BAB II LANDASAN TEORI - Perpustakaan Digital...

BAB IILANDASAN TEORI

Sistem ball sorting yang akan direalisasikan ini ditinjau sangat membantu

aktivitas proses produksi menjadi begitu efektif dan efisien. Sistem ball sorting ini

menggunakan sensor pendeteksi keberadaan, warna, dan jenis bola. PLC FESTO

sebagai pengendali utama sistem ball sorting sehingga sistem ini dapat bekerja

secara otomatis. Dibawah ini akan dibahas mengenai teori yang mendukung

dalam pembuatan sistem ball sorting ini. Materi yang dibahas yaitu sensor,

transduser, PLC, PLC FESTO, phototransistor, infrared, solenoid, relay, dan

perangkat lunak (software).

II.1 Sensor

Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk merubah suatu besaran fisik

menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu.

Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalamnya.

Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran

yang sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.

Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan

pengukuran atau pengendalian. Sensor merupakan bagian dari transduser yang

berfungsi untuk melakukan sensing atau “merasakan dan menangkap” adanya

perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transduser,

sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian

konvertor dari transduser untuk dirubah menjadi energi listrik. Berikut adalah

macam - macam sensor :

1. Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya

menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi foton

menjadi elektron. Salah satu penggunaannya yang paling populer adalah

kamera digital.

BAB II LANDASAN TEORI

“Rancang Bangun Perangkat Keras Sistem Ball Sorting Berbasis PLC FESTO” 7

2. Sensor suhu adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran panas menjadi

besaran listrik. Ada beberapa metode yang digunakan untuk membuat sensor

ini, salah satunya dengan cara menggunakan material yang berubah

hambatannya terhadap arus listrik sesuai dengan suhunya.

II.1.1 Sensor Infrared (IR)

Infrared adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih

panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio.

Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah

merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang.

Secara alami sinar inframerah dihasilkan oleh matahari yang memancarkan

cahayanya. Matahari menghasilkan sinar yang dibedakan warnanya dalam

spektrum sinar tampak dan sinar tidak tampak. Salah satu sinar tidak tampak

adalah sinar ultraviolet yang berada pada spektrum warna violet. Sinar tak tampak

lainnya adalah Sinar-X, Sinar Gamma, Sinar inframerah dan Sinar Kosmik, yang

memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada Sinar Ultraviolet dan bila

tidak dikontrol sangat berbahaya bagi kehidupan manusia dan makhluk lainnya.

Sinar Inframerah (infrared ray - IR) juga merupakan sinar tidak tampak

yang berada pada spektrum warna merah, mendekati spektrum sinar tampak.

Dapat dikatakan bahwa 80% cahaya matahari adalah sinar inframerah karena

lebarnya jangkauan gelombang sinar ini (0,75-1000 micron).

a. Transmitter (Pemancar) Infrared

Pada rangkaian elektronika, sinar inframerah dihasilkan oleh LED (Light

Emitting Dioda) inframerah. LED Inframerah adalah sebuah benda padat

penghasil cahaya, yang mendekati/menghasilkan spectrum cahaya infra merah.

LED inframerah menghasilkan panjang gelombang yang sama dengan yang biasa

diterima oleh photodetektor silikon. Oleh karena itu LED inframerah bisa

dipasangkan dengan phototransistor dan photodioda. Dibawah ini adalah salah

satu contoh gambar LED inframerah yang ada di pasaran :



Gambar 2.1 LED Inframerah Tipe TSAL 6200

Karakteristik dari LED Inframerah :

Bisa dipakai dalam waktu yang sangat lama.

Membutuhkan daya yang kecil.

Pemancaran panjang gelombangnya menyempit.

Tidak mudah panas.

Bisa digunakan dalam jarak yang lebar.

Harga relatif murah.

b. Receiver (Penerima) Inframerah

Untuk menagkap/mendeteksi sinar inframerah yang dipancarkan LED

inframerah maka pada rangkaian inframerah digunakan receiver inframerah. Pada

umumnya receiver inframerah berupa photodetektor yang terbuat dari bahan

silikon, seperti phototransistor dan photodioda.



Skematik rangkaian sensor ini bisa dilihat pada gambar berikut :

Gambar 2.2 Skematik rangkaian sensor IR

Resistansi dari sensor (phototransistor) akan meningkat dengan semakin

banyaknya pancaran inframerah yang masuk ke sensor. Sensor yang ideal adalah

sensor yang memiliki nilai resistansinya mendekati nol ketika ada pancaran

inframerah. Sebaliknya, resistansi sensor akan sangat besar sekali ketika tidak ada

pancaran inframerah yang masuk ke sensor.

II.1.2. Karakterisasi Sensor Infrared

Untuk menghasilkan voltage swing (perbedaan tegangan ketika

phototransistor disinari dan ketika tidak disinari) yang bagus, maka pemilihan

nilai resistansi R1 harus benar-benar diperhatikan. Pemilihan nilai R1 bisa

ditentukan dari prinsip pembagian tegangan. Perhatikan gambar dibawah ini :



Gambar 2.3 Skema rangkaian pembagian tegangan

Kita asumsikan bahwa,

Rsensor = RA ; ketika phototransistor tidak disinari oleh inframerah.

Rsensor = RB ; jika phototransistor disinari oleh inframerah.

Maka skema rangkaian diatas dapat dirubah sebagai berikut :

Gambar 2.4 Skema rangkaian pembagi tegangan ketika (a) disinari;(b) tidak disinari

Nilai resistansi total dari kedua resistor adalah R1+Rsensor. Sedangkan

tegangan yang melewati keduanya adalah VCC. Dengan menggunakan hukum

ohm, kita dapat menghitung besarnya arus, yaitu:



Ketika tidak disinari oleh inframerah, Rsensor = RA , maka :

Tegangan keluarannya adalah :

Jika disinari, Rsensor = RB, maka :

Tegangan keluarannya adalah :

Dari persamaan (3) dan (5), dapat ditentukan voltage swing, yaitu :



Relatif voltage swing adalah

Nilai RA dan RB dapat diketahui dengan melakukan pengukuran

resistivitas phototransistor menggunakan ohmmeter. Dengan diketahuinya nilai

RA dan RB maka dapat dibuat grafik voltage Swing (VS) tehadap range nilai

resistansi R1. Kemudian dari grafik tersebut dengan mudah dapat menentukan

nilai resistansi R1 untuk menghasilkan voltage swing yang paling besar.

II.2 Transduser

Transduser adalah alat yang berfungsi untuk mengubah suatu bentuk

energi tertentu ke dalam bentuk energi lain, dalam hal ini biasanya selalu diubah

kedalam bentuk energi listrik. Alasan mengapa energi listrik yang berupa arus

atau tegangan listrik ini merupakan pilihan yang paling banyak digunakan antara

lain :

1. Energi listrik paling mudah untuk di-manipulasi, artinya mudah diatur dan

dirubah baik dari segi bentuknya, frekuensinya, maupun kegunaannya.

2.Energi listrik mudah untuk disimpan atau jika dalam bentuk analog akan di

simpan dalam baterai dan jika bentuknya adalah digital akan disimpan dalam

memori.



II.2.1 Klasifikasi Transduser

Transduser dapat diklasifikasikan berdasarkan cara pengubahan energi

sinyal keluaran atau berdasarkan bidang pemakaian, dan dibagi menjadi:

1. Active Transduser adalah jenis transduser yang mampu menghasilkan

energi listrik sendiri, contohnya : foto sel, termokopel dan lain-lain.

2. Passive Transduser adalah jenis transduser yang memerlukan catu daya

(power supply) eksternal untuk dapat bekerja, contohnya : Thermistor,

Fototransistor dan lain-lain.

Transduser berasal dari kata “traducere” dalam bahasa Latin yang berarti

mengubah. Sehingga transduser dapat didefinisikan sebagai suatu peranti yang

dapat mengubah suatu energi ke bentuk energi yang lain. Bagian masukan dari

transduser disebut “sensor ”, karena bagian ini dapat mengindera suatu kuantitas

fisik tertentu dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang lain.

Gambar 2.5 Gambaran umum masukan–keluaran transduser

II.2.2 Pemilihan Transduser

Pemilihan suatu transduser sangat tergantung kepada kebutuhan pemakai

dan lingkungan di sekitar pemakaian. Untuk itu dalam memilih transduser perlu

diperhatikan beberapa hal di bawah ini:



1.Kekuatan, maksudnya ketahanan atau proteksi pada bebanlebih.

2.Linieritas, yaitu kemampuan untuk menghasilkan karakteristik masukan-

keluaran yang linier.

3.Stabilitas tinggi, yaitu kesalahan pengukuran yang kecil dan tidak begitu

banyak terpengaruh oleh faktor-faktor lingkungan.

4.Tanggapan dinamik yang baik, yaitu keluaran segera mengikuti masukan

dengan bentuk dan besar yang sama.

5.Repeatability : yaitu kemampuan untuk menghasilkan kembali keluaran

yang sama ketika digunakan untuk mengukur besaran yang sama, dalam

kondisi lingkungan yang sama.

6.Harga. Meskipun faktor ini tidak terkait dengan karakteristik transduser

sebelumnya, tetapi dalam penerapan secara nyata seringkali menjadi

kendala serius, sehingga perlu juga dipertimbangkan.

II.3 Phototransistor

Phototransistor merupakan salah satu komponen optoelektrik.

Phototransistor mempunyai junction p-n collector- base yang peka terhadap

cahaya. Phototransisitor juga merupakan transistor yang dirancang untuk

menangkap cahaya dan dirakit dalam sebuah kemasan transparan. Kepekaan

phototransistor jauh lebih baik daripada photodioda karena phototransistor telah

memiliki penguat terintegrasi. Cahaya yang diterima menimbulkan arus pada

daerah basis dari phototransistor, dan menghasilkan penguatan arus mulai dari

seratus hingga beberapa ribu kali. Penguatan terintegrasi memungkinkan

phototransistor dapat dikopel dengan beban resistor untuk menyesuaikan dengan

level tegangan TTL untuk range level cahaya yang lebar. Meskipun begitu,

phototransistor memiliki kekurangan dibandingkan dengan photodiode.

Bandwidth frekuensi dan linearitasnya relatif terbatas serta respon spektrumnya

berada antara 350 nm hingga 1100 nm.



Gambar 2.6 Rangkaian Ekuivalen Phototransistor dan simbol Phototransistor

Gambar 2.7 Phototransistor

Berikut beberapa karakteristik dari phototransistor :

a. Sensitivitas

Untuk tingkat iluminasi tertentu, output dari phototransistor

berdasarkan pada area junction collector - base dan pengaturan arus dc

pada transistor. hfe padaphototransistor tidak konstan tetapi bergantung

kepada arus base (intesitas cahaya), tegangan bias dan temperature, hfe

juga akan meningkat dengan meningkatnya VCE .



Gambar 2.8 Sensitivitas phototransistor

Gambar 2.9 Karakteristik arus dan tegangan

b. Respon Spektral

Output dari phototransistor bergantung dari panjang gelombang cahaya

yang diterima. Phototransistor mampu merespon cahaya dengan range

panjang gelombang dari ultraviolet sampai dengan infra merah.

c. Linieritas

Linieritas photoransistor bergantung pada hfe phototransistor tersebut.

d. Kecepatan respon

Kecepatan respon dari pototransistor bergantung pada kapasitansi dari

junction collector-base dan harga resistansi dari beban, dengan

demikian semakin tinggi penguatan dari pototransistor maka kecepatan

responnya akan semakin lambat.



Phototransistor merupakan jenis transduser foto yang dapat merubah

besarnya arus listrik jika pada permukaan sensor dari phototransistor tersebut

disinari cahaya, akibat adanya kuantitas cahaya inilah yang akan merubah arus

listrik yang akan lewat bagian kolektor dan emiter phototransistor tersebut,

kemudian arus listrik yang berubah inilah yang dimanfaatkan untuk mengetahui

keadaan dari variabel yang akan diukur.

Aplikasi dari phototransistor banyak ditemukan pada peralatan-peralatan

otomatis yang cara kerjanya dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang jatuh ke

permukaan sensornya. Untuk selanjutnya peralatan otomatis peka cahaya tadi

dapat dimanfaatkan sebagai alat sekuriti atau alat pengendali peka cahaya lainnya.

II.3.1 Karakteristik Phototransistor

Gambar 2.10 Karakteristik Phototransistor

Keterangan:

Gambar 2.8 di atas merupakan Family - Curve atau kumpulan kurva yang

menyatakan hubungan arus Kolektor dan tegangan Kolektor-Emiter dari

phototransistor tertentu. Terlihat bahwa semakin tinggi intensitas cahaya (L)

dengan jarak 1 cm dari sumber, arus Kolektor IC akan meningkat pada setiap nilai



intensitas tertentu. Contoh : Untuk suatu nilai VCE tertentu, jika nilai L

bertambah besar, maka arus kolektor juga akan meningkat tinggi. Hal ini

menunjukkan tingkat sensitivitas phototransistor akan semakin meningkat jika

intensitas cahaya yang jatuh ke permukaan semakin tinggi (semakin besar dan

terang).

II.4 Sensor Induktif

Sensor kedekatan induktif adalah alat yang merasakan keberadaan suatu

objek logam. Sensor Induktif digunakan untuk mendeteksi enda yang terbat dari

bahan logam atau bukan logam. Prinsip kerjanya adalah jika ada logam mendekat

maka akan ada arus listrik dibangkitkan pada sensor tersebut. Pada prinsipnya

sensor induktif terdiri dari kumparan, osilator, rangkaian detektor dan output

elektronis.

Osilator adalah rangkaian elektronis untuk membangkitkan bentuk

gelombang ac dan frekwensi dari sumber energi dc. Ketika energi diberikan,

osilator bekerja membangkitkan medan frekuensi tinggi. Pada saat itu harus tidak

ada bahan konduktif apapun pada medan frekuensi tinggi. Apabila objek masuk

pada medan frekuensi tinggi arus eddy akan terinduksi pada permukaan target.

Hal ini akan mengakibatkan kerugian energi pada rangkaian osilator shg

menyebabkan lebih kecilnya amplitudo osilasi. Rangkaian detektor merasakan

perubahan beban spesifik pada amplitudo dan membangkitkan sinyal yg akan

menghidupkan atau mematikan output elektronik. Apabila objek logam

meninggakan wilayah sensor, osilator membangkitkan lagi, membuat sensor

kembali lagi ke status normalnya.

Pada sistem ball sorting ini, sensor induktif yang digunakan adalah sensor

induktif merek omron yaitu cylindrical proximity sensor tipe E2GN. Untuk

spesifikasi dari alat tersebut penulis lampirkan pada bab lampiran.



Gambar 2.11 Cylindrical proximitysensor E2GN

II.5 IC LM324

IC LM324 merupakan IC Operational Amplifier yang memilki 4 buah op-

amp yang berfungsi sebagai komparator. IC ini digunakan di rangkaian sensor

warna dan sensor keberadaan. IC ini mempunyai tegangan kerja antara +5 V

sampai +15V untuk +Vcc dan -5V sampai -15V untuk -Vcc. Adapun definisi dari

masing-masing pin IC LM324 adalah sebagai berikut :

Gambar 2.12 Simbol IC LM324

a. Pin 1,7,8,14 (Output)

Merupakan sinyal output.

b. Pin 2,6,9,13 (Inverting Input)

Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang

berkebalikan dari input.

c. Pin 3,5,10,12 (Non-inverting input)

Semua sinyal input yang berada di pin ini akan mempunyai output yang sama

dengan input (tidak berkebalikan).



d. Pin 4 (+Vcc)

Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara +5 Volt sampai +15 Volt.

e. Pin 11 (-Vcc)

Pin ini dapat beroperasi pada tegangan antara -5 Volt sampai -15 Volt.

II.6 Transistor

Transistor adalah suatu monokristal semikonduktor dimana terjadi dua

pertemuan P-N, dari sini dapat dibuat dua rangkaian yaitu P-N-P dan N-P-N.

Transistor adalah suatu komponen yang dapat memperbesar level sinyal keluaran

sampai beberapa kali sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat berupa sinyal

AC ataupun DC.

Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis

mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor

berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil arus basis

mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter.

Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat.

Dalam keadaan kerja normal, transistor harus diberi polaritas sebagai

berikut :

1. Pertemuan Emitter-Basis diberi polaritas dari arah maju seperti yang

ditunjukkan pada gambar 2.6 (a).

2. Pertemuan Basis-kolektor diberi polaritas dalam arah mundur seperti

ditunjukkan pada gambar 2.6 (b).

Gambar 2.13 Dasar Polaritas Transistor



Dan dalam pemakiannya transistor juga bisa berfungsi sebagai saklar

dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan

(cut-off). Pada daerah penjenuhan nilai resistansi penyambungan kolektor emitter

secara ideal sama dengan nol atau kolektor terhubung langsung (short). Ini

menyebabkan tegangan kolektor emitter Vce = 0 pada keadaan ideal. Dan pada

daerah cut off, nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama

dengan tak terhingga atau terminal kolektor dan emitter terbuka yang

menyebabkan tegangan Vce sama dengan tegangan sumber Vcc.

II.7 Relay

Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronik yang

digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan

lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Ketika solenoid dialiri arus

listrik, tuas akan tertarik karena adanya gaya magnet yang terjadi pada solenoid

sehingga kontak saklar akan menutup. Pada saat arus dihentikan, gaya magnet

akan hilang, tuas akan kembali ke posisi semula dan kontak saklar kembali

terbuka. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar

(misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan

yang kecil (misalnya 0.1 ampere 12 Volt DC). Relay yang paling sederhana ialah

relay elektromekanis yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan

energi listrik.

Secara sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :

• Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau membuka)

kontak saklar.

• Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Dalam pemakaiannya biasanya relay yang digerakkan dengan arus DC

dilengkapi dengan sebuah dioda yang di-paralel dengan lilitannya dan dipasang

terbaik yaitu anoda pada tegangan (-) dan katoda pada tegangan (+). Ini bertujuan



untuk mengantisipasi sentakan listrik yang terjadi pada saat relay berganti posisi

dari on ke off agar tidak merusak komponen di sekitarnya.

Konfigurasi dari kontak-kontak relay ada tiga jenis, yaitu:

• Normally Open (NO), apabila kontak-kontak tertutup saat relay dicatu

• Normally Closed (NC), apabila kontak-kontak terbuka saat relay dicatu

Change Over (CO), relay mempunyai kontak tengah yang normal tertutup,

tetapi ketika relay dicatu kontak tengah tersebut akan membuat hubungan dengan

kontak-kontak yang lain.

Penggunaan relay perlu memperhatikan tegangan pengontrolnya serta

kekuatan relay men-switch arus/tegangan. Biasanya ukurannya tertera pada body

relay. Misalnya relay 12VDC/4 A 220V, artinya tegangan yang diperlukan

sebagai pengontrolnya adalah 12Volt DC dan mampu men-switch arus listrik

(maksimal) sebesar 4 ampere pada tegangan 220 Volt. Sebaiknya relay

difungsikan 80% saja dari kemampuan maksimalnya agar aman, lebih rendah lagi

lebih aman.

Gambar 2.14 Bentuk Fisik Relay Omron MY2NJ

Prinsip Kerja Relay :

Relay terdiri dari Coil & Contact coil adalah gulungan kawat yang

mendapat arus listrik, sedang contactadalah sejenis saklar yang pergerakannya

tergantung dari ada tidaknya arus listrik dicoil. Contact ada 2 jenis : Normally

Open (kondisi awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi

awal sebelum diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari



relay : ketikaCoil mendapat energi listrik (energized), akan timbul gaya

elektromagnet yang akan menarik armature yang berpegas, dan contact akan

menutup.

Gambar 2.15 Prinsip Kerja Relay

II.8 Programmable Logic Control (PLC)

Programmable logic controller (PLC) diperkenalkan pertama kali pada

tahun 1969 oleh Richard E. Morley yang merupakan pendiri Modicon

Corporation. Menurut National Electrical Manufacturing Assosiation (NEMA)

PLC didefinisikan sebagasi suatu perangkat elektronik digital dengan memori

yang dapat diprogram untuk menyimpan instruksi-instruksi yang menjalankan

fungsi-fungsi spesifik seperti: logika, sekuen, timing, counting, dan aritmatika

untuk mengontrol suatu mesin industri atau proses industri sesuai dengan yang

diinginkan.

Programmable logic control (PLC) adalah elemen kendali yang fungsi

pengendaliannya dapat diprogram sesuai dengan kebutuhan. PLC memiliki jenis

input/output berupa logik on off. PLC telah mampu berkomunikasi dengan

operator, dengan modul-modul kendali tertentu PID kontroler, multi-channel

analog I/O, berkomunikasi dengan komputer atau PLC lain, juga dapat

mentransmisikan data untuk keperluan pengontrolan jarak jauh (remote).

Terdapat empat bagian penting dari operasi pada PLC, yaitu :

1. Pengamatan nilai input

2. Menjalankan program

3. Memberikan nilai output

4. Pengendalian



Adapun syarat yang harus dimiliki oleh setiap PLC adalah:

1. Perangkat keras controller harus dengan mudah dan cepat diprogram ulang

oleh user dengan sedikit mungkin mengganggu jalannya proses.

2. Semua komponen dalam sistem harus mampu beroperasi di industri tanpa

alat bantu atau syarat lingkungan tertentu.

3. Sistem harus mudah dirawat dan diperbaiki, beberapa indikator dan

peralatan bantu harus tersedia sebagai bagian dari sistem sehingga

memudahkan dalam melacak dan perbaikan kerusakan.

4. Perangkat keras sistem kontrol harus memakan tempat dan daya lebih kecil

daripada sistem kontrol relay elektromekanis.

5. PLC harus mampu berkomunikasi dengan sistem pusat pengumpul data

untuk keperluan pemantauan operasional.

6. Sistem kontrol dapat menerima catu daya AC standar melalui push button

dan limit switch yang ada pada sistem.

7. Sinyal output PLC harus mampu menjalankan motor starter dan solenoid

valve yang bekerja dengan catu daya AC, setiap output mampu

memutuskan atau mengalirkan arus sebesar 2A.

8. Perangkat sistem kontrol memiliki konfigurasi yang dapat dikembangkan

dengan sedikit mungkin perubahan pada sistem maupun downtime.

9. Struktur memori yang terdapat didalam PLC harus dapat dikembangkan.

10. PLC harus mampu bersaing dengan kontrol relay elektromekanis dari segi

harga dan biaya pemasangannya

Keunggulan dari PLC adalah kemampuannya untuk mengubah dan meniru

proses operasi di saat yang bersamaan dengan komunikasi dan pengumpulan

informasi-informasi vital. Selain itu PLC juga memiliki kekurangan antara lain

yang sering disoroti adalah bahwa untuk memrogram suatu PLC dibutuhkan

seseorang yang ahli dan sangat mengerti dengan apa yang dibutuhkan pabrik dan

mengerti tentang keamanan atau safety yang harus dipenuhi. Sementara itu orang

yang terlatih seperti itu cukup jarang dan pada pemrogramannya harus dilakukan

langsung ke tempat dimana server yang terhubung ke PLC berada, sementara itu

tidak jarang letak main computer itu di tempat-tempat yang berbahaya. Oleh



karena itu diperlukan suatu perangkat yang mampu mengamati, meng-edit serta

menjalankan program dari jarak jauh.

Untuk lebih jelasnya, berikut adalah keuntungan dan kelemahan dalam

penggunaan PLC :

Keuntungan menggunakan PLC

Beberapa keuntungan menggunakan PLC adalah sebagai berikut:

1. Wiring relatif sederhana untuk sistem yang kompleks

2. Komponen yang digunakan relatif sedikit

3. Konsumsi daya relatif rendah

4. Mudah dalam pengembangan dan modifikasi dengan biaya rendah

5. Kemudahan untuk memprogram dan mengubah program sesuai dengan

kebutuhan.

6. Pelacakan kesalahan sistem lebih mudah, sehingga memudahkan dalam

pemeliharaan dan perbaikan.

Kelemahan menggunakan PLC

Selain ada keuntungan menggunakan PLC, ada juga beberapa

kelemahannya, yaitu:

1. Biaya relatif lebih mahal untuk sistem yang sederhana

2. Tidak dapat digunakan langsung pada tegangan tinggi

3. Menggunakan software khusus untuk memprogramnya

II.8.1 Perangkat PLC

PLC merupakan perangkat yang berbasiskan mikroprosesor sehinga

memilki kemiripan struktur dasar dengan computer. Karena itu, komponen dasar

PLC adalah :

1. Central Processing/Controlling Unit

CCU merupakan otak dari PLC yang akan mengendalikan dan mengawasi

jalannya operasi dalam PLC sesuai dengan instruksi program yang

tersimpan dalam memori. Sistem CCU pada PLC berbasis mikroprosessor.



1. Struktur input/output

Modul input/output dari PLC merupakan komunikasi PLC dengan dunia

luar, maka PLC mampu mengendalikan suatu proses. Tiap I/O memilki

alamat tersendiri yang akan digunakan pada program. Modul input PLC

berhubungan dengan elemen sensor yang memberikan informasi keadaan

proses. Sinyal informasi ini akan diolah sesuai dengan program yang telah

dibuat oleh CCU. Modul output PLC berhubungan dengan elemen actuator

yang akan memberikan aksi kendali kepada plant.

2. Program device

Programming device merupakan elemen yang berinteraksi dengan pemakai

(user). Alat ini memudahkan pemakai dalam memprogram ataupun

mengubah program PLC. Apabila PLC sudah terprogram, maka alat ini

tidak diperlukan lagi dan PLC bekerja secara mandiri.

II.9 PLC FESTO

PLC FESTO merupakan jenis PLC baru. PLC FESTO merupakan PLC

yang dapat digunakan untuk aplikasi sehari-hari.

II.9.1 FESTO Didactic Sistem

Salah satu jenis PLC FESTO adalah FESTO tipe FEC 34. PLC FESTO

FEC 34 ini terdiri dari 12 input dan 8 output, 2 relay, 6 transistor output, dan

Ethernet 10 base dengan dimensi 130 x 80 x 35 mm. Berikut tampilan dan

element-element PLC FESTO FEC 34, juga gambar kabel koneksi serta contoh

koneksi PLC FESTO ke PC :



Gambar 2.16 Tampilan PLC FESTO FEC 34

Gambar 2.17 a Element PLC FESTO



Gambar 2.17 b Element PLC FESTO

Gambar 2.17c Kabel Koneksi PLC FESTO



Gambar 2.17d Contoh Koneksi PLC FESTO ke PC

Berikut adalah tabel sfesifikasi dan gambar koneksi antara PLC ke Easy

port dari PLC FESTO. Dalam hali ini dapat ditemukan data kelistrikan, data fisik,

dan data ketahanan dari PLC FESTO.



Gambar 2.18 Koneksi antara PLC dengan Easy Port

Gambar 2.19 Rincian Koneksi antara PLC dengan Easy Port

II.10 Solenoid

Solenoid adalah salah satu jenis kumparan terbuat dari kabel panjang yang

dililitkan secara rapat dan dapat diasumsikan bahwa panjangnya jauh lebih besar

daripada diameternya. Dalam kasus solenoid ideal, panjang kumparan adalah tak

hingga dan dibangun dengan kabel yang saling berhimpit dalam lilitannya, dan

medan magnet di dalamnya adalah seragam dan paralel terhadap sumbu solenoid.

Perbedaan antara solenoida dan motor adalah bahwa solenoid adalah motor yang

tidak dapat berputar. Jika terdapat batang besi dan ditempatkan sebagian



panjangnya di dalam solenoid, batang tersebut akan bergerak masuk ke dalam

solenoid saat arus dialirkan. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan tuas,

membuka pintu, atau mengoperasikan relai. Berikut contoh gambar solenoid 12

Vdc.

Gambar 2.20 Solenoid 12 Vdc

Kuat medan magnet untuk solenoid ideal adalah:

di mana:

adalah kuat medan magnet,

adalah permeabilitas ruang kosong,

adalah kuat arus yang mengalir,

dan adalah jumlah lilitan.

II.10.1 Sistem Kerja solenoid

Di dalam solenoida terdapat kawat melingkar pada inti besi (gambar 2.21).

Ketika arus listrik melalui kawat tersebut , maka terjadi medan magnet untuk

menghasilkan energi yang dapat mendorong inti besi. Poros dalam solenoida

adalah piston seperti silinder terbuat dari besi atau baja, yang

disebut plunger (setara dengan sebuah dinamo). Kemudian medan magnet

menerapkan kekuatan untuk plunger ini, baik menarik atau repeling. Ketika






Vdc.



di mana:

















Vdc.



di mana:














medan magnet dimatikan, pegas plunger kemudian kembali ke keadaan semula

(gambar 2.21 ).

Gambar 2.21 jenis solenoid

Gambar 2.22 Prinsip kerja Solenoid

II.10.2 Jenis Solenoida

Ada dua jenis utama dari solenoida. Solenoida jenis menarik (gambar 2.21

yaitu posisi awal menjulur ke luar setelah terdapat aliran arus listrik inti besi yang

menjulur keluar menjadi masuk kedalam. Solenoida jenis Dorong yaitu sebaliknya

jenis menarik, posisi awal inti besi dalam posisi masuk kedalam. Apabila terdapat

aliran arus listrik maka inti besi akan menjulur keluar.



II.10.3 Powering Solenoid

Solenoida yang terpolarisasi, hanya bekerja ketika ada arus . Setelah arus

tidak ada, Solenoid elektromekanik dapat meleleh jika digunakan terlalu

lama. Pastikan bahwa power rating tidak kurang dari menarik x tegangan arus

diterapkan pada solenoida. Solenoid tentu saja dapat melebihi power rating untuk

periode singkat, tapi akan terlalu panas dan meleleh dengan periode aktuasi

diperpanjang.

II.11 Pemograman PLC Festo Didactic

Pada dasarnya setiap PLC memiliki karakteristik bahasa pemograman

tersendiri, namun memiliki prinsip yang sama yaitu dengan ladder diagram,

intruction list dan fungtion chart.

II.11.1 Ladder diagram

Disebut ladder diagram karena teknik pemrograman ini menggunakan

diagram yang bentuknya mirip seperti tangga. Sistem penulisan program dengan

ladder diagram ini adalah teknik yang paling populer karena sudah banyak

digunakan dalam penggambaran rangkaian control dengan menggunakan relay

dan kontaktor.

Gambar 2.23 Contoh Ladder diagram

Pemograman ladder diagram pada dasarnya memiliki fungsi seperti relay

yaitu mengenali normally open dan normaly close. Tampilan urutan kerja sinyal

listrik sesuai dengan aksi yang diberikan. Berikut adalah simbol pada PLC:

Fungsi-fungsi Blok

PLC memiliki fungsi-fungsi blok yang disediakan yaitu timer, Counter (naik

dan turun), pemanfaatan register, operasi looping dan jumping, operasi aritmatik,

operasi biner dan bit dll.



Logika input

Normally Open (NO), saklar akan aktif jika diberi tegangan atau input

energized atau logika benar jika nilainya 1. Namun apabila Normally Close (NC),

saklar akan aktif jika tidak diberi tegangan atau input de-energized atau logika

benar bila nilainya 0.

Logika Output

Hasil operasi logic diinverskan dan ditransfer ke modul output. Jadi jika

hasil operasi logika adalah 1, maka output tidak akan memberikan tegangan.

II.11.2 Intruksi-intruksi yang terdapat pada Ladder diagram PLC

Instruksi AND dan AND NOT

Jika terdapat instruksi LD dan setelahnya ada LD atau LD NOT dalam satu

garis instruksi secara seri, maka instruksi LD yang kedua dan setelahnya

menggunakan AND untuk kontak NO atau AND NOT untuk kontak NC. Gambar

2.2 akan menujukkan contoh instruksi AND dan AND NOT.

Gambar 2.24 Contoh instruksi AND dan AND NOT

Cara kerja dari instruksi diatas yaitu jika kotak instruksi yang terdapat pada

sisi paling kanan ingin diaktifkan, maka syaratnya yaitu ketiga kontak sebelumnya

harus aktif secara bersamaan. Jika salah satu tidak aktif, maka instruksi tidak akan

aktif.

Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT)

Masing-masing instruksi ini membutuhkan satu baris kode mnemonik.

Contoh untuk instruksi ini ditunjukkan pada Gambar 2.25.



Gambar 2.25 Contoh instruksi LD dan LD NOT

Kondisi awal untuk LD yaitu Normally Open (NO), dan untuk LD NOT

adalah Normaly Close (NC). Kondisi keduanya belum aktif dan operandnya masih

0. Saat aktif, maka logika operandnya akan menjadi 1.

Instruksi OR dan OR NOT

Jika terdapat beberapa instruksi LD atau LD NOT yang terhubung secara

parallel, maka untuk menyatukannya menggunakan instruksi OR atau OR NOT.

Berikut adalah Gambar 2.4 yang akan menunjukkan contoh instruksi OR dan OR

NOT.

Gambar 2.26 Contoh instruksi OR dan OR NOT

Instruksi akan aktif jika memenuhi syarat berikut, salah satu dari kontak

sebelumnya aktif.

II.11.3 Instruction list

Teknik ini merupakan bahasa yang dimengerti mesin pemrograman PLC

yang memiliki 21 instruksi. Instructin list berbeda dengan 2 cara pemograman

funtion chart dan Ladder diagram yang menggunakan banyak gambar sebagai



instruksinya. Pada Instruction list ini pemograman PLC seperti bahasa

pemograman yang digunakan untuk memprogram mikrokontroller yaitu

menggunakan tulisan.

II.11.4 Fungtion Chart

Teknik pemrograman ini adalah menjelaskan urutan operasi dan iteraksi

antara proses parallel. Fungtion chart, ladder diagram dan instruction list pada

dasarnya bertujuan sama dan saling berhubungan, hanja saya beda cara

penggunaan.

II.12 Cara Kerja Alat

Secara umum alat ini digunakan untuk menyeleksi bola yaitu bola logam,

bola berwarna hitam, dan bola berwarna orange dengan menggunakan sensor

(sensor capasitive untuk sensor keberadaan, sensor induktif untuk sensor bola

logam dan sensor warna untuk mendeteksi bola berwarna orange dan bola

berwarna hitam. Dengan menggunaka 4 buah solenoid dalam proses

pengoperasian penyeleksian bola sebagai penahan bola.

Pertama-tama, beberapa bola dengan warna hitam, orange, serta bola

logam dimasukkan ke dalam plan. Setelah tombol start ditekan, maka solenoid

pertama akan on sehingga satu bola masuk kedalam daerah pendeteksian

kemudian solenoid kembali off. Kemudian bola tersebut akan diteksi oleh tiga

sensor, pertama sensor keberadaan akan mendeteksi keberadaan bola, kemudian

sensor warna akan mendeteksi warna bola, dan terakhir sensor induktif akan

mendeteksi bahan bola.

Untuk bola berwarna hitam, hanya akan terdeteksi oleh sensor keberadaan,

kemudian solenoid ketiga dan keempat akan on, setelah itu solenoid kedua on

sehingga bola warna hitam akan jatuh dan masuk ke jalur tiga, pada jalur tiga

terdapat sensor yang akan mendeteksi bola hitam, setelah bola hitam terdeteksi

maka solenoid kedua, ketiga, dan keempat akan kembali off serta solenoid kesatu

akan on, dan siap memproses bola yang lainnya.

Untuk bola berwarna orange, akan terdeteksi oleh sensor keberadaan dan

sensor warna, kemudian solenoid ketiga akan on, setelah itu solenoid kedua on



sehingga bola warna orange akan jatuh dan masuk ke jalur dua, pada jalur dua

terdapat sensor yang akan mendeteksi bola orange, setelah bola orange terdeteksi

maka solenoid kedua, ketiga akan kembali off serta solenoid kesatu akan on, dan

siap memproses bola yang lainnya.

Untuk bola logam, akan terdeteksi oleh sensor keberadaan, sensor warna,

serta sensor induktif. Kemudian, solenoid kedua on sehingga bola warna orange

akan jatuh dan masuk ke jalur satu, pada jalur satu terdapat sensor yang akan

mendeteksi bola logam, setelah bola logam terdeteksi maka solenoid kedua akan

kembali off serta solenoid kesatu akan on, dan siap memproses bola yang lainnya.

BAB II LANDASAN TEORI - Perpustakaan Digital...

Documents

Transcript of BAB II LANDASAN TEORI - Perpustakaan Digital...