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))