Review Ulang Ringkasan PLC Hardware (Perangkat PLC Secara Gamblang) Mudah di Pahami.

     Selamat siang - sore sahabat SITROTIS (Sistem Kontrol Otomatis) blog. Blog ini berisi tentang dunia seputar elektro. Sebetulnya kemarin admin mau posting. Sudah hampir selesai dan publikasi tapi, mendadak tulisannya lenyap tiba-tiba seperti terhapus sendiri. Sedih? sedih banget. Tapi, kalau bisa jangan terpuruk. Sebelumnya kami mengucapkan "Selamat Hari Raya Idul Adha Buat Kalian yang Merayakan Ya." Bissmillah juga do'akan penulis juga istiqomah kalau senggang bakalan aku bagikan apa saja yang berhubungan dengan elektro. Maaf jadi curhat.

    Baik, disini saya akan kami akan review ulang tentang PLC. 2 tahun yang lalu sudah saya ulas sedikit dan dasar-dasar PLC. Tapi pada postingan kali ini saya akan membahas lebih rinci lagi dan lengkap mengenai Perangkat PLC. dengan penjelasan yang mudah di pahami. Supaya catatan kuliah kalian gak bikin bingung.

 Gambar 1. PLC (Programmable Logic Controller)

(Sumber: en wikipedia)

     Masih ingat kalian sama pembahasan 2 tahun lalu. Saya saranin buat kalian yang ingin lanjut baca apa yang akan saya bahas ini. Kalian bisa baca-baca dulu di postingan saya yang judulnya "Ringkasan Tentang PLC". Tapi tetep saya bahas singkat tentang definisi dan jenis-jenis PLC secara garis besarnya saja ya.

Definisi

    Pengertian dari PLC (Programmabel Logic Controller) menurut NEMA (National Electrical Manufacturers Association - USA) adalah : "Alat elektronika digital yang menggunakan programmable memory untuk menyimpan instruksi dan untuk menjalankan fungsi-fungsi khusus seperti : logika, sequence (urutan), timing (pewaktuan), penghitungan dan operasi aritmetika untuk mengendalikan mesin dan proses."
       Jadi pengertian yang paling mudah PLC adalah Komputer industri khusus untuk mmengawasi dan mengendalikan proses industri menggunakan bahas pemrograman khusus untuk kontrol  industri (ladder diagram), yang tahan terhadap banyak gangguan (noise, vibration, temperature, humidity).

Jenis-jenis PLC.

1. Tipe compact.

    Ciri-cirinya adalah :

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

     Berikut ini contoh PLC compact dari Allen Bradley.

Gambar 2. PLC compact Micro Logix dari Allen Bradley
(Sumber : Allen Braley, PLC MicroLogix Catalogue)

2. Tipe modular

    Ciri-cirinya adalah:

• Komponen-komponennya terpisah ke dalam modul -modul
•  Berukuran besar
• Memungkinkan untuk ekspansi jumlah input /output (sehingga jumlah lebih banyak)
• Memungkinkan penambahan modul – modul khusus

    Berikut ini contoh PLC modular dari Omron.

Gambar 3. PLC modular dari Omron
(Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004))

Komponen-komponen PLC

   PLC terbagi dalam beberapa komponen utama. Untuk memahaminya, perhatikan gambar yang menampilkan hubungan PLC dengan peralatan lain berikut.

Gambar 4. Hubungan PLC dengan peralatan lain
(Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996))

    Dari gambar nampak bahwa PLC memiliki komponen yang terhubung dengan input device dan output device. PLC juga terhubung dengan PC untuk kebutuhan pemrograman (umumnya menggunakan RS 232 serial port). Secara umum PLC terbagi dalam beberapa komponen berikut :

1. Power Supply
2. Processor
3. Memory
4. Input and Output Module
5. Programming Device

1. Power Supply

    Power supply merupakan penyedia daya bagi PLC. Range tegangan yang dimilikinya bisa berupa tegangan AC (misal : 120/240 Vac) maupun tegangan DC (misal: 24V DC). PLC juga memiliki power supply (24V DC) internal yang bisa digunakan untuk menyediakan daya bagi input/output devices PLC. Berikut ini contoh modul power supply dari Omron.

Gambar 5. Modul power supply dari Omron
(Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS)

2. Processor (Central Processing Unit)

    Processor ialah bagian PLC yang bertugas membaca dan mengeksekusi instruksi program. Processor mempunyai elemen kontrol yang disebut Arithmetic and Logic Unit (ALU), sehingga mampu mengerjakan operasi logika dan aritmetika. Berikut ini contoh modul processor dari Omron.

 Gambar 6.  Modul processor dari Omron
(Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS)

 Tabel 1. Spesifikasi processor dari Omron 

(Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS)

3. Memory

    Memory merupakan tempat penyimpanan data dalam PLC. Memori ini umumnya menjadi satu modul dengan processor/CPU. Jika berbentuk memori eksternal maka itu merupakan memori tambahan. Berikut ini contoh modul memori eksternal dari Omron.

Gambar 7. Modul memori eksternal dari Omron
(Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS)

    Berikut ini “data” yang tersimpan di memori :

• Operating System PLC
• Status input-output, data memory
• Program yang dibuat pengguna

   Perhatikan memory maps  PLC berikut untuk lebih memahami penjelasan di atas.

Gambar 3.7 Memory Maps PLC
(Sumber : Crispin, Allan J, Programmable Logic Controller and Their Engineering Applications,
(McGraw Hill : 1990))

     Gambar di atas, satu persatu bagian dijelaskan sebagai berikut:

• Operating System Memory

       Berfungsi untuk menyimpan operating system PLC. Memori ini berupa ROM (Read Only Memory) sehingga tidak dapat dirubah oleh user.

•  Data (Status) Memory

         Berfungsi untuk menyimpan status input-output tiap saat. Memori ini berupa RAM (Random Access Memory) sehingga dapat berubah sesuai kondisi input/output. Status akan kembali ke kondisi awal jika PLC mati.

•  Program Memory

         Berfungsi untuk menyimpan program pengguna. Jenis memori ini berupa RAM. RAM dapat menggunakan battery backup untuk menyimpan program selama jangka waktu tertentu. Selain itu memori dapat berupa EEPROM (Electrically Erasable Programmble Read Only Memory), yaitu jenis ROM yang dapat diprogram dan dihapus oleh user.

      Sedangkan untuk kebutuhan pemrograman oleh pengguna, area memori PLC dapat digambarkan dalam bagan berikut. 

 

Gambar 9. Bagan area memori PLC

   Berikut ini penjelasan masing – masing bagian tersebut.

• Register

        Register berfungsi untuk menyimpan sekumpulan bit data, baik berupa : nibble (4 bit), byte (8 bit), maupun word (16 bit).

• Flag register

          Flag register berfungsi untuk mengindikasikan perubahan kondisi (state) input/output fisik. Flag register berupa satu bit data. CPU umumnya mempunyai internal flag untuk berbagai keperluan internal PLC.

•  Auxiliary relays

          Auxiliary relays ialah elemen memori 1 bit dalam RAM yang digunakan untuk manipulasi data dalam program. Auxiliary relays disebut juga relay yang imajiner, karena dapat menggantikan fungsi relay namun berbentuk program.

•  Timer

           Timer adalah pemberi penundaan waktu dalam suatu proses. Timer berasal dari built in clock oscillator dalam CPU. Timer umumnya memiliki alamat khusus.

•  Counter

           Counter adalah komponen penghitung input pulsa yang diberikan input device. CPU memiliki counter internal. Counter ini umumnya memiliki alamat khusus.

4. Input - Output Module

    Input-output module ialah perantara dari PLC ke peralatan di dunia nyata. Gambar di bawah ini menunjukkan posisi keduanya.

Gambar 10. Hubungan input-output module dengan peralatan
(Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996))

     I/O module pada PLC compact umumnya sudah built-in di PLC. Sedang untuk PLC modular berupa modul I/O tersendiri yang terpisah dari CPU. Secara umum terbagi menjadi :

•  Digital Input / Output Module

•  Analog Input / Output Module

Berikut ini penjelasan masing – masing.

•  Digital Input Module

        Digital Input Module berfungsi untuk menghubungkan input diskrit fisik (switch, sensor) dengan PLC. Modul ini tersedia dalam tegangan DC dan AC (umumnya : 240 Vac, 120 Vac, 24 Vdc, dan 5 Vdc). Di dalamnya terdapat “optoisolator” untuk mencegah lonjakan tegangan tinggi masuk PLC (sebagai pengaman). Berikut ini skema di dalam digital input module untuk tegangan DC dan AC. Sebagai catatan, modul input yang dapat menerima tegangan AC memiliki rangkaian penyearah di dalamnya.

Gambar 11. Modul output digital untuk tegangan DC
Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996)

Gambar 12. Modul output digital untuk tegangan AC
Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996)

     Berikut ini contoh spesifikasi DC input module dari Omron. Di situ terdapat informasi tentang jumlah input dalam modul tersebut, arus dan tegangan input yang untuk memberikan logika 1, dan lain – lain.

     Tabel 2 Spesifikasi DC input module dari Omron

     Sumber : OMRON, PLC Omron C200 HS

     Suatu vendor PLC umumnya juga memberi pilihan bermacam - macam digital input module. Berikut ini daftar input modules dari Omron. Input modules dibedakan berdasar jumlah input, jenis tegangan (AC/DC), dan besaran tegangan yang dapat diterima PLC.

     Tabel 3 Macam-macam modul input dari PLC Omron C200H

     Sumber : OMRON, PLC Omron C200H

•  Digital Output Module

        Digital Output Module menghubungkan output diskrit fisik (lampu, relay, solenoid, motor) dengan PLC. Jenis – jenis Digital Output Module ialah :

• Triac output (output tegangan AC)
• Transistor output (output tegangan DC)
•  Relay output (output tegangan AC/DC)

     Gambar di bawah menunjukkan konfigurasi masing – masing jenis Digital Output Module di atas.

Gambar 13. Macam – macam modul output diskrit
(Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996))

     Berikut ini contoh spesifikasi transistor output module dari Omron. Di situ terdapat informasi tentang jumlah output dalam modul tersebut, arus dan tegangan output untuk mendapatkan logika 1, dan lain – lain.

    Tabel 4 Spesifikasi transistor output module dari Omron

     Sumber : OMRON, PLC Omron C200HS

     Suatu vendor PLC umumnya juga memberi pilihan bermacam - macam digital output module. Berikut ini daftar output modules dari Omron. Output modules dibedakan berdasar jumlah input, jenis tegangan (AC/DC), dan besaran tegangan yang dapat diterima PLC.

     Tabel 5 Macam – macam modul output dari PLC Omron C200H

     Sumber : OMRON, PLC Omron C200H

• Analog input/output module

         Selain modul input/output diskrit, terdapat juga modul input/output analog. Modul input analog dapat menerima tegangan dan arus dengan level tertentu (misal 0-10 V, 4-20 mA) dari input device analog (misal : sensor analog, potensiometer). Sedang modul output analog dapat memberikan tegangn dan arus dengan level tertentu (misal 0-10 V, 4-20 mA) pada outpu device analog (misal : motor DC, motor AC, control valve).

Gambar 14 Modul input/output analog
Sumber : Kilian, Christopher T, Modern Control Technology, (West Publishing Co : 1996)

5. Programming Device

    Programming Device ialah alat untuk membuat atau mengedit program PLC. Pada mulanya berupa hand held programmer seperti Gambar 15 di bawah. Keuntungannya ialah dapat dibawa ke mana saja karena bentuknya kecil, namun alat ini sulit untuk melihat program secara keseluruhan karena yang ditampilkan ialah program per baris saja.

Gambar 15.  Hand held programmer dari PLC Allen Bradley
(Sumber : Allen Bradley, PLC MicroLogix Catalogue)

     Dengan perkembangan komputer yang cepat, dan disertai ukurannya yang semakin mengecil, maka PC atau laptop jauh lebih sering digunakan sekarang ini. PC terhubung dengan PLC melalui programming port (umumnya RS 232).

Pemilihan PLC

    PLC mana yang paling tepat digunakan? Jawabannya ialah tergantung kebutuhan dari sistem yang ada. Harus dipahami apakah sistem hanya perlu jumlah input/output sedikt? Apakah pemrograman yang dilakukan cukup kompleks? Apakah ada input/output device khusus yang terkoneksi ke PLC? Setelah memahami kebutuhan sistem, barulah dapat ditentukan tipe PLC seperti apa yang tepat. Secara umum prinsip pemilihan PLC ialah :

1. Jumlah dan karakteristik input - output
2. Fitur hardware PLC

• Power supply, modul input/output, kemampuan untuk diekspansi dengan modul – modul lain, port komunikasi, dan lain – lain.

3. Fitur software PLC

•  Kapasitas memori, kecepatan pemrosesan data, jumlah instruksi yang dapat digunakan, dan lain – lain.

   Berikut ini studi kasus dari pemilihan PLC Omron. PLC Omron memiliki jenis PLC yang sangat bervariasi dari sisi fungsionalitas dan kemampuannya. Gambar 16 menunjukkan tipe – tipe PLC dari pertimbangan kedua hal tersebut. PLC Omron terbagi menjadi 3 kelompok : Micro, CJ1, dan CS1. Ketiganya tampak pada gambar 17.

Gambar 16.  Tipe-tipe PLC Omron dalam grafik
(Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004))

Gambar 17. 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 18. 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 19. Macam – macam bentuk micro PLC Omron
(Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004))

3. Kelengkapan fitur sistem
   Berikut ini contoh pemilihan PLC dari banyak fitur sistem yang dimiliki. Pada gambar 19 ditampilkan penggambaran yang lebih jelas lagi dari katalog PLC Omron.

Gambar 20. Overview fitur – fitur micro PLC
(Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004))

Gambar 21. Fitur-fitur micro PLC detail
(Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004))