biasanya terbentuk dengan mengkombinasikan titik desimal dengan segmen berbentuk busur yang letaknya berdekatan. Dengan begini titik atau koma ini dapat menggantikan pekerjaan segmen vertikal tengah sebagai titik dan segmen diagonal kiri bawah sebagai koma. Display seperti ini sangat umum digunakan pada mesin pinball untuk menampilkan skor dan informasi lainnya.

Organic Light-Emitting Diode (OLED

Organic Light-Emitting Diode (OLED) adalah sebuah semikonduktor sebagai pemancar cahaya yang terbuat dari lapisan organik. OLED digunakan dalam teknologi elektroluminensi, seperti pada aplikasi tampilan layar atau sensor. Teknologi ini terkenal fleksibel dengan ketipisannya yang mencapai kurang dari 1 mm. Teknologi OLED ditemukan oleh ilmuwan Perusahaan Eastman Kodak, Dr. Ching W. Tang pada tahun 1979. Riset di Indonesia mengenai teknologi ini dimulai pada tahun 2005. OLED diciptakan sebagai teknologi aternatif yang mampu mengungguli generasi tampilan layar sebelumnya, tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display atau LCD). OLED terus dikembangkan dan diaplikasikan ke dalam perangkat tampilan elektronik.
OLED merupakan piranti penting dalam teknologi elektroluminensi. Teknologi tersebut memiliki dasar konsep pancaran cahaya yang dihasilkan oleh piranti akibat adanya medan listrik yang diberikan. Teknologi OLED dikembangkan untuk memperoleh tampilan yang luas, fleksibel, murah dan dapat digunakan sebagai layar yang efisien untuk berbagai keperluan layar tampilan. Jumlah warna dari cahaya yang dipancarkan oleh piranti OLED berkembang dari satu warna menjadi multi-warna. Fenomena ini diperoleh dengan membuat variasi tegangan listrik yang diberikan kepada piranti OLED sehingga piranti tersebut memiliki prospek untuk menjadi piranti alternatif seperti teknologi tampilan layar datar berdasarkan kristal cair.
Struktur OLED terdiri atas lapisan kaca terbuat dari oksida timah-indium yang berfungsi sebagai elektroda positif atau anoda, lapisan organik dari diamine aromatik dengan ketebalan 750 nm, lapisan pemancar cahaya yang terbuat dari senyawa metal kompleks misalnya 8-hydroxyquinoline aluminium, dan lapisan elektroda negatif atau katoda terbuat dari campuran logam magnesium dan perak dengan perbandingan atom 10:1. Konstruksi keseluruhan lapisan tidak lebih dari 500 nm, artinya OLED sama tipis dengan selembar kertas.

Bagian penting dari piranti OLED adalah lapisan elektroda dan lapisan tipis yang terdiri dari molekul-molekul organik sebagai pemancar cahaya dimana keduanya disusun bertumpuk. Lapisan organik dapat dimendapkan dengan teknik yang relatif sederhana yaitu pelapisan memutar (spin coating) sedangkan lapisan elektroda dimendapkan menggunakan teknik penguapan (evaporation). Lapisan elektroda dibuat dari bahan logam transparan atau semi-transparan seperti Indium Tin Oxide (ITO) atau aluminium (Al). Sifat transparan memungkinkan cahaya yang terpancar dari struktur piranti keluar secara optimal.
Mekanisme kerja OLED yaitu jika pada elektroda diberikan medan listrik, fungsi kerja katoda akan turun dan membuat elektron-elektron bergerak dari katoda menuju pita konduksi di lapisan organik. Keadaan ini mengakibatkan munculnya lubang (hole) di pita valensi. Anoda akan mendorong lubang untuk bergerak menuju pita valensi bahan organik. Keadaan ini mengakibatkan terjadinya proses rekombinasi elektron dan lubang di dalam lapisan organik dimana elektron akan turun dan bersatu dengan lubang lalu memberikan kelebihan energi dalam bentuk foton cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Pada akhirnya akan diperoleh satu jenis pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu bergantung pada jenis bahan pemancar cahaya yang digunakan.
Pengembangan teknologi OLED di Indonesia tepat dengan realitas yang ada yaitu pengembangan teknologi yang disesuaikan dengan kemampuan anggaran yang terbatas dengan upaya memperoleh hasil yang optimal. Teknologi OLED sebagai layar alternatif dijadikan sebagai bentuk upaya untuk mengejar tertinggalnya teknologi yang ada agar tidak semakin jauh sehingga dapat mengurangi ketergantungan penggunaan produk teknologi dari negara industri maju.
Di Indonesia, beberapa teknologi layar tampilan dengan teknologi OLED sudah masuk ke pasar, mulai dari alat penerangan, alat konsumsi rumah tangga seperti televisi, gadget seperti telepon genggam, papan ketik (keyboard), kamera digital, jam tangan digital, komputer jinjing (laptop), layar komputer, sampai pada alat informasi seperti layar pengumuman di pasar swalayan, bandara, hotel atau rumah sakit.


Kelebihan OLED :
• Tampilan OLED baru dan menarik. Layar terbuat dari gabungan warna dalam kaca transparan sangat tipis sehingga ringan dan fleksibel.
• Kemampuan OLED untuk beroperasi sebagai sumber cahaya yang menghasilkan cahaya putih terang saat dihubungkan dengan sumber listrik.
• Konsumsi daya listrik yang rendah dan terbuat dari bahan organik menjadikan OLED sebagai teknologi ramah lingkungan.
• Biaya operasional yang relatif rendah dan proses perakitan yang relatif sederhana dibandingkan LCD. OLED dapat dicetak ke atas substrat yang sesuai dengan menggunakan teknologi pencetak tinta semprot (inkjet printer).
• Memiliki jangkauan wilayah warna, tingkat terang, dan tampilan sudut pandang yang sangat luas. Piksel OLED memancarkan cahaya secara langsung sedangkan LCD menggunakan teknologi cahaya belakang (backlight) sehingga tidak memancarkan warna yang sebenarnya.
• OLED memiliki waktu reaksi yang lebih cepat. Layar LCD memiliki waktu reaksi 8-12 milisekon, sedangkan OLED hanya kurang dari 0.01 ms.

Kekurangan OLED :
• Masalah teknis OLED yaitu masa bertahan bahan organik yang terbatas, sekitar 14.000 jam dibandingkan layar datar lain yang bisa mencapai 60.000 jam. Pada tahun 2007, masa bertahan OLED dikembangkan menjadi 198.000 jam.
• Kelembaban dapat memperpendek umur OLED. Bahan kandungan organik di dalam OLED dapat rusak jika terkena air.
• Pengembangan proses segel (improved sealing process) dalam praktek pembuatan OLED dapat membatasi masa bertahan tampilan.
• Dalam piranti OLED multi-warna yang ada sekarang, intensitas cahaya yang dihasilkan untuk warna tertentu belum cukup terang.
• Harga produk yang cenderung mahal sehingga masih belum terjangkau oleh kalangan umum.