Post on 14-Feb-2018
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Tinjauan Mutakhir
Tinjauan mutakhir diperlukan untuk menunjang rancang bangun yang
akan dilakukan. Pembuatan rancang bangun sistem kelistrikan otomatis ini
merupakan pengembangan dari beberapa rancang bangun sebelumnya, yaitu:
1. “Rancang Bangun Kontrol Peralatan Listrik Otomatis Berbasis AT89S51”
(Hamdan, 2012). Rancang bangun yang dijabarkan pada point 1 diatas
menggunakan perangkat kontrol utama mikrokontroler AT89S51 yang
pemrogramannya berbasis structure text. Sinyal masukan yang digunakan adalah
keypad untuk memilih output yang ingin dijalankan. Rancang bangun point 1
diatas memiliki modul transistor dan relay untuk mengendalikan tegangan 220
VAC dengan sinyal keluaran 5 VDC pada mikrokontroler.
2. “Sistem Kontrol Penyalaan Lampu Ruang Berdasarkan Pendeteksian Ada
Tidaknya Orang Di Dalam Ruangan” (Otomo,2013). Prinsip kerja rancang
bangun point 2 diatas adalah sistem kontrol lampu otomatis yang mendeteksi ada
atau tidaknya orang di dalam ruangan dengan menggunakan sensor Passive
InfraRed (PIR). Kontroler utama yang digunakan adalah mikrokontroler
AT89S51. Jarak maksimum yang dapat dideteksi sensor PIR adalah 4,3 meter
pada sudut 0° (lurus dari depan sensor), dan 2 meter pada sudut 30° (kekiri dan
kekanan). Sedangkan relay digunakan untuk menghubungkan antara arus DC dan
arus AC.
3. “Perancangan Prototype Smart Building Berbasis Arduino Uno”
(Simanjuntak,2013). Rancang bangun ini membahas perancangan prototype smart
builing. Smart building yang dirancang yaitu sebuah bangunan yang terintegrasi
dengan sebuah perangkat yang dapat dapat memantau dan mengontrol peralatan
listrik pada bangunan tersebut. Perangkat tersebut terhubung ke jaringan
komputer, sehingga dapat dikendalikan melalui jarak jauh. Prototype yang
dirancang akan bertindak sebagai sebuah web server yang menampilkan sebuah
halaman web kepada client yang berisi status peralatan listrik dan tombol untuk
5
mengatur peralatan listrik tersebut. Prototype akan mengontrol peralatan listrik
berdasarkan perintah yang dikirim oleh client. Client adalah aplikasi web browser
yang ada pada perangkat yang digunakan untuk mengontrol prototype. Hasil dari
proses perancangan adalah sebuah prototype yang dapat menghidupkan atau
mematikan peralatan listrik dari jarak jauh melalui jaringan internet menggunakan
aplikasi web browser. Kontroler utama dalam rancang bangun ini adalah arduino
uno.
4. “Pengaruh Sensor LDR Terhadap Pengontrolan Lampu” (Supatmi,2010).
Penelitian ini membahas tentang pengaruh sensor cahaya LDR terhadap
pengontrolan lampu. Sensor dirancang bersamaan dengan transistor. Transistor ini
digunakan sebagai pembanding cahaya lampu yang masuk pada sensor LDR.
5. “Penggunaan Sensor MQ-2 Sebagai Pendeteksi Asap Rokok”. (Mandagi,2013).
Rancang bangun ini membahas penggunaan sensor gas MQ-2 sebagai pendeteksi
asap rokok yang dihubungkan dengan output kipas. Sedangkan microcontroller
yang digunakan adalah AT89S52.
2.2 PLC ( Programmable Logic Controller )
National Electrical Manufacturers Association (NEMA) mendefinisikan
PLC (Programmable Logic Controller) sebagai sebuah perangkat elektronik
berbasis digital yang mempunyai memori yang bisa diprogram untuk mengolah
fungsi fungsi spesial seperti logika, sekuensial, pewaktuan, penghitungan, dan
komputasi sinyal masukan atau keluaran analog maupun digital yang dapat
diterapkan untuk berbagai macam mesin dan proses produksi. “PLC
(Programmable Logic Controller) menggantikan fungsi relay, timer, counter yang
digunakan pada kontroler lama dengan komponen semikonduktor seperti IC
(Integrated Circuit) dan transistor dengan tambahan kemampuan komputasi pada
fungsi dasar pengontrolan untuk membuat kontrol yang bisa diprogram.” (R&D
Center,2010:3).
Tabel perbandingan perangkat kontrol kelistrikan dijabarkan pada gambar 2.1
6
Tabel 2.1 Perbandingan kontroler
Kategori Relay Digital logic/
Microcontroller
Computer PLC
Kontrol Butuh waktu
lama untuk
integrasi dan
desain
rangkaian
Butuh waktu
lama untuk
desain
rangkaian
Butuh waktu
lama untuk
pemrograman
Sederhana
Fungsi Tidak ada Ada Ada Ada
Modifikasi Sangat sulit Sulit Sangat
sederhana
Sangat
sederhana
Perawatan Sangat sulit Sulit Sangat
sederhana
Sangat
sederhana
(sumber : R&D Center,2010:7)
Dari tabel 2.1 dapat disimpulkan bahwa PLC memiliki banyak keunggulan
dibanding dengan kontroler lain. Dari segi kontrol, PLC membutuhkan waktu
yang lebih cepat untuk pengintegrasian dengan modul I/O. Selain itu, modifikasi
program sangat mudah dilakukan karena berbasis pemrograman yang menyerupai
rangkaian listrik yang mudah dipahami yang dilengkapi fungsi-fungsi internal
seperti timer, counter, analog comparator dan lain-lain yang sangat memudahkan
perancangan. Sedangkan dari sisi perawatan, kemampuan yang handal dari PLC
tidak membutuhkan perawatan yang berkala.
Karakteristik PLC menurut (R&D Center,2010:7)
1. Memiliki banyak jenis fungsi seperti timer,counter dan fungsi lainnya.
2. Memiliki program dengan fungsionalitas tinggi ( mudah untuk mendesain
rangkaian kontrol).
3. Mudah untuk dikontrol, dirawat dan digunakan.
4. Kemampuan yang handal.
7
2.3 Perangkat Keras PLC Zelio (SR2B121BD)
Zelio merupakan produk PLC (Programmable Logic Controller) yang
diproduksi oleh Schneider Electric. Zelio pada sistem otomasi digunakan sebagai
main controller yang memproses sinyal masukan untuk selanjutnya diteruskan ke
perangkat keluaran. Zelio merupakan perangkat elektronik yang kompatibel untuk
digunakan sebagai perangkat pemrograman mesin mesin ataupun perintah
sederhana dalam industri. Gambar 2.1 merupakan perangkat keras zelio
(SR2B121BD).
Gambar 2.1 Zelio tipe SR2B121BD
Bagian bagian gambar 2.1 meliputi :
1. Terminal tegangan 24 VDC
2. Terminal netral
3. Terminal digital input (I1-I4) + analog input (IB-IE)
4. LCD
5. Tombol pemrograman manual
6. Slot komunikasi data
7. Terminal common tegangan
8. Empat terminal output (Q1-Q4)
Zelio (SR2B121BD) mempunyai empat terminal discrete input, empat
terminal analog input dan empat terminal output. Kebutuhan suplai tegangan
Zelio (SR2B121BD) adalah 24 VDC. Output Zelio mengeluarkan tegangan 24
VDC sedangkan tegangan masukannya adalah 24 VDC (discrete input) dan 0-10
VDC untuk analog input.
8
2.4 Perangkat Lunak Zeliosoft 2.0
Perangkat lunak zeliosoft 2.0 merupakan perangkat lunak yang digunakan
untuk melakukan pemrograman maupun simulasi pada perangkat keras zelio. Ada
dua pilihan bahasa yang bisa digunakan adalah ladder dan function block
diagram. logo perangkat lunak zeliosoft 2.0 ditunjukkan pada pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Logo perangkat lunak zeliosoft 2.0
2.4.1 Main Window Zeliosoft 2.0
Main window zeliosoft 2.0 adalah layar utama untuk melakukan
pemrograman ladder pada sistem. Main window zeliosoft 2.0 ditunjukkan pada
Gambar 2.3.
Gambar 2.3 Main Window perangkat lunak zeliosoft 2.0
9
1. Program Consistency
Program Consistency Berfungsi sebagai indikator bahwa program sudah
benar dan bisa dijalankan. Untuk mengetahui kesalahan pada program, cukup
click ikon program consistency yang dimaksud.
2. Transfer
Transfer berfungsi untuk mengunduh program dari PC ke hardware zelio
atau dari hardware zelio ke PC.
3. Edit
Edit berfungsi untuk melakukan edit program yang diinginkan.
4. Simulation
Simulation berfungsi untuk memulai simulasi program.
5. Monitoring
Monitoring berfungsi untuk memonitor program yang telah terhubung
dengan sistem perangkat keras zelio.
6. Switch Field
Switch Field berfungsi untuk menempatkan fungsi kontak NO/NC pada
program.
7. Coil Field
Coil Field berfungsi untuk menempatkan fungsi koil pada program.
8. Discrete Input (I)
Discrete Input (I) berfungsi untuk memproses sinyal masukan digital 0
atau 1. Discrete input mendapat sinyal masukan 24 VDC. Discrete input ini
bisa di program menggunakan logika NO/NC. Jika discrete input NO diberi
logika 1, maka discrete input akan menutup artinya arus listrik bisa dialirkan.
Sebaliknya, apabila discrete input NC diberi logika 1 maka discrete input akan
membuka dan arus tidak bisa dialirkan. Tabel 2.2 merupakan simbol saklar zelio.
Tabel 2.2 Simbol saklar zelio
Discrete input Keterangan
NO
NC
10
9. Front Panel Button (Zx)
Front Panel Button (Zx) berfungsi untuk mengaktifkan tombol depan
perangkat keras zelio sebagai sinyal masukan.
10. Discrete Output (Q)
Discrete Output (Q) berfungsi untuk memproses sinyal masukan digital 0
atau 1 dari discrete input. Pada zeliosoft 2.0 discrete output memberikan sinyal
keluaran 24 VDC apabila telah diaktifkan oleh discrete input. Gambar 2.4
merupakan gambar discrete output pada zeliosoft 2.0.
Gambar 2.4 Simbol keluaran zeliosoft 2.0
11. Internal Relay (M)
Internal relay (M) berfungsi sebagai relay yang bisa diprogram beserta
kontak kontaknya.
(a) (b)
Gambar 2.5a Koil Internal Relay Gambar 2.5b Kontak Internal Relay
12. Timer (Tx)
Timer berfungsi sebagai fungsi pewaktuan pada pemrograman zelio.
(a) (b)
Gambar 2.6a Koil timer Gambar 2.6b Kontak timer
11
konfigurasi timer ditunjukkan seperti gambar 2.7.
Gambar 2.7 Konfigurasi timer
Gambar 2.7 menjelaskan bahwa ketika coil timer mendapat pulsa
kontinyu, kontak timer akan aktif 5 detik setelahnya (time delay on).
13. Counter (Cx)
Counter (Cx) berfungsi untuk menghitung naik (counter-up) dan
menghitung turun (counter-down) suatu pulsa masukan dan memprosesnya untuk
diteruskan ke output.
(a) (b)
Gambar 2.8a Koil counter Gambar 2.8b Kontak counter
Untuk konfigurasi counter ditunjukkan pada gambar 2.9 .
Gambar 2.9 Konfigurasi counter
Gambar 2.9 menjelaskan bahwa kontak counter akan aktif ketika koil
counter mendapat pulsa sebanyak 3 kali.
12
14. Fast Counter (TKx)
Pada dasarnya sama dengan counter biasa, hanya saja fast counter bisa
menghitung pulsa yang berjalan dengan periode sangat cepat.
Gambar 2.10a Koil fast counter
Gambar 2.10b Kontak fast counter
15. Counter Comparator (Vx)
Counter comparator berfungsi sebagai pembanding sinyal pulsa masukan
antara dua counter atau counter dengan konstanta dan memprosesnya untuk
selanjutnya diteruskan ke output.
Gambar 2.11 Kontak counter comparator
Gambar 2.12 Konfigurasi counter comparator
Ilustrasi gambar 2.12 menjelaskan ketika nilai counter satu (C1) lebih
besar dari nilai counter dua (C2) maka kontak counter comparator (V1) akan
aktif.
13
16. Analog Comparator (Ax)
Analog Comparator (Ax) berfungsi untuk memproses dua masukan analog
atau analog dengan konstanta kemudian meneruskannya ke kanal keluaran
(output).
Gambar 2.13 Kontak analog comparator
Gambar 2.14 Konfigurasi analog comparator
Gambar 2.14 terlihat masukan analog (Ib) dibandingkan dengan konstanta
(poin 1). Dengan nilai referensi 5.5 V dan nilai histerisis 2.5 V (poin 2). Poin 3
menunjukkan operator pembanding yang digunakan. Dari poin 4 diatas terlihat
bahwa switch analog comparator (A1) akan aktif ketika masukan analog bernilai
3 V sampai 8 V.
17. Real Time Clock pada Zeliosoft 2.0
Real Time Clock merupakan fungsi pewaktuan waktu sebenarnya yang
berisi pengaturan hari dan jam untuk dijadikan sinyal masukan pada zelio. Untuk
lebih jelasnya, dapat dilihat pada gambar 2.15.
Gambar 2.15 Kontak Real Time Clock
14
Gambar 2.16 Pengaturan input RTC zeliosoft 2.0
Gambar 2.16 terlihat bahwa pengaturan hari aktif yang diinginkan adalah
dari Senin sampai Selasa (point 1). Sedangkan pengaturan jam hidup yang
diinginkan adalah 10:00 dan waktu mati 12:00 (point 2). Jadi masukan Real Time
Clock ini akan aktif setiap hari Senin sampai Sabtu dari pukul 10.00 – 12.00
seperti yang dilihatkan pada point 3.
18. Text blocks
` Text blocks ketika diaktifkan berfungsi sebagai keluaran untuk
menampilkan tanggal pada tampilan hardware zelio.
Gambar 2.17 Kontak text block
15
Gambar 2.18 Konfigurasi text block
19. LCD Backlighting
LCD Backlighting berfungsi sebagai indicator untuk menghidupkan layar
pada hardware Zelio saat diaktifkan.
Gambar 2.19 Kontak LCD Backlighting
20. Save
Save berfungsi untuk menyimpan program.
2.5 Pemrograman Ladder
Ladder diagram merupakan salah satu pemrograman yang digunakan
untuk pemrograman PLC. Ladder lebih mudah dipahami karena merupakan
bahasa pemrogramannya menyerupai gambar rangkaian listrik dan bukan
berbentuk structure text. Untuk lebih memahami perbandingan simbol listrik
dengan simbol pada pemrograman ladder zelio bisa dilihat pada tabel 2.3.
16
Tabel 2.3 Perbandingan simbol listrik dan ladder zelio
Listrik Ladder Zelio
Coil
NO
NC
Untuk lebih memahami ilustrasi perbandingan antar rangkaian listrik dan
pemrograman ladder pada zelio dapat dilihat pada gambar 2.20 dan 2.21.
Gambar 2.20 Contoh rangkaian listrik
Gambar 2.21 Contoh pemrograman ladder zelio.
17
Ilustrasi gambar 2.20 dan 2.21 terlihat bahwa hampir tidak ada perbedaan
antara pemrograman ladder dengan rangkaian listrik sesungguhnya. Hal inilah
yang membuat bahasa pemrograman ladder dianggap mudah dipahami.
2.6 Lampu Fluorescent 220 VAC
Lampu Fluorescent adalah jenis lampu yang memanfaatkan perpendaran
cahaya dari fosfor karena adanya radiasi ultraviolet dari uap/gas mercury
(mercury vapor) yang teraliri energi listrik. Lampu Fluorescent memerlukan
tegangan 220 VAC untuk penyalaannya.
(a) (b)
Gambar 2.22a Simbol lampu Gambar 2.22b Lampu
(Sumber: http://tj-tehnik.indonetwork.co.id/930624/philips-genie-lampu-genie.html)
2.7 Relay
Relay adalah sebuah saklar yang dapat dikendalikan dengan listrik (switch
electrically). Simbol relay ditunjukkan pada gambar 2.23.
Gambar 2.23 Simbol relay
Dari gambar 2.23 menunjukkan bahwa relay mempunyai tiga jenis kutub
yakni: Common (C) sebagai kutub acuan untuk masukan tegangan, Kontak NO
(normally open) (D) atau kontak yang dalam keadaan awal tidak terhubung
dengan common. Kontak NC (normally close) (E) atau kontak yang dalam
keadaan awal terhubung dengan common tegangan. Prinsip kerja relay adalah
ketika kumparan (coil) relay (A untuk VDC dan B untuk negatif) mendapat
A
B
E D
C
E D
C
18
tegangan listrik maka akan terjadi medan magnet yang dapat menarik kontak
kontak saklar pada relay. Hal ini yang menyebabkan kontak NO akan terhubung
dengan common dan kontak NC akan terputus dengan common. Tujuan utama
pemakaian relay adalah pengendalian rangkaian listrik dengan memanfaatkan
fungsi logika NO/NC pada relay tersebut dan sebagai pengendali sistem tegangan
tinggi dengan menggunakan tegangan yang lebih rendah.
Gambar 2.24 Relay
(Sumber: http://www.aotewell.com/product/omron-relay-ly2n.html)
2.8 Power Supply
Power supply adalah perangkat elektronik yang mengkonversi tegangan
AC (contoh tegangan sumber PLN 220 VAC) menjadi tegangan DC. Nilai
tegangan DC yang dikonversi bermacam-macam. Diantaranya 6 VDC, 12 VDC,
24 VDC dan 48 VDC. Pemanfaatan power supply dalam sistem kelistrikan
diperlukan mengingat beberapa komponen listrik membutuhkan tegangan DC.
Contoh pemanfaatan power supply dalam dunia kelistrikan adalah pada adaptor
printer 12 VDC dan power supply 24 VDC pada perangkat zelio.
Gambar 2.25 Power supply
(Sumber: http://sfe-electronics.com/power-supply/1552-24v-350watt-switching-power-supply.html)
19
2.9 MCB ( Miniature Circuit Breaker )
MCB (Miniature Circuit Breaker) merupakan perangkat elektronik yang
digunakan untuk memutus arus berlebih dan memutus terjadinya hubung singkat
pada sistem kelistrikan. Selain itu MCB (Miniature Circuit Breaker) juga
digunakan sebagai saklar utama dan pembagi beban dalam sebuah sistem
kelistrikan. Arus nominal yang terdapat pada MCB adalah 1A, 2A, 4A, 6A, 10A,
16A, 20A, 25A, 32A dan lain sebagainya. Arus nominal yang dimaksud
merupakan daya hantar arus MCB pada sistem kelistrikan. Menurut prinsip
kerjanya MCB (Miniature Circuit Breaker) dibagi menjadi 2, yaitu:
1. Pemutusan MCB karena Elektromagnetik
Pemutusan yang terjadi karena nominal arus tertentu yang menyebabkan
koil terinduksi dan menimbulkan medan magnet. Hal ini akan mengakibatkan
poros yang tertarik dan menjalankan tuas pemutus.
2. Pemutusan MCB karena panas
Pemutusan yang terjadi karena penggunaan arus yang melebihi batas
maksimal. Arus yang melebihi batas maksimal akan menimbulkan panas yang
akan membuat bimetal melengkung dan mendorong tuas pemutus akibatnya MCB
akan trip (memutuskan arus).
Gambar 2.26 Simbol MCB
20
Gambar 2.27 MCB
(Sumber: http://www.schneider-electric.com/products/WW/EN/1600-din-rail-modular-devices/1655-multi-9-modular-devices/888-c60/)
2.10 Light Dependent Resistor (LDR)
Light Dependent Resistor (LDR) adalah resistor yang nilai hambatanya
dipengaruhi oleh cahaya yang mengenainya. Resistansi LDR akan berubah seiring
dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya atau yang ada
disekitarnya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam
keadaan terang sebe-sar 1KΩ atau kurang.
Gambar 2.28 Grafik hubungan resistansi LDR dengan intensitas cahaya
(Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-ldr-light-dependent-resistor-
cara-mengukur-ldr/)
21
Karakteristik LDR menurut (Supatmi,2010) terdiri dari dua macam yaitu
Laju Recovery dan Respon Spektral:
1. Laju Recovery
Bila sebuah LDR dibawa dari suatu ruangan dengan level kekuatan cahaya
tertentu ke dalam suatu ruangan yang gelap, maka bisa kita diamati bahwa nilai
resistansi dari LDR tidak akan segera berubah resistansinya pada keadaan ruangan
gelap tersebut. Namun LDR tersebut hanya akan bisa mencapai harga di
kegelapan setelah mengalami selang waktu tertentu. Laju recovery merupakan
suatu ukuran praktis dan suatu kenaikan nilai resistansi dalam waktu tertentu.
Harga ini ditulis dalam K/detik, untuk LDR tipe arus harganya lebih besar dari
200K/detik(selama 20 menit pertama mulai dari level cahaya 100 lux), kecepatan
tersebut akan lebih tinggi pada arah sebaliknya, yaitu pindah dari tempat gelap ke
tempat terang yang memerlukan waktu kurang dari 10 ms untuk mencapai
resistansi yang sesuai dengan level cahaya 400 lux.
2. Respon Spektral
Respon spektral adalah respon sensitivitas LDR terhadap panjang
gelombang warna yang diterima oleh LDR. Hal ini mengakibatkan perbedaan
nilai pembacaan hambatan pada tiap gelombang warna yang berbeda.
Gambar 2.29a Simbol LDR
Gambar 2.29b LDR
(Sumber: http://teknikelektronika.com/pengertian-ldr-light-dependent-resistor-cara-mengukur-ldr/)
2.11 Sensor MQ-2
22
Sensor MQ-2 merupakan sensor yang mampu mengkonversi fenomena
kimia dalam hal ini gas menjadi besaran listrik. Sensor MQ-2 terbuat dari bahan
peka gas yaitu timah oksida (SnO2) dan bekerja pada tegangan 5 VDC. Semakin
besar kadar gas yang diterima sensor MQ-2, maka relatif semakin kecil nilai
hambatannya atau konduktifitasnya naik dengan range hambatan internal yang
dimiliki ketika mendeteksi konsentrasi gas sebesar 3 KΩ - 30 KΩ. Nilai hambatan
inilah yang kemudian dikonversi menjadi tegangan masukan yang akan menjadi
nilai masukan ke controller.
Gambar 2.30 Grafik karakteristik sensitivitas MQ-2
Gambar grafik 2.30 menunjukkan karakteristik sensor MQ-2. Gambar 2.30
menunjukkan bahwa disaat sensor mendeteksi hidrogen sebesar 1000 ppm pada
udara maka nilai perbandingan Rs dan Ro adalah 1. Ro merupakan nilai hambatan
sensor yang dideteksi pada kandungan 1000 ppm hidrogen (H2) di udara normal.
Sedangkan Rs merupakan nilai hambatan sensor yang terbaca pada saat
mendeteksi bermacam-macam konsentrasi gas. Artinya, nilai Ro dapat diketahui
dengan mengukur nilai Rs pada kandungan 1000 ppm hidrogen. Saat terjadi
pergeseran kandungan hidrogen, nilai ppm dapat diketahui dengan menarik garis
pada kurva karakteristik dengan membandingkan nilai Rs:Ro.
23
Gambar 2.31 Rangkaian modul sensor MQ-2
(Sumber: datasheet MQ-2)
Gambar 2.31 merupakan gambar rangkaian penggunaan sensor MQ-2
dengan RL yang direkomendasikan adalah 10 KΩ. dari gambar 2.31 dapat
diketahui nilai Rs tanpa melakukan pengukuran langsung dengan persamaan :
Rs=(Vc/Vout-1) x RL
Gambar 2.32 Modul Sensor MQ-2
(Sumber: http://www.seeedstudio.com/wiki/Grove_-_Gas_Sensor(MQ2))