BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/4099/3/Muhammad Itmamul Huda_BAB...

6

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Pada penelitian sebelumnya (Fariski, 2014) yaitu membuat miniatur

pengaturan dan sekaligus monitoring pengisian minyak pelumas menuju multi-

banker menggunakan PLC dan digabungkan dengan sistem SCADA. Pada sistem

ini sebuah motor induksi 3 fasa dihubungkan dengan pompa yang memompa

minyak pelumas melalui pipa yang terhubung ke multi-banker yang telah dipasang

sensor level dan oil meter. Proses monitoring pengisian miyak pelumas menuju

multi-banker menggunakan Human Machine Interface (HMI), dikarenakan HMI

mampu menampilkan data - data yang sedang terjadi dilapangan sesuai dengan

kenyataannya, dan apabila sewaktu - waktu terjadi kesalahan atau gangguan ketika

sedang menjalankan proses pengisian minyak menuju multi-banker, maka

kesalahan atau gangguan tersebut segera dapat diatasi.

Kemudian pada penelitian (Deepa, 2015) pembuatan desain untuk motor

induksi 3 fasa yang hemat energi. Sebuah motor induksi 3 fasa diatur kecepatanya

menggunakan Variable Speed Drive (VSD) yang dapat mengurangi arus starting

yang terjadi secara tiba - tiba ketika motor dihidupkan. Motor induksi 3 fasa di

kontrol oleh VSD, dikendalikan menggunakan PLC dan SCADA.

Selain itu pada penelitian (Elsaid dkk, 2016) pembuatan kendali kecepatan

motor induksi 3 fasa menggunakan PLC Siemens S7-300 dan dimonitoring oleh

SCADA. PLC Siemens digunakan untuk mengontrol kecepatan putar motor dengan

Sistem Scada untuk Pengendalian..., Muhammad Itmamul Huda, Fakultas Teknik UMP, 2017

7

input sensor rotary encoder dan tachometer, agar kecepatan putar motor setabil

maka Variable Speed Drive digunakan sebagai driver motor induksi 3 fasa.

Pada penelitian (Didik, 2016) pembuatan sistem kendali konveyor untuk

penyortiran tinggi dan rendahnya ukuran dari kemasan barang, dengan

pengendalian konveyor pada plant konveyor menggunakan metode Pulse width

Modulation (PWM) dan dilakukan monitoring menggunakan Supervisory Control

And Data Acquisition (SCADA) pada proses penyortiran. Untuk menghubungkan

SCADA dengan PLC digunakan komunikasi ethernet. Proses pengendalian dan

monitoring pada kendali konveyor untuk penyortiran tinggi dan rendahnya ukuran

dari kemasan barang dengan pengendalian konveyor pada plant konveyor

menggunakan Human Machine Interaec (HMI).

2.2 Sensor Photodioda

Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya, jika

photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti dioda pada umumnya,

tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda akan berperan sebagai resistor

dengan nilai tahanan yang besar sehingga arus listrik tidak dapat mengalir. Simbol

dan bentuk photodioda titunjukan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Simbol dan bentuk photodioda

(Sumber:Everlight)


8

Photodioda merupakan sensor cahaya semikonduktor yang dapat mengubah

besaran cahaya menjadi besaran listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh

photodioda ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai

dengan sinar-X. Rangkaian photodioda ditunjukan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Rangkaian photodioda

Karena photodioda terbuat dari semikonduktor p-n junction maka cahaya

yang diserap oleh photodioda akan mengakibatkan terjadinya pergeseran foton yang

akan menghasilkan pasangan electron-hole dikedua sisi dari sambungan. Ketika

elektron - elektron yang dihasilkan itu masuk ke pita konduksi maka elektron -

elektron itu akan mengalir ke arah positif sumber tegangan sedangkan hole yang

dihasilkan mengalir ke arah negatif sumber tegangan sehingga arus mengalir di

dalam rangkaian. Besarnya pasangan elektron atau hole yang dihasilkan tergantung

dari besarnya intensitas cahaya yang diserap oleh photodioda.


9

2.3 Optocoupler

Dalam dunia elektronika, optocoupler juga dikenal dengan sebutan opto-

isolator, photocoupler atau optical isolator. Optocoupler adalah komponen

elektronika yang berfungsi sebagai penghubung berdasarkan cahaya optik. Pada

dasarnya optocoupler terdiri dari 2 bagian utama yaitu transmitter yang berfungsi

sebagai pengirim cahaya optik dan receiver yang berfungsi sebagai pendeteksi

sumber cahaya. Masing - masing bagian optocoupler (transmitter dan receiver)

tidak memiliki hubungan konduktif rangkaian secara langsung tetapi dibuat

sedemikian rupa dalam satu kemasan komponen. Simbol dan bentuk optocoupler

ditunjukan pada Gambar 2.3.

Gambar 2.3 Simbol dan bentuk optocoupler

(Sumber:Vishay Semiconductors)

Pada prinsipnya, optocoupler dengan kombinasi LED-phototransistor adalah

optocoupler yang terdiri dari sebuah komponen LED (Light Emitting Diode) yang

memancarkan cahaya infra merah (IR LED) dan sebuah komponen semikonduktor

yang peka terhadap cahaya (phototransistor) sebagai bagian yang digunakan untuk

mendeteksi cahaya infra merah yang dipancarkan oleh IR LED. Untuk lebih jelas

mengenai prinsip kerja optocoupler ditunjukan pada Gambar 2.4.


10

Gambar 2.4 Rangkaian internal komponen optocoupler

Dari Gambar 2.4 dapat dijelaskan bahwa arus listrik yang mengalir melalui

IR LED akan menyebabkan IR LED memancarkan sinyal cahaya infra merahnya.

Intensitas cahaya tergantung pada jumlah arus listrik yang mengalir pada IR LED

tersebut. Kelebihan cahaya infra merah adalah pada ketahanannya yang lebih baik

jika dibandingkan dengan cahaya yang tampak. Cahaya infra merah tidak dapat

dilihat dengan mata telanjang.

Cahaya infra merah yang dipancarkan tersebut akan dideteksi oleh

phototransistor dan menyebabkan terjadinya hubungan atau switch ON pada

phototransistor. Prinsip kerja phototransistor hampir sama dengan transistor

bipolar biasa, yang membedakan adalah terminal basis (base) phototransistor

merupakan penerima yang peka terhadap cahaya.

2.4 Motor Induksi 3 Fasa

Motor AC (Alternating Current) atau motor induksi adalah suatu mesin listrik

yang merubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan medan

listrik dan mempunyai slip antara medan stator dan medan rotor. Motor induksi 3

fasa ditunjukan pada Gambar 2.5.


11

Gambar 2.5 Motor induksi 3 fasa

1. Konstruksi motor induksi 3 fasa

Motor ini memiliki dua bagian utama, yaitu stator yang merupakan bagian yang

diam, dan rotor sebagai bagian yang berputar sebagaimana diperlihatkan pada

Gambar 2.6. Antara bagian stator dan rotor dipisahkan oleh celah udara yang

sempit, dengan jarak berkisar dari 0,4 mm sampai 4 mm.

Gambar 2.6 Penampang stator dan rotor motor induksi 3 fasa

2. Prisip kerja motor induksi 3 fasa

Pada saat terminal 3 fasa stator motor induksi diberi suplai tegangan 3 fasa

seimbang, maka akan mengalir arus pada konduktor di tiap belitan fasa stator dan

akan menghasilkan fluks bolak - balik. Amplitudo fluks per fasa yang dihasilkan

berubah secara sinusoidal dan menghasilkan fluks resultan (medan putar) dengan

magnitud yang nilainya konstan yang berputar dengan kecepatan sinkron, dapat

dihitung secara teoritis besarnya seperti pada persamaan 2.1.


12

ns = 120𝑓

𝑝 (2.1)

Keterangan:

ns : Kecepatan stator (RPM)

f : Frekuensi (Hz)

p : Jumlah kutub

Garis - garis gaya fluks dari stator tersebut yang berputar akan memotong

penghantar rotor sehingga pada penghantar tersebut timbul EMF (Electro Motoris

Force) atau tegangan induksi. Berhubung kumparan rotor adalah rangkaian tertutup

maka pada kumparan tersebut mengalir arus. Arus yang mengalir pada penghantar

rotor yang berada dalam medan magnet terbuka dari stator, maka pada penghantar

rotor tersebut timbul gaya – gaya yang berpasangan dan berlawanan arah. Gaya

tersebut menimbulkan torsi yang cenderung memutar bagian rotor motor induksi,

rotor akan berputar dengan kecepatan putar mengikuti persamaan medan putar

stator.

Secara umum motor induksi dikenal dengan jenis motor AC, dimana prinsip

kerja dari motor induksi yaitu kumparan rotor pada motor tidak menerima energi

listrik langsung tetapi di dapat secara induksi seperti yang terjadi pada energi

kumparan sekunder transformator. Sehingga motor induksi dapat di identikkan

dengan transformator yang kumparan primer sebagai kumparan stator atau

armatur, sedangkan kumparan sekunder sebagai kumparan rotor (Elsaid, A.S,

Mohamed, W., Ramadan, S.G. 2016).


13

2.5 Variable Speed Drive (VSD)

Variable Speed Drive atau inverter merupakan sebuah alat pengatur

kecepatan motor dengan mengubah nilai frekuensi dan tegangan yang masuk ke

motor. Pengaturan nilai frekuensi dan tegangan ini dimaksudkan untuk

mendapatkan kecepatan putaran dan torsi motor yang di inginkan atau sesuai

dengan kebutuhan. Secara sederhana prinsip dasar inverter untuk dapat mengubah

frekuensi menjadi lebih kecil atau lebih besar yaitu dengan mengubah tegangan AC

menjadi tegangan DC kemudian dijadikan tegangan AC lagi dengan frekuensi yang

berbeda atau dapat diatur. Secara umum, Variable Speed Drive terdiri dari 3 bagian

utama yaitu:

1. Rangkaian konverter dari AC ke DC

2. Filter gelombang DC

3. Rangkaian Inverter dari DC ke AC

Pada Gambar 2.7 dapat dilihat gambar diagram blok inverter/VSD yang

digunakan dalam penelitian.

Gambar 2.7 Diagram blok Inverter


14

Dari Gambar 2.7 Variable Speed Drive mempunyai beberapa prinsip kerja

yaitu:

1. Tegangan yang masuk dari jala - jala dengan frekuensi 50 Hz dialirkan ke board

rectifier/penyearah DC, dan ditampung ke bank capacitor. Jadi dari AC di

jadikan DC.

2. Tegangan DC kemudian diumpankan ke board inverter untuk dijadikan AC

kembali dengan frekuensi sesuai kebutuhan. Jadi dari DC ke AC yang komponen

utamanya adalah Semikonduktor aktif seperti IGBT. Dengan menggunakan

frekuensi carrier (bisa sampai 20 kHz), tegangan DC dicacah dan dimodulasi

sehingga keluar tengangan dan frekuensi yang diinginkan (Deepa, M. 2007).

Salah satu keuntungan jika menggunakan inverter adalah, putaran motor atau

mesin dapat dikembalikan sesuai dengan kebutuhan dan keinginan pengguna,

sehingga dapat mencapai kapasitas produksi yang maksimal dan mempunyai

jangkauan kecepatan yang lebih besar, mempunyai pola untuk hubungan tegangan

dan frekuensi, mempunyai fasilitas penunjukan meter, serta lebih aman dan

meminimalisir konsumsi energi dan untuk mengurangi arus starting.

Mesin - mesin sentrifugal modern telah memanfaatkan Variabel Speed Drive

sebagai alat pengatur kecepatan. Pegatur kecepatan atau VSD, baik itu frequency

Inverter maupun DC-Converter, dapat memberikan pengaturan percepatan dan

perlambatan yang lembut pada mesin sentrifugal dan pada saat yang sama dapat

memberikan torsi keluaran sampai 100%.

Pengontrolan start, stop, jogging dan lain - lain bisa dilakukan dengan dua

cara yaitu via local dan remote. Local maksudnya adalah dengan menekan tombol


15

pada keypad di inverternya. Sedangkan remote dengan menghubungkan terminal di

board control dengan tombol eksternal seperti push button atau switch. Masing –

masing pengaturan tersebut mempunyai kelemahan dan keunggulan sendiri -

sendiri.

Ada beberapa cara dalam mengontrol frekuensi yaitu: melalui keypad (local),

dengan eksternal potensiometer, Input 0 ~ 10 VDC / 4 ~ 20 mA atau dengan preset

memori. Semua itu bisa dilakukan dengan mengisi parameter program yang sesuai.

Beberapa parameter yang umum dipergunakan adalah sebagai berikut (istilah/nama

parameter bisa berbeda untuk tiap merk):

1. Display : Untuk mengatur parameter yang ditampilkan pada

Keypad display

2. Control : Untuk menentukan jenis control local/ remote

3. Speed Control :Untuk menentukan jenis control frequency reference

4. Voltage : Tegangan supply inverter

5. Base Freq. : Frekuensi tegangan supply

6. Lower Freq. : Frekuensi operasi terendah

7. Upper Freq. : Frekuensi operasi tertinggi

8. Stop mode : Stop bisa dengan braking, penurunan frekuensi dan

di lepasseperti starter DOL/ Y-D

9. Acceleration : Setting waktu Percepatan.

10. Deceleration : Setting waktu Perlambatan.

11. Overload : Setting pembatasan arus

12. Lock : Penguncian setting program


16

Jika beban motor memiliki kinerja yang tinggi maka perlu diperhatikan

beberapa hal dalam acceleration dan deceleration. Untuk acceleration/percepatan

akan memerlukan torsi yang lebih, terutama pada saat start dari kondisi diam. Pada

saat deceleration/perlambatan, energi inertia beban harus dibuang. Untuk

perlambatan (pengereman) maka energi akan dikembalikan ke sumbernya. Jadi

energi yang kembali akan masuk ke dalam DC bus inverter dan terakumulasi karena

terhalang oleh rectifier. Sebagai pengamanan, inverter akan trip jika level tegangan

DC bus melebihi batas yang ditoleransi. Untuk mengatasi tripnya inverter dalam

kondisi ini diperlukan resistor brake. Resistor brake akan membuang tegangan yang

lebih dalam bentuk panas. Besar kecilnya resistor brake ini sangat tergantung

dengan beban dan siklus kerja inverter.

Pada penggunaan soft starter hanya untuk soft starting alias mengurangi

lonjakan arus awal pada motor - motor besar tapi soft starter tidak bisa

mengendalikan kecepatan motor seperti yang dilakukan inverter. Sinyal – sinyal

dari inverter yang ditarik secara hardwired ke PLC untuk sinyal digital seperti start

(forward, reverse), stop, ready, run, overload/fault, dan untuk sinyal analog seperti

set point RPM dan amper motor. Tapi kebanyakan inverter sudah support untuk

hubungan komunikasi modbus, sehingga dapat mempermudah dalam pengontrolan

dan memonitoringnya (Schneider Electric. 2010).


17

2.6 Generator AC 3 Fasa

Generator listrik merupakan mesin listrik yang berfungsi untuk menghasilkan

energi listrik dengan cara merubah energi mekanik (gerak). Prinsip kerja generator

listrik:

Yaitu pergerakan medan magnet pada rotor terhadap kumparan tetap pada

stator. Medan magnet yang dihasilkan adalah dengan cara memberikan tegangan

DC (Direct Current) pada kumparan penguat medan pada rotor, yang bisa

dihasilkan dari penguat sendiri maupun penguat terpisah. Untuk penguat sendiri

dapat dihasilkan oleh tegangan dan arus sendiri yang dihasilkan oleh kumparan

stator. Untuk kumparan stator generator listrik ini mempunyai rancangan dengan

sistem 3 fasa maupun sistem 1 fasa dengan sifat tegangan bolak balik (AC),

sehingga tegangan AC (Alternating Current) yang dihasilkan harus di jadikan

tegangan DC oleh rangkaian penyearah dioda maupun slip ring dialirkan pada

kumparan penguat medan magnet.

Generator listrik dengan penguat sendiri selalu dirancang dengan AVR

(Automatic Voltage Regulator) yang berfungsi sebagai pengontrol tegangan output

stator. Jika tengangan yang diharapkan adalah 220 Volt atau 380 Volt maka AVR

akan mengotrol besar kecilnya arus dan tegangan yang masuk pada kumparan pada

penguat utama (main exciter), dan akan di lanjutkan dengan menyalurkan tegangan

DC pada lilitan penguat medan melalui slip ring maupun penyearah dioda.

Skematik diagram generator AC 3 fasa ditunjukan pada Gambar 2.8.


18

Gambar 2.8 Skematik diagram generator AC 3 fasa

(Akhdan. 2013)

AVR tidak dirancang untuk penstabil frekuensi, karena frekuensi didapat dari

putaran rotor. Untuk generator listrik dengan penguat terpisah yaitu dengan

memberikan suplay tegangan DC dari luar generator tersebut misalnya dari sistem

penyearah dari luar yang di alirkan ke kumparan penguat medan magnet.

2.7 Lampu Pijar

Lampu Pijar adalah sumber cahaya buatan yang dihasilkan melalui

penyaluran arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan

cahaya. Kaca yang menyelubungi filamen panas tersebut menghalangi udara untuk

berhubungan dengannya sehingga filamen tidak akan langsung rusak akibat

teroksidasi.

Lampu pijar dipasarkan dalam berbagai macam bentuk dan tersedia untuk

tegangan kerja yang bervariasi dari mulai 1,25 volt hingga 300 volt. Energi listrik

yang diperlukan lampu pijar untuk menghasilkan cahaya yang terang lebih besar


19

dibandingkan dengan sumber cahaya buatan lainnya seperti lampu pendar dan

diode cahaya.

Konstruksi Lampu Pijar:

Komponen utama dari lampu pijar adalah bola lampu yang terbuat dari kaca,

filamen yang terbuat dari wolfram, dasar lampu yang terdiri dari filamen, bola

lampu, gas pengisi, dan kaki lampu. Konstruksi lampu pijar ditunjukan pada

Gambar 2.9 (Koedoes, Y.A. 2008).

Gambar 2.9 Konstruksi lampu pijar

Keterangan:

1. Bola lampu

2. Gas bertekanan rendah (argon, neon, nitrogen)

3. Filamen wolfram

4. Kawat penghubung ke kaki tengah

5. Kawat penghubung ke ulir

6. Kawat penyangga

7. Kaca penyangga

8. Kontak listrik di ulir


20

9. Sekrup ulir

10. Isolator

11. Kontak listrik di kaki tengah

2.8 Programmable Logic Controller (PLC)

Programmable Logic Controller (PLC) adalah perangkat untuk

melaksanakan fungsi kendali dan juga monitor yang dapat diprogram. Selain

dikenal sebagai PLC, perangkat ini juga disebut sebagai programmable controller

atau programmable binary system.

Pada dasarnya PLC merupakan suatu bentuk komputer, perbedaan dengan

komputer pada umumnya (PC) adalah PLC ditujukan khusus untuk aplikasi industri

sehingga mempunyai beberapa karakteristik khusus. PLC telah dilengkapi dengan

I/O digital dengan koneksi dan level sinyal yang standar sehingga dapat langsung

dihubungkan dengan berbagai macam perangkat seperti saklar, lampu, relay

ataupun berbagai macam sensor dan aktuator.

Konstruksi PLC bersifat modular sehingga memudahkan dalam penggantian

dan penambahan fasilitas yang diperlukan. PLC juga relatif lebih tahan terhadap

keadaan di pabrik, misalnya kelembaban dan temperatur yang tinggi, serta

gangguan dan derau yang mungkin terdapat pada berbagai peralatan industri.

Rangkaian kontrol menggunakan PLC dibuat dengan software, sehingga bersifat

fleksibel dan mudah untuk dimodifikasi.


21

1. Struktur PLC

Komponen dari suatu PLC tidak jauh berbeda dengan komponen komputer pada

umumnya. Struktur dasar suatu PLC terdiri atas central processing unit, memori

dan modul input/output.

a. Central Processing Unit (CPU)

Central Processing Unit adalah otak dari suatu PLC yang bertugas

mengendalikan dan memonitor seluruh operasi PLC dengan cara melaksanakan

program yang terdapat pada memori. Sistem bus internal digunakan untuk

menghubungkan antara CPU dengan memori dan modul I/O di bawah kendali

CPU. CPU memerlukan detak (clock) dengan frekuensi tertentu yang dapat

dihasilakan oleh krisal kuarts eksternal ataupun rangkaian osilator. Detak

tersebut menentukan kecepatan operasi PLC dan dapat digunakan untuk

sinkronisasi semua elemen dalam sistem. Seluruh PLC modern menggunakan

mikroprosesor sebagai CPU.

b. Memori

Memori adalah peranti yang digunakan sebagai media penyimpanan, baik

program maupun data. PLC menggunakan piranti memori semikonduktor

berupa RAM ataupun ROM. Pada kebanyakan PLC RAM digunakan untuk

pengembangan program dan uji coba karena kemudahan dalam perubahan

program. Untuk mencegah hilangnya program dari RAM saat dilepas catu

dayanya sering kali PLC dilengkapi dengan baterai. Setelah program dibuat dan

diuji coba, program dapat dimasukan ke EEPROM yang bersifat tetap.


22

Selain untuk menyimpan program memori pada PLC juga digunakan untuk

penyimpanan sementara status jalur I/O dan variabel fungsi internal seperti

timer, counter, penanda relay, hasil operasi aritmatika/logika dan lain – lain,

untuk keperluan ini digunakan RAM.

c. Modul I/O

Modul I/O adalah pintu keluar/masuknya informasi dari dan ke PLC. Modul

ini dapat bergabung menjadi satu unit PLC ataupun berupa modul yang terpisah.

Modul input dan output berfungsi sebagai antarmuka antara komponen internal

PLC dengan piranti lain di luar PLC sehingga didalamnya terdapat fungsi

pengkondisian sinyal dan isolasi.

Modul I/O yang paling umum adalah modul I/O digital yang hanya

menerima/mengirim sinyal ON/OFF saja. Meski kebanyakan komponen

internal PLC bekerja pada level tegangan TTL dan CMOS, yang berkisar antara

5 – 15 Volt, namun sinyal yang diproses dari atau ke I/O digital biasanya berkisar

antara 24 Volt sampai 240 Volt pada arus besar (hingga beberapa amper).

Dengan adanya unit I/O ini PLC dapat langsung dihubungkan dengan piranti

input dan output tanpa harus melalui rangkaian perantara atau relay.

Setiap modul I/O dirancang untuk memudahkan proses koneksi peranti input

dan output dengan PLC. Untuk itu seluruh PLC dilengkapi dengan terminal

sekrup standar sehingga mudah dan cepat saat proses pengkabelan. Setiap

terminal I/O mempunyai alamat ataupun nomor jalur yang unik yang digunakan

saat pemrograman untuk mengidentifikasi masing - masing input dan output.


23

2. Operasi PLC

PLC mempunyai 3 operasi dasar yang dilakukan secara berurutan, yaitu:

a. Monitor Input, yaitu membaca keadaan piranti input dan menyalin nilainya

ke memori.

b. Eksekusi Program, yaitu melaksanakan program berdasarkan nilai input yang

terdapat pada memori untuk menghasilakan nilai output. Program berupa

ladder diagram dieksekusi dari kiri ke kanan, dari atas ke bawah.

c. Mengubah kondisi output berdasarkan hasil eksekusi program.

Ketiga proses tersebut membentuk siklus yang disebut proses scanning,

proses ini dilaksanakan secara berulang - ulang selama PLC beroperasi. Waktu

yang dibutuhkan pada satu kali scanning disebut waktu scanning (scanning time).

3. Pemrograman PLC Twido

Pada PLC ada empat metode/tipe bahasa pemrograman yang bisa digunakan,

namun keempat bahasa pemrograman tersebut tidak semua didukung oleh suatu

PLC, bahasa pemrograman yang digunakan tersebut adalah Ladder Diagram

Languages (LD), Instruction List Languages (IL) Statement List (SL), Sequential

Function Chart (SFC), Grafcet Languages (GL), dan High-Level Languages (HL).

Pada umumnya bahasa pemrograman yang banyak didukung oleh PLC adalah

Ladder Diagram Languages (LD) dan Instruction List Languages (IL). Bahasa

ladder diagram pada dasarnya adalah suatu perangkat simbol dari perintah yang

digunakan untuk menciptakan program pengontrol. Bahasa pemrograman tersebut

dirancang untuk mewakili sedekat mungkin penampakan sistem relay yang diberi


24

pengawatan yang secara garis besar berfungsi untuk mengontrol output yang

didasarkan pada kondisi input.

a. Pemrograman Menggunakan Ladder Diagram

Ladder diagram merupakan salah satu bahasa pemrograman yang didukung

oleh PLC Twido yang pembuatannya dapat dibuat melalui software TwidoSuite.

Pembuatan ladder diagram pada TwidoSuite terdiri dari beberapa rung, dan dari

masing - masing rung tersebut dapat dibuat ladder diagram yang dimulai dari

bar sisi kiri dan berakhir pada bar sisi kanan. Untuk menggunakan TwidoSuite,

klik icon TwidoSuite pada desktop seperti pada Gambar 2.10.

Gambar 2.10 Icon TwidoSuite

Untuk pertama kalinya, TwidoSuite akan menampilkan tampilan seperti pada

Gambar 2.11. Pilihlah ‘Programming Mode’ untuk memprogram PLC.

Gambar 2.11 Tampilan menu TwidoSuite


25

Layar program akan menuju ke Gambar 2.12, yaitu layar “Project

management”. Programmer diberi pilihan untuk membuat program baru atau

membuka program yang sudah jadi. Pilih “Create a new project”.

Gambar 2.12 Pilihan Project management

Tentukan nama Project dan Directory tempat Project akan disimpan pada

menu Project information seperti pada Gambar 2.13, kemudian klik tombol

‘Create’.

Gambar 2.13 Mengisikan nama Project dan Directory


26

Pada tampilan berikutnya pilih ‘Describe’ untuk setting PLC seperti pada

Gambar 2.14.

Gambar 2.14 Layar setting PLC

Pada layar setting PLC, pilih di kotak sebelah kanan (catalog) bases –

compact – TWDLCAE40DRF, kemudian lakukanlah drag and drop ke kotak

sebelah kiri pada gambar PLC-nya. Setelah setting PLC selesai, pilih pada

bagian kanan atas ‘Program’ untuk menuju editor program PLC. Hasilnya akan

tampil di editor diagram ladder seperti Gambar 2.15.

Gambar 2.15 Tampilan pertama editor ladder diagram


27

Untuk memulai membuat ladder diagram, klik icon ‘add section’, sampai

muncul tampilan pada Gambar 2.16.

Gambar 2.16 Editor ladder beserta fungsi dasar PLC

b. Instruksi utama Ladder Diagram

1) Kontak

Memungkinkan untuk masukan kontak seperti tombol tekan

dan internal variable contacts. Kontak terdiri dari dua jenis kontak yaitu:

a) Kontak Normally Open (NO) dengan notasi:

b) Kontak Normally Closed (NC) dengan notasi:

2) Coil

Secara umum coil berhubungan langsung dengan keluaran yang akan

mengerjakan semua perintah sesuai dengan yang diinginkan.


28

Pada software TwidoSuite, coil terdiri dari empat jenis, yaitu:

a) Direct Coils dengan notasi:

b) Reverse Coils dengan notasi:

c) Set Coils dengan notasi:

d) Reset Coils dengan notasi:

3) Link Elements

Berupa garis penghubung antara kontak dengan kontak atau sebagai garis

penghubung antara kontak dengan coil. Ada dua jenis garis penghubung yang

digunakan yaitu garis yang berbentuk vertical dan garis berbentuk horizontal.

a) Horizontal Connection

Digunakan untuk hubungan secara seri.

b) Vertical Conection

Digunakan untuk membuat hubungan secara paralel.

Adapun cara membuat ladder diagram dengan TwidoSuite, ladder

diagram program dinyatakan dalam suatu bentuk umum simbolik untuk relay

yang dikontrol oleh rangkaian elektrik. Program ditampilkan pada layer dan


29

elemen - elemen seperti kontak normally open, kontak normally close,

counter, sequencer (rotary switch), relay dan lain - lain, dinyatakan dalam

bentuk gambar. Listrik mengalir dari sisi kiri ke sisi kanan yang disebut

ladder line (terdiri dari beberapa rung). Adapun aturan umum

menggambarkan suatu program ladder diagram adalah:

a) Aliran listrik/tenaga dari rel (rail) kiri ke rel kanan.

b) Suatu coil keluaran tidak dihubungkan langsung ke rel sebelah kiri.

c) Tidak ada kontak yang ditempatkan di kanan dari suatu coil keluaran.

d) Hanya satu dari coil keluaran dalam suatu ladder line.

e) Tiap coil keluaran umumnya hanya satu kali dalam suatu program.

c. Prinsip pemrograman TwidoSuite

Pada dasarnya pemrograman PLC menggunakan TwidoSuite dibagi atas 7

dasar komponen, yaitu : input, output, internal bits, membuat pengalamatan

(addressing), timer, counter, dan compare block.

1) Input

Input merupakan masukan yang berupa signal yang diterima dari sensor

luar. Sintaksis yang digunakan pada TwidoSuite adalah sebagai berikut:

% I y . z

Keterangan:

% = Menunjukkan objek

I = Menunjukkan masukan

y = Nomor/jumlah modul

z = Nomor/jumlah saluran


30

2) Output

Output adalah sinyal yang dihasilkan oleh PLC yang dikirim ke relay dan

lain sebagainya, sintaksis yang digunakan adalah sebagai berikut:

% Q y . z

Keterangan:

% = Menunjukkan obyek

Q = Menunjukkan keluaran

y = Nomor/jumlah modul

z = Nomor/jumlah saluran

3) Internal Bits

Internal Bits merupakan wilayah memori yang dialokasikan oleh PLC,

internal bits ini dapat dipakai sebagai output internal dan hanya dapat

digunakan untuk keperluan internal. Dengan kata lain, output internal tidak

langsung mengendalikan peranti output. Pada PLC Twido compact type

TWDLCAE40DRF internal bits yang bisa digunakan yaitu mulai dari %M0

sampai %M255. Sintaksis yang digunakan adalah sebagai berikut:

% M n

Keterangan:

% = Menunjukkan obyek

M = Menunjukkan bit di dalam memori internal

n = Nomor/jumlah bit internal


31

4) Membuat pengalamatan (addressing)

Pengalamatan adalah memberi notasi input dan output pada kontak dan

coil ladder diagram.

a) Format umum dari pengalamatan I/O adalah sebagai berikut:

% I, Q x . y . z

Keterangan:

I = Input

Q = Output

x = Master (0)/slave (1 – 7) controller

y = Base (0)/expansion (1 – 7) I/O

z = I/O chanel number

b) Format umum dari pengalamatan bit adalah sebagai berikut:

% M, S, or X, i

Keterangan:

M = Internal bits

S = Sistem bits

X = Step bits

i = Number

c) Format umum pengalamatan word adalah sebagai berikut:

% M, K, or S, W, i

Keterangan:

M = Internal word

K = Konstanta word


32

S = Sistem word

W = Word (16 bit)

i = Number

5) Timer

Timer digunakan sebagai pengatur waktu proses, dapat digunakan sebagai

komponen tundaan (timer ON delay). Umumnya merupakan kontak fungsi

yang dapat diatur memberikan suatu keluaran kondisi ON selama selang

waktu tertentu (timer OFF delay). Dapat digunakan untuk membuat pulsa

dengan lebar tertentu/timer pulsa (ini termasuk ke dalam fitur tambahan atau

hanya terdapat pada PLC tertentu saja).

Dalam timer terdapat input, konstanta timer, output. Input berfungsi

memulai aktifnya timer untuk mulai menghitung waktu. Konstanta timer

memberikan nilai berapa lama timer aktif. Output memberikan keluaran

logika 1 atau 0 bila waktu yang dinyatakan dalam konstanta timer telah

tercapai. Blok fungsi timer ditunjukan pada Gambar 2.17.

Gambar 2.17 Blok fungsi timer


33

6) Counter

Counter berfungsi untuk menghitung jumlah perubahan input, dapat untuk

membatasi banyaknya perubahan input. Ada dua jenis counter yaitu

menghitung naik (up-counter) dan turun (down-counter). Dalam kehidupan

sehari - hari terdapat juga counter mekanik dan elektronik. Counter akan

mengeluarkan nilai 0 atau 1 bila nilai preset telah tercapai. Ada juga step

counter dimana perubahan input akan ditampilkan pada setiap alamat output

tertentu. Blok fungsi counter ditunjukan pada Gambar 2.18.

Gambar 2.18 Blok fungsi counter

7) Fast Counter

Fast Counter berfungsi sebagai counter atau down-counter. Fast Counter

dapat menghitung input diskrit sampai frekuensi 5 kHz. Karena fast counter

dikelola oleh interupsi perangkat keras tertentu, mempertahankan tingkat

sampling frekuensi maksimum dapat bervariasi, tergantung pada konfigurasi

aplikasi dan perangkat keras. Blok fungsi fast counter ditunjukan pada

Gambar 2.19.


34

Gambar 2.19 Blok fungsi fast counter

8) Pulse Width Modulation

PWM adalah fungsi khusus yang dapat ditugaskan ke output. Sinyal

persegi panjang ini memiliki periode konstanta (user-configurable) P dengan

kemungkinan memvariasikan lebar pulsa T ON dan dengan demikian siklus

tugas (T ON / P). Blok fungsi PWM ditunjukan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Blok fungsi PWM


35

9) Compare Block

Instuksi compare block yang ada pada PLC Twido digunakan untuk

membandingkan dua operand. Tabel 2.1 merupakan daftar tipe dari instruksi

perintah compare block.

Tabel 2.1 Daftar tipe instruksi compare block

Instruksi Fungsi

> Digunakan jika operand satu lebih besar dari operand

dua.

>= Digunakan jika operand satu lebih besar atau sama

dengan operand dua.

< Digunakan jika operand satu lebih kecil dari operand

dua.

< = Digunakan jika operand satu lebih kecil atau sama

dengan operand dua.

= Digunakan jika operand satu lebih sama dengan

operand dua.

< > Digunakan jika operand satu lebih berbeda dengan

operand dua.

10) Instruksi aritmatika

Instruksi aritmatika digunakan untuk melakukan operasi aritmatika

antara dua operand bilangan bulat atau pada satu operand bilangan bulat.

Daftar tipe intruksi aritmatika ditunjukan pada Tabel 2.2.


36

Tabel 2.2 Daftar tipe instruksi aritmatika

Instruksi Fungsi

+ Operasi penjumlahan

- Operasi pengurangan

* Operasi perkalian

/ Operasi pembagian

REM Sisa pembagian dua operand

SQRT Akar kuadrat dari operand

INC Kenaikan sebuah operand

DEC Penurunan operand

ABS Nilai absolut operand

2.9 Proportional Integral Derivatif (PID)

Sistem pengendalian kecepatan motor induksi menggunakan kendali PID

telah dikaji dan diterapkan dalam beberapa penelitian. Pengendali PID terdiri dari

pengendali Proportional (P), Integral (I), dan Derivatif (D) yang secara

keseluruhan bertujuan untuk mempercepat respon sebuah sistem, menghilangkan

offset dan menghasilkan perubahan yang besar. Secara umum sistem pengendali

PID diperlihatkan pada Gambar 2.21 (Kurniawan, I.H., dan Hayat, L. 2016).


37

Gambar 2.21 Sistem pengendali PID

Kontrol Proporsional Integral merupakan perubahan dari keluaran kontrol

integral, berubah dengan fungsi waktu yang sebanding dengan sinyal kesalahan.

Hubungan antara keluaran kontroler dan sinyal kesalahan ditunjukan pada

persamaan (2.2).

U(t) = Kp e(t) + 𝐾𝑝

𝑇𝑖 ∫ 𝑒

𝑡

0(t) dt (2.2)

Keterangan:

U(t) = Sinyal kendali

Kp = Gain proportional

e(t) = Sinyal kesalahan

Ti = Waktu integral

Kontrol PID adalah gabungan kontrol proportional, kontrol integral, dan

kontrol derivatif. Gabungan kontrol ini mempunyai keunggulan dalam

memperbaiki kesalahan sinyal dibandingkan dengan masing - masing dari tiga

kontrol tersebut. Kontrol PID ditunjukan pada persamaan (2.3).


38

𝑈(𝑡) = 𝐾𝑝. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑖 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 + 𝐾𝑑 .𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡 (2.3)

Keterangan:

U(t) = Sinyal kendali

e(t) = Error


Ki = Gain integral

Kd = Gain derivatif

Td = Konstanta waktu derivatif

Kontroler Digital

Untuk dapat diterapkan pada kontroler digital, maka persamaan (2.3) harus

diubah ke dalam persamaan diskrit dengan mendifinisikan persamaan di atas

terhadap waktu. Persamaan diskrit ditunjukan pada persamaan (2.4).

𝑑𝑢

𝑑𝑡= 𝐾𝑝

𝑑𝑒(𝑡)

𝑑𝑡+ 𝐾𝑖. 𝑒(𝑡) + 𝐾𝑑 .

𝑑2𝑒(𝑡)

𝑑𝑡2 (2.4)

Keterangan:

e(t) = Error


Ki = Gain integral

Kd = Gain derivatif

Td = Konstanta waktu derivatif

Pada persamaan (2.4) dapat diketahui berapa lama keluaran kontroler harus

berubah untuk setiap perubahan waktu yang dianggap kecil. Dalam sistem digital,


39

selang waktu dt dinyatakan dalam waktu sampling Ts. Maka untuk mengetahui

berapa besar keluaran dan error dalam bentuk perubahan dari satu sampling ke

sampling berikutnya ditunjukan pada persamaan (2.5).

∆𝑢

𝑇𝑠= 𝐾𝑝

∆𝑒

𝑇𝑠+ 𝐾𝑖. 𝑒 + 𝐾𝑑 .

∆

𝑇𝑠 [

∆𝑒

𝑇𝑠] (2.5)

Keterangan:

∆𝑢 = Sinyal turunan

Ts = Waktu sampling


e(t) = Error

Ki = Gain integral

Kd = Gain derivatif

2.10 Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)

Supervisory Control And Data Acquisitio diambil dari dua kata, yaitu:

Supervisory Control adalah sistem yang berfungsi untuk memberikan

instruksi kendali dan mengawasi kerja suatu proses tertentu, sedangkan Data

Acquisition adalah sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan, dan

memproses data untuk kemudian disajikan sesuai kebutuhan yang dikehendaki.

Supervisory Control And Data Acquisition adalah sistem berbasis komputer yang

dapat melakukan pengawasan, pengendalian, dan akuisisi data terhadap suatu

proses tertentu secara real time.


40

1. Arsitektur SCADA

Arsitektur dari SCADA terdiri dari beberapa bagian yang memiliki perannya

masing – masing yaitu:

a. Plant/field device adalah suatu proses dilapangan yang diwakili oleh sensor

dan aktuator.

b. RTU (Remote Terminal Unit) adalah yang berupa PLC, berfungsi pengendali

plant/field device, mengirim sinyal kontrol, mengambil data dari plant, dan

mengirim data ke MTU.

c. MTU (Master Terminal Unit) adalah berupa PLC yang bertindak sebagai

master bagi RTU, berfungsi mengumpulkan data dari satu atau beberapa

RTU, melakukan koordinasi dengan memberi perintah ke RTU untuk

menjaga proses berjalan dengan stabil dan memberikan data ke server/HMI.

d. HMI (Human Machine Interface) adalah alat untuk menampilkan data pada

suatu perangkat yang komunikatif dan animatif, dan menyediakan antarmuka

untuk komunikasi antara mesin dan manusia (operator).

e. Protokol Komunikasi adalah sebuah aturan atau standar yang mengatur atau

mengijinkan terjadinya hubungan, komunikasi, dan perpindahan data antara

dua atau lebih titik komputer.

f. Database Server adalah sebuah perangkat yang bekerja untuk mencatat atau

menyimpan data pengendalian pada sistem SCADA.

Gambaran sederhana dari arsitektur SCADA seperti pada Gambar 2.22.


41

Gambar 2.22 Arsitektur SCADA

(Amar. 2013)

2. Pengenalan Software Vijeo Citect

Vijeo Citect adalah salah satu software program yang digunakan pada industri

otomatis yang memiliki tingkat efisiensi yang tinggi pada semua operasi dengan

sistem cepat, open system architecture, fungsi network yang powerfull. Pada Vijeo

Citect terdiri dari dua program, yaitu Vijeo Citect Explorer dimana ini digunakan

untuk proses editing dan Vijeo Citect Runtime digunakan untuk proses running dari

sebuah tampilan yang akan dimonitor. Vijeo Citect dapat diaplikasikan pada sistem

dengan skala besar dan juga pada sistem skala kecil.

a. Kelebihan Software Vijeo Citect

1) Open System Architecture

Open System Architecture memberikan kemudahan secara khusus bagi

pengguna yang berbeda - beda, menyediakan fleksibilitas yang tinggi untuk

melakukan hubungan dengan system software lain diantaranya:

a) Vijeo Citect didukung 3 buah tampilan yaitu Citect Explorer, Citect

Project Editor, Citect Graphics Builder dan aplikasi program diluar

Vijeo Citect dengan mudah mendapatkan data dari Vijeo Citect.


42

b) Hubungan Vijeo Citect dengan tags biasa menggunakan events.

c) Vijeo Citect dapat membuka Vijeo Citect net protocol dengan

menggunakan folder communication yang ada pada Citect Explorer,

yang digunakan untuk menukar data antara Vijeo Citect yang lain. Data

dari Vijeo Citect dapat di set atau mengikuti sambungan high level host

computer.

2) Mendukung bermacam - macam networking

a) Vijeo Citect didukung bermacam - macam protocol.

b) Struktur network Vijeo Citect dapat didukung sistem kerja yang berdiri

sendiri, peer to peer, client / server, dan hal seperti ini dapat dilakukan

pada sistem dengan skala besar maupun sistem dengan skala kecil.

3) Pembuatan layar grafis dengan mudah

Pada Vijeo Citect telah disediakan bermacam - macam type wizard dan

symbol library, dengan didukung tampilan Citect Graphics Builder sistem

dapat dikonfigurasi dengan mudah sehingga pembuatan animasi tidak begitu

sulit karena obyek yang kita inginkan sudah tersedia pada symbol library

tools.

4) Supporting Internet

Pada Vijeo Citect dapat dilakukan pengoperasian suatu plant yang dapat

terhubung melalui jaringan komunikasi yang terdapat di internet. Fungsi

yang digunakan terdapat pada web server sehingga status plant dapat

dimonitor dan dikontrol melalui web browser dari tempat kendali yang

memiliki jarak cukup jauh.


43

5) Data yang kompatibel dengan software lain

a) Data pada tag, kompatibel antara Microsoft Excel dengan Vijeo Citect,

b) Data hasil pengoperasian dari Vijeo Citect dapat di convert ke

Microsoft Excel dan Word,

c) Dapat dilakukan penukaran data dari software grafis seperti AutoCad,

Photoshop, CorelDraw, dll.

b. Outline Vijeo Citect Explorer

Nama dari file eksekusi Vijeo Citect adalah Vijeo Citect. Cara pertama untuk

menjalankan Vijeo Citect adalah klik “program” pada start menu lalu klik

“Schneider Electric” kemudian klik “SoCollaborative” selanjutnya klik “Vijeo

Citect 7.20” dan pilih Vijeo Citect Explorer.

Setelah dipilih Vijeo Citect Explorer maka akan terdapat 3 tampilan dasar

yang dapat digunakan untuk manajemen data dan file, membuat desain grafis,

dan mengeksekusi atau menjalankan sistem. Ketiga tampilan tersebut antara

lain:

1) Citect Explorer

Citect Explorer merupakan tampilan yang digunakan untuk membuat dan

pembuatan project. Selain itu juga dapat mengatur semua file - file yang

berada pada sub bagian folder project, sehingga berfungsi seperti Windows

Explorer pada Windows. Citect Explorer juga berfungsi untuk mengatur setup

komunikasi pada pembuatan project baru. Tampilan citect explorer

ditunjukan pada Gambar 2.23.


44

Gambar 2.23 Tampilan Citect Explorer

2) Citect Project Editor

Citect Project Editor digunakan sebagai tempat untuk membuat,

mengatur, dan mengedit database. Database yang dibuat pada citect project

editor berupa cluster, tags, event, alarm, dll. Untuk membuat database diatas

dapat dilihat pada menu - menu yang disediakan pada citect project editor.

Untuk membuat cluster name dapat dilihat pada menu servers. Pada menu

tags terdapat dua cara untuk membuat alamat nama tags yaitu variable tags

dan local variable, dimana untuk menggunakan variable tags harus langsung

terhubung dengan I/O devices sedangkan local variable tidak perlu terhubung

langsung dengan I/O devices dan dapat langsung disimulasikan.

Pada halaman citect project editor setelah membuat atau melakukan

pengeditan database perlu dilakukan pack dan compile, sehingga data yang

telah dibuat dapat tersusun secara baik dan jika terjadi error maka dapat

diketahui letak kesalahannya. Untuk melakukan pack dan compile dapat


45

dilihat pada menu file. Tampilan citect project editor ditunjukan pada Gambar

2.24.

Gambar 2.24 Tampilan Citect Project Editor

3) Citect Graphic Builder

Citect Graphic Builder digunakan untuk membuat serta mengedit desain

animasi plant pada sistem monitor dan juga memberikan label atau nama pada

desain masing - masing animasi yang akan dibuat. Selain itu dapat

memasukan gambar dan simbol dari luar yang bias dimodifikasi. Tampilan

citect graphics builder ditunjukan pada Gambar 2.25.


46

Gambar 2.25 Tampilan Citect Graphics Builder


BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/4099/3/Muhammad Itmamul Huda_BAB...

Documents

Transcript of BAB II DASAR TEORI 2.1 Tinjauan Pustakarepository.ump.ac.id/4099/3/Muhammad Itmamul Huda_BAB...