Hamdani BAB II

BAB II

LANDASAN TEORI

Pada era informasi ini hampir seluruh kegiatan dan proses di industri bahkan

lingkungan masyarakat telah tergantikan oleh mesin yang telah terkendali secara

otomatis, tak terkecuali pada kendali level air. Beberapa kronologi kegiatan

industri dalam bidang kendali, khususnya masalah kendali level banyak menjadi

lahan kajian penelitian sampai pada penggunaan sistem keamanan pada

instrumentasi¸ yang akhir-akhir ini telah berkembang sangat pesat.

2.1 Tinjauan Pustaka

Ada beberapa tugas akhir yang berkenaan dengan perancangan ini, antara lain

:

a. Usman, Heldi. dkk. (2010), dalam tugas akhirnya telah melakukan analisa

sistem pengendalian pressure pada PCV 351 yang bertujuan untuk

mengetahui bukaan valve yang tepat untuk mempertahankan pressure

discharge tetap 10,5 kg/cm2. pada saat permintaan pengisian avtur di

DPPU Ngurah Rai-Bali berlebih maka jumlah pompa yang aktif lebih dari

satu pada saat itulah seringkali pressure discharge dari PCV 351 jauh

melebihi dari set point yang telah ditentukan . Untuk menyelesaikan

masalah tersebut, dilakukan perancangan sistem pengendalian pressure

berbasis logic solver.

b. Septanto, Arufiko. dkk. (2009), dalam tugas akhirnya telah melakukan

analisa pada integrasi sistem kontrol dan safety pada laju aliran pipa bahan

bakar boiler berbasis state flow diagram untuk mengidentifikasi keadan

suatu plant dalam keadaan normal, alarm atau shut-down.

Berkenaan dengan uraian diatas, maka pada Proyek Akhir ini akan

dirancang dan direalisasikan sebuah sistem keamanan berbasis PLC pada

sebuah sistem kendali level air PID dimana dalam proses perancangan dan

realisasinya mengacu pada Safety Instrumented System (SIS) dan Safety

Integrity Level (SIL).

2.2 Landasan Teori

Pada sub bab ini akan dibahas mengenai teori yang mendukung pembuatan

Proyek Akhir. Materi yang akan dibahas adalah tekanan hidrostatik, Safety

Instrumented System (SIS), Safety Integrity Level (SIL), Atmega16, PLC, solenoid

valve, G1/2 water flow meter sensor, komparator, CX-PROGRAMMER dan

BASCOM-AVR.

2.2.1 Tekanan Hidrostatik

Besar tekanan didefinisikan sebagai gaya tiap satuan luas. Apabila gaya

sebesar F bekerja secara tegak lurus dan merata pada permukaan bidang seluas

A, tekanan ada permukaan itu dapat di rumuskan sebagai berikut:

P = F/A................................................................................................(1)

Keterangan :

P = tekanan (N/m2)

F = gaya (N)

A = luas (m2)

Satuan tekanan dalam SI adalah N/m2

atau disebut juga Pascal (Pa).

untuk tekanan udara kadang-kadang digunakan satuan atmosfer (atm), cm

raksa (cmHg), mmHg (atau torr dari Torricelli) atau milibar (mb).

Aturan konversinya adalah sebagai berikut :

1 mb = 10-3

bar

1 bar = 105 Pa

1 atm = 76 cmHg = 1,01 x 105 Pa

1 mmHg = 1 torr = 1,316 x 10-3

atm = 133,3 Pa

Pada zat padat, tekanan yang di hasilkan hanya ke arah bawah (jika

pada zat padat tidak diberikan gaya luar lain, pada zat padat hanya bekerja

gaya gravitasi) sedangkan pada fluida, tekanan yang di hasilkan menyebar ke

segala arah.

Tekanan di dalam zat cair disebabkan oleh adanya gaya gravitasi yang

bekerja pada tiap bagian zat cair, besar tekanan itu bergantung pada

kedalaman, makin dalam letak suatu bagian zat cair, semakin besar tekanan

pada bagian itu. Tekanan di dalam fluida tak bergerak yang diakibatkan oleh

adanya gaya gravitasi disebut tekanan hidrostatika.

Teori tentang tekanan hidrostatika juga dapat dijelaskan dengan

mengamati bejana atau gelas yang berisi air sebagai contohnya. Perhatikanlah

gambar berikut ini:

Gambar 2.1 Tekanan Hidrostatik Pada Gelas

Sehingga besar tekanan pada alas bejana adalah :

P = ρ g h ............................................................................(2)

yang secara umum di rumuskan sebagai besarnya tekanan hidrostatik.

Keterngan :

P = tekanan hidrostatik (N/m2 atau Pa)

ρ = massa jenis zat cair (Kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

h = kedalaman / ketinggian zat cair (m)

jika tekanan armosfer di permukaan zat cair itu adalah P0 maka tekanan

mutlak pada tempat atau titik yang berada pada kedalaman h adalah :

P = Po + ρ g h...........................................................................(3)

Gaya hidrostatik pada alas bejana ditentukan dengan rumus sebagai berikut :

F = ρ g h A..............................................................................(4)

Keterangan :

F = gaya hidrostatik (N)

A = luas alas bejana (m2)

Sedangkan untuk satu jenis zat cair besar tekanan di dalamnya tergantung

pada kedalamannya. Setiap titik yang berada pada kedalaman sama akan

mengalami tekanan hidrostatik yang sama pula. "Tekanan hidrostatik pada

sembarang titik yang terletak pada satu bidang datar di dalam satu jenis zat

cair yang diam, besarnya sama.". Pernyataan di atas dikenal sebagai hukum

utama hidrostatika. Perhatikan gambar berikut:

Gambar 2.2 Tekanan hidrostatik pada wadah yang berisi zat cair

Berdasarkan hukum utama hidrostatika dapat dirumuskan :

PA = PB = PC.................................................................................................(5)

PD = PE..........................................................................................................(6)

Hukum utama hidrostatika dapat diterapkan untuk menentukan masa

jenis zat cair dengan menggunakan pipa U.

Gambar 2.3 Tekanan pada pipa U

Dalam hal ini, dua cairan yang digunakan tidak akan tercampur. Pipa U mula-

mula diisi dengan zat cair yang sudah diketahui massa jenisnya, kemudian

salah satu kaki dituangkan zat cair yang di cari massa jenisnya hingga setinggi

h1. Kemudian, tarik garis mendatar AB sepanjang pipa. Ukur tinggi zat cair

mula-mula di atas garis AB (misal : h2). Menurut hukum utama hidrostatika,

tekanan di A sama dengan di B.

PA = PB..................................................................................................................................(7)

ρx g h1 = ρ g h2..............................................................................................(8)

ρx =

��

�� ρ.........................................................................................................(9)

Keterangan :

ρx = massa jenis zat cair x (Kg/m3)

h1 = tinggi zat cair x (m)

h2 = tinggi zat cair standar (m)

ρ = massa jenis zat cair standar (air) (Kg/m3)

2.2.2 SIS (Safety Instrumented System)

Safety Instrumented System adalah sebuah sistem instrumentasi dan

kontrol yang terintegrasi input-control-output dan difungsikan secara khusus

dan independen untuk mengambil proses pada keadaan aman ketika set poin

yang yang normal telah ditentukan terlampaui, atau kondisi aman operasi

dilanggar. Terminologi ini merupakan penggabungan dari fungsi-fungsi

kritikal seperti Emergency Shutdown System (ESD), Fire and Gas Detection

System (FGDS), dan High Integrity Pressure Protection System (HIPPS).

Tujuan utama dari ESD, FGDS, dan HPPS adalah untuk menjamin

keselamatan atau safety dari plant dan lingkungannya. Jadi SIS sistem bukan

merupakan sistem kontrol reguler yang menjamin bagaimana proses dapat

berjalan sebagaimana yang diinginkan dan menghasilkan produk

olahan menurut desain proses engineer, tetapi menjamin keselamatan

sebagaimana didisain oleh process safety engineer.

Proses pada Safety Instrumented System dikendalikan oleh suatu sistem

kontrol terdistribusi yaitu (DCS) oleh pemantauan nilai-nilai proses, suhu,

tekanan, atau aliran dan memanipulasi akhir unsur-unsur seperti katup,

aktuator. Bila nilai melebihi proses pre set tingkat yang dapat diterima, maka

alarm dikeluarkan oleh operator untuk mengambil tindakan. Namun, jika

tindakan operator tidak berhasil untuk menangani proses di bawah kendali,

maka Safety Instrumented Sistem secara otomatis bekerja, proses bergerak

untuk keadaan aman untuk pencegahan kemungkinan terjadinya kecelakaan.

Safety Instrumented System bukan merupakan sistem kontrol reguler

yang menjamin bagaimana proses dapat berjalan sebagaimana yang

diinginkan dan menghasilkan produk olahan menurut desain proses engineer,

tetapi menjamin keselamatan sebagaimana didesign oleh Proses Safety

Engineer.

Safety Instrumented Sistem akan bekerja apabila alarm signal yang

dikirim oleh field devices menunjukan kondisi kritikal (Hi-Hi berarti very

high or Lo-Lo berarti very low). P&ID sudah memberikan simbol secara

khusus untuk mengakategorikan bahwa field devices merupakan bagian dari

SIS sistem. Serta dari alarm signal yang dikirim oleh field devices apabila

menunjukkan kondisi kritikal maka field devices itu merupakan golongan SIS

sistem. Apabila alarm yang ditunjukkan adalah Hi or Lo saja maka divais

tersebut tidak termasuk bagian dari SIS.

Sebagaimana dunia safety yang selalu memperhitungkan resiko kecelakaan,

injury, dan kerusakan peralatan maka SIS menerapkan hal serupa. Hasil

estimasi resiko kemudian diterjemahkan menjadi tingkat kehandalan divais

yang dapat digolongkan menjadi SIL 1, SIL 2, SIL 3, dan SIL 4. Semakin

tinggi SIL maka semakin handal divais tersebut dan dibuktikan melalui

sertifikat kehandalan dari berbagai pengujian kegagalan

Setiap plant harus dievaluasi secara komprehensif yang melibatkan multi

disiplin ilmu terutama adalah ilmu kimia. Dari evaluasi resiko tersebut maka

plant atau sub-plant dapat digolonkan ke dalam SIL tertentu.

Ada beberapa standar global yang menjadi parameter perancangan

sebuah SIS diantaranya adalah ISA S84, IEC 61508 dan IEC 61511. Evaluasi

tentang dibutuhkan atau tidaknya sebuah SIS pada instrumen kendali dapat

digunakan dengan tahapan yang ada pada safety life cycle dari standar-standar

yang disebutkan diatas memiliki sedikit perbedaan namun memiliki tujuan

dan hasil yang sama. Safety life cycle melibatkan analisis peluang sehingga

untuk memastikan integritas dari keamanan sebuah plant. Selain itu, dengan

perhitungan memungkinkan mengurangi risiko dengan biaya yang efektif.

Menjaga integritas SIS selama siklus berjalannya plant sangat penting bagi

manajemen keselamatan. Program manajemen yang efektif harus mencakup

kontrol ketat dan prosedur yang memastikan bahwa :

• Identifikasi titik kritis, konsep dan pemilihan sensor, teknologi, logika

pemecah, peralatan dan elemen akhir, dan redundansi yang

membutuhkan kesesuaian dengan tingkat keamanan dan dihitung

dengan pengurangan resiko. Setelah teknologi dan arsitektur yang

dipilih, ada rencana analisis dan tinjauan periodik dari pengguna untuk

menilai kembali keamanan secara keseluruhan.

• Tes dari setiap fase (proyek, instalasi, operasi, modifikasi /

pemeliharaan) dilakukan sesuai dengan persyaratan keselamatan, dan

standar prosedur keselamatan.

Gambar 2.4 Safety life cycle berdasarkan standar ISA-84

(Sumber www.google.com)

Pada diagram alir diatas dapat disimpulkan bahwa dibutuhkan atau

tidaknya sebuah instrumen kendali dapat diperhitungkan dengan perhitungan

resiko kegagalan proses dan kehandalan keseluruhan setiap sub-sistem

bahkan setiap elemen.

3.2 SIL (safety integrity level)

Integrated Control System (ICS) memiliki dua buah program kontrol yang

berbeda, satu digunakan untuk Basic Process Control System (BPCS) dan yang

lainnya digunakan untuk Safety Instrumented System (SIS). BPCS berfungsi untuk

mengontrol, mengevaluasi serta melaksanakan perintah untuk sebuah proses yang

ada di lapangan, sedangkan SIS berfungsi sebagai pengaman ketika suatu bahaya

terjadi.

Di dunia industri, antara SIS dan BPCS setiap komponen penyusunnya harus

dipisahkan. Disebabkan oleh beberapa hal yang sangat mampu mengakibatkan

kejadian yang sangat fatal. Sebaiknya sistem pengontrol yang ada di sebuah

peralatan harus memiliki sebuah pengaman yang terpasang juga sehingga

diharapkan ketika terjadi suatu bahaya dapat segera dihentikan dikarenakan oleh

sistem yang terpisah tersebut. Ada beberapa tahapan sistem keselamatan yang ada

di lapangan. Untuk setiap tahapan sistem keselamatan tersebut merupakan

prosedur pelaksanaan sistem keselamatan yang biasa digunakan di dunia industri.

Meskipun BPCS tidak memiliki fungsi utama sebagai sistem keselamatan tetapi

dengan mengontrol proses secara tidak langsung telah melakukan pelindungan

terhadap sistem. Ketika BPCS tidak mampu mengontrol sistem yang ada, maka

alarm akan bekerja. Alarm berfungsi untuk memberitahukan bahwa kondisi di

sebuah sistem tersebut berada dalam keadaan bahaya. Tindakan keselamatan

berikutnya yaitu menjaga alat yang ada di sistem agar tidak berada di atas titik

ambang batas. Ada dua cara untuk menjaga alat agar tidak berada di atas ambang

batas yaitu dengan cara menghentikan aliran proses yang akan masuk ke dalam

sistem dan membuka aliran proses yang ada di dalam sistem. Ketika semua sistem

keselamatan tersebut tidak dapat mengendalikan proses yang ada, maka langkah

selanjutnya yaitu dengan melakukan prosedur evakuasi, meninggalkan lokasi

proses. Dalam perancangan sebuah sistem keselamatan harus diketahui terlebih

dahulu resiko atau bahaya yang dapat terjadi berdasarkan kepada konsekuensi dan

probabilitas terjadinya bahaya pada suatu alat. Untuk itu dilakukan analisis sistem

keselamatan yang akan dipasang.

Tabel 2.1 Klasifikasi SIL

Safety

IntegrityLevel

(SIL)

Safety

Availability

Probability of

Failure

on Demand (PFD)

(1- Availability)

Risk Reduction

Factor (1/PFD)

4 > 99,99% ≥ 10-5

to < 10-4

> 10.000

3 99,9 – 99,99% ≥ 10-4

to < 10-3

1.000 – 10.000

2 99 – 99,9% ≥ 10-3

to < 10-2

100 – 1.000

1 90 – 99% ≥ 10-2

to < 10-1

10 – 100

0 Basic Process Control System

(Sumber www.smar.com)

Tabel 1 dapat dilihat bahwa untuk berada di SIL 1 maka nilai PFD atau

kehandalan sistem yang terpasang harus berada di rentang 10-1

sampai 10-2

karena

pada SIL 1 menunjukkan level keamanan rendah atau kemungkinan terjadi failure

kecil apabila kehandalan sistem yang baik. Dan begitu seterusnya sampai di SIL 4

nilai PFD berada di rentang 10-4

sampai 10-5

. SIL menunjukkan bahwa sebuah

sistem tersebut mampu mengurangi resiko yang terjadi. Semakin tinggi SIL maka

akan semakin kecil kemungkinan terjadinya bahaya, begitu juga sebaliknya

semakin rendah SIL akan semakin semakin besar kemungkinan terjadinya bahaya.

Setelah mengetahui pada suatu alat akan terpasang berada pada tingkat

keselamatan tertentu, maka dipasang alat keselamatan yang akan sesuai dengan

penetapan dari tingkat yang ada. Secara matematis proses penghitungan

berdasarkan kepada seberapa besar suatu alat keselamatan tersebut akan

mengalami kegagalan ketika akan terjadi bahaya. Perhitungan kehandalan sistem

tak lepas dari perhitungan MTTF, MTBF dan MTTR. MTTF merupakan

parameter yang berkaitan dengan kehandalan karena merupakan waktu rata-rata

sistem beroperasi sampai kegagalan terjadi, MTBF adalah waktu rata-rata antara

dua kegagalan berturut-turut, sedangkan MTTR adalah waktu rata-rata yang

dibutuhkan untuk melakukan perbaikan setelah terjadi kegagalan pertama.

Parameter tersebut dapat memperoleh nilai availability (A) yaitu rata-rata waktu

selama interval dimana sistem aktif.

MTBF = MTTF + MTTR..........................................................................(10)

A = �

�� =

�

�� ................................................................................(11)

2.2 Atmega 16

Mikrokontroler yang akan digunakan adalah salah satu dari dari keluarga

ATMEL yaitu ATMega 16. Mikrokontroler ini digunakan sebagai pusat kendali

dari sistem yang akan dibuat.

Berikut merupakan tampilan dan konfigurasi kaki-kaki ATMega 16.

Gambar 2.5 Mikrokontroler ATMega 16

2.2.1 Port sebagai input/output digital

ATMega16 terdiri dari empat buah port yaitu:PORTA,PORTB,

PORTC, dan PORTD. Semua port tersebut merupakan jalur bidirectional

dengan pilihan internal pull-up. Pada setiap port memiliki tiga buah

register bit, yaitu DDxn, PORTxn, dan PINxn. BitDDxn terdapat pada

I/O address DDRx, bit PORTxn terdapat pada I/O address PORTx, dan

bit PINxn terdapat pada I/O address PINx. Bit DDxn dalam register

DDRx (Data Direction Register) menentukan arah pin. Bila DDxn diset

1 maka Px berfungsi sebagai pin output. Bila DDxn diset 0 maka Px

berfungsi sebagai pin input. Bila PORTxn diset 1 pada saat pin

terkonfigurasi sebagai pin input, maka resistor pull-up akan diaktifkan.

Bila PORTxn diset 1 pada saat pin terkonfigurasi sebagai pin output

maka pin port akan berlogika 1.Dan bila PORTxn diset 0 pada saat pin

terkonfigurasi sebagai pin output maka pin port akan berlogika 0.

Biasanya, kondisi pull-up enabled dapat diterima sepenuhnya,

selama lingkungan impedansi tinggi tidak memperhatikan

perbedaanantara sebuah strong high driver dengan sebuah pull-up. Jika

ini bukan suatu masalah, maka bit PUD pada register SFIOR dapat

diset1 untuk mematikan semua pull-up dalam semua port. Peralihan dari

kondisi input dengan pull-up ke kondisi output low juga menimbulkan

masalah yang sama. Kita harus menggunakan kondisi tri-state

(DDxn=0, PORTxn=0) atau kondisi output high (DDxn=1, PORTxn=0)

sebagai kondisi transisi.

2.2.2 Konfigurasi Pin ATMEGA16

Berikut merupakan konfigurasi pin ATmega secara fungsional:

a. VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai input tegangan.

b. GND merupakan pin ground.

c. PORTA ( PA0 – PA7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin masukan

ADC.

d. PORTB ( PB0 – PB7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi

khusus, yaitu timer/counter, komparator analog, dan timer oscillator.

e. PORTC ( PC0 – PC 7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi

khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan timer oscillator.

f. Port D ( PD0 – PD7 ) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi

khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal, dan komunikasi

serial.

g. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset

mikrokontroller.

h. XTAL dan XTAL2 merupakan pin masukan clock eksternal.

i. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.

j. AREF merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.

2.3 PLC

Programmable Logic Control (PLC) pada dasarnya adalah sebuah komputer

yang khusus dirancang untuk mengendalikan suatu proses atau mesin. Proses

yang dikendalikan ini dapat berupa regulasi variabel secara kontiyu seperti sistem

yang kompleks ataupun yang hanya melibatkan kontrol dua keadaan saja

(ON/OFF), seperti dijumpai pada mesin pengeboran, sistem pendistribusi

minuman dan lain-lain.

Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat

dibagi secara umum dan secara khusus. Secara umum fungsi PLC adalah

sebagai berikut.

1. Sequensial Control

PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan

untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sequensial),

disini PLC menjaga agar semua step atau langkah dalam proses

sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.

2. Monitoring Plant

PLC secara terus menerus memonitor status suatu sistem (misalnya

temperatur, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang

diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai

sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut pada operator

Terdapat komponen utama dalam PLC, diantaranya :

1. CPU (Central Processing Unit) sebagai unit pemroses data antara input

modul, memori dan output modul

2. Catu Daya (Power Supply) berfungsi sebagai sumber tegangan bagi

komponen PLC

3. Memori berfungsi sebagai penyimpan data dan program.

4. Input berfungsi sebagai penerima sinyal dari peralatan input seperti switch

dan sensor.

5. Output berfungsi mengirimkan sinyal hasil peoses dari CPU ke peralatan

output seperti motor, lampu, kipas, dan lain-lain.

6. Programming Device merupakan alat yang berfungsi untuk membuat dan

memonitor ladder diagram dalam PLC seperti komputer dan

Programming console.

2.3.1 Perbedaan PLC Dengan Sistem konvensional

Dalam industri-industri yang ada sekarang ini, kehadiran PLC sangat

dibutuhkan terutama untuk menggantikan sistem wiring atau pengkabelan yang

sebelumnya masih digunakan dalam mengendalikan suatu sistem. Dengan

menggunakan PLC akan diperoleh banyak keuntungan diantaranya adalah

sebagai berikut:

1. Fleksibel

Pada masa lalu, tiap perangkat elektronik yang berbeda dikendalikan dengan

pengendalinya masing-masing. Misal sepuluh mesin membutuhkan sepuluh

pengendali, tetapi kini hanya dengan satu PLC kesepuluh mesin tersebut

dapat dijalankan dengan programnya masing-masing.

2. Perubahan dan pengkoreksian kesalahan sistem lebih mudah

Bila salah satu sistem akan diubah atau dikoreksi maka pengubahannya hanya

dilakukan pada program yang terdapat di komputer, dalam waktu yang relatif

singkat, setelah itu didownload ke PLC-nya. Apabila tidak menggunakan

PLC, misalnya relay maka perubahannya dilakukan dengan cara mengubah

pengkabelannya. Cara ini tentunya memakan waktu yang lama.

3. Jumlah kontak yang banyak

Jumlah kontak yang dimiliki oleh PLC pada masing-masing koil lebih banyak

daripada kontak yang dimiliki oleh sebuah relay.

4. Harganya lebih murah

PLC mampu menyederhanakan banyak pengkabelan dibandingkan dengan

sebuah relay. Maka harga dari sebuah PLC lebih murah dibandingkan dengan

harga beberapa buah relay yang mampu melakukan pengkabelan dengan

jumlah yang sama dengan sebuah PLC. PLC mencakup relay, timers,

counters, sequencers, dan berbagai fungsi lainnya.

5. Observasi visual

Selama program dijalankan, operasi pada PLC dapat dilihat pada layar CRT.

Kesalahan dari operasinya pun dapat diamati bila terjadi.

6. Kecepatan operasi

Kecepatan operasi PLC lebih cepat dibandingkan dengan relay. Kecepatan

PLC ditentukan dengan waktu scannya dalam satuan millisecond.

7. Metode Pemrograman Ladder atau Boolean

Pemrograman PLC dapat dinyatakan dengan pemrograman ladder bagi

teknisi, atau aljabar boolean bagi programmer yang bekerja di sistem kontrol

digital atau boolean.

8. Sifatnya tahan uji

Solid state device lebih tahan uji dibandingkan dengan relay dan timers

mekanik atau elektrik. PLC merupakan solid state device sehingga bersifat

lebih tahan uji.

9. Menyederhanakan komponen-komponen sistem kontrol

Dalam PLC juga terdapat counter, relay dan komponen-komponen lainnya,

sehingga tidak membutuhkan komponen-komponen tersebut sebagai

tambahan. Penggunaan relay membutuhkan counter, timer ataupun

komponen-komponen lainnya sebagai peralatan tambahan.

10. Dokumentasi

Printout dari PLC dapat langsung diperoleh dan tidak perlu melihat blueprint

circuit-nya. Tidak seperti relay yang printout sirkuitnya tidak dapat diperoleh.

11. Keamanan

Pengubahan pada PLC tidak dapat dilakukan kecuali PLC tidak dikunci dan

diprogram. Jadi tidak ada orang yang tidak berkepentingan dapat mengubah

program PLC selama PLC tersebut dikunci.

12. Dapat melakukan pengubahan dengan pemrograman ulang

Karena PLC dapat diprogram ulang secara cepat, proses produksi yang

bercampur dapat diselesaikan. Misal bagian B akan dijalankan tetapi bagian

A masih dalam proses, maka proses pada bagian B dapat diprogram ulang

dalam satuan detik.

13. Penambahan rangkaian lebih cepat

Pengguna dapat menambah rangkaian pengendali sewaktu-waktu dengan

cepat, tanpa memerlukan tenaga dan biaya yang besar seperti pada pengendali

konvensional.

2.3.2 Metode Pemrograman PLC

Ada beberapa jenis pemrograman yang biasa digunakan untuk berbagai jenis

PLC, diantaranya :

1. Ladder Diagram

Ladder Diagram adalah suatu diagram yang terdiri dari jaringan saklar-saklar

yang terhubung secara seri maupun parallel dalan suatu aliran logika tertentu.

Keberhasilan ladder membawa data logika dari input ke output tergantung

dari fungsi program yang dibuat. Pada umumnya ladder diagram ini lebuh

banyak dipakai para teknisi, karena rangkaian kontrol biasanya disajikan dalam

bentuk diagram tangga yang terdiri dari dua buah garis vertikal dan beberapa

garis horizontal seperti ditunjukkan pada gambar 2.1 di bawah ini.

Gambar 2.6 Arah Pembacaan Ladder

Penggambaran diagram tangga dikenal simbol-simbol yang hampir sama

dengan relay mekanik, yaitu :

1) Saklar Normally Open (NO), saklar ini menandakan keadaan saklar yang

normalnya pada posisi OFF/terbuka, dan akan ON/terhubung bila relay

telah terhubung. Gambar 2.2 dibawah ini adalah penggambaran sakelar

NO pada ladder diagram.

Gambar 2.7 Penggambaran NO

2) Saklar Normally Close (NC), saklar ini menandakan keadaan saklar yang

normalnya pada keadaan ON/tertutup, jadi jika saklar tersebut diaktifkan

akan menjadi OFF/terbuka. Gambar 2.3 dibawah ini adalah penggambaran

sakelar NC pada ladder diagram.

Gambar 2.8 Penggambaran NC

3) Keluaran, dapat berupa relay yang akan mengaktifkan kontak-kontak NO

dan NC. Gambar 2.4 dibawah ini adalah keluaran relay yang biasanya

ada di ladder digram.

Gambar 2.9 Keluaran Relay

2. Function Block Diagram (FBD)

Sebelum melaksanakan pemrograman menggunakan function block

diagram(FDB), terlebih dahulu harus mengenal simbol-simbol dan prinsip

kerja yang terdapat dalam aljabar Boolean. Operasi ini, meliputi:

a. Perkalian logika yang juga disebut perkalian AND atau operasi AND.

Simbol yang umum untuk operasi ini adalah tanda dan (&).

b. Penjumlahan logika yang disebut penjumlahan OR atau operasi OR.

Simbol yang umum digunakan untuk operasi ini adalah tanda garis

miring (/).

c. Komplementasi logika yang disebut invers atau operasi NOT. Symbol

yang biasa digunakan dalam operasi ini adalah garis atas.

Gambar 2.10 Function Block Diagram

Gambar 2.5 diatas merupakan salah satu contoh dari aplikasi penggunaan

Function Block Diagramuntuk pemrograman PLC.

3.Mnemonic

Mnemonicmerupakan bahasa pemrograman yang menggunakan pernyataan

logika. Pemrogramannya sendiri terbentuk dari kata-kata yang melambangkan

pernyataan logika itu sendiri, seperti dapat dilihat pada Tabel 2.2 dibawah ini.

Tabel 2.2 Contoh Tabel Mnemonic

Address Instruction Data

0000 LD 0002

0001 ANDNOT 0003

0002 OR 0002

0003 AND 0000

0004 LDNOT 0004

0005 AND 0005

0006 ORLD

0007 LDNOT 0006

0008 AND 0007

0009 ORLD

0010 INSTRUKSI

2.2.3 PLC OMRON CPM1A

Salah satu jenis / tipe PLC adalah OMRON CPM1A 40. PLC ini dikeluarkan oleh

pabrikan OMRON, dengan spesifikasi jumlah input/output sebanyak 40 denagn

aturan pembagian 60% input dan 40 % output, sehingga CPM1A 40 I/O memiliki

24 input dan 16 output. Dan PLC ini dapat dicatu dengan power supply AC atau

DC. Bentuk fisik dan skematik PLC OMRON CPM1A dapat dillihat pada

Gambar 2.11 dan Gambar 2.12.

Gambar 2.11 PLC OMRON CPM1A 40

(Sumber : http://www.elec-intro.com/CPM1A-40CDR-D-V1)

Gambar 2.12 Skematik PLC OMRON CPM1A 10

Dalam pengoperasian dan pemrograman PLC ini, terdapat hal yang sangat penting

yang perlu diingat, yaitu komponen yang terdapat di dalam PLC OMRON

CPM1A. Tabel 2.3 dibawah ini adalah komponen-komponen yang terdapat di

dalam PLC OMRON CPM1A 40 :

Tabel 2.3 Komponen PLC OMRON CPM1A 40

Jenis

Komponen

Jangkauan Alamat

Label

Keterangan

Input

000.00 s.d. 000.11

001.00 s.d 001.11

(tergantung user/

costumized)

Jumlah 24

tititk terminal

Output

010.00 s.d. 010.07

011.00 s.d. 011.07

(tergantung user/

costumized)

Jumlah 16

tititk terminal

Work Area (CR)

200.00 s.d. 200.15

201.00 s.d. 201.15

:

231.00 s.d. 231.15

(tergantung user/

costumized)

32 x16 titik

memori

Timer

TIM 000 s.d. TIM 127

(Sebagai Output)

T000 s.d T127

(sebagi Input)

128 buah timer

Counter

CNT 000 s.d. CNT 127

(Sebagai Output)

C000 s.d C127

(sebagi Input)

128 buah

counter

DM

DM 0000 s.d. DM 0999

DM 1022 s.d. DM 1023

Read / Write

memory

2.4 Solenoid valve

Solenoid valve adalah katup yang digerakan oleh energi listrik,

mempunyai kumparan sebagai penggeraknya yang berfungsi untuk menggerakan

piston yang dapat digerakan oleh arus AC maupun DC, solenoid valve atau katup

(valve) solenoida mempunyai lubang keluaran, lubang masukan dan lubang

exhaust, lubang masukan, berfungsi sebagai terminal / tempat cairan masuk

atau supply, lalu lubang keluaran, berfungsi sebagai terminal atau tempat cairan

keluar yang dihubungkan ke beban, sedangkan lubang exhaust, berfungsi sebagai

saluran untuk mengeluarkan cairan yang terjebak saat piston bergerak atau pindah

posisi ketika solenoid valve bekerja.

Prinsip kerja dari solenoid valve/katup (valve) solenoida yaitu katup listrik

yang mempunyai koil sebagai penggeraknya dimana ketika koil

mendapat supply tegangan maka koil tersebut akan berubah menjadi medan

magnet sehingga menggerakan piston pada bagian dalamnya ketika piston

berpindah posisi maka pada lubang keluaran dari solenoid valve akan keluar

cairan yang berasal dari supply, pada umumnya solenoid valve mempunyai

tegangan kerja 100/200 VAC namun ada juga yang mempunyai tegangan kerja

DC.

Gambar 2.13 Struktur fungsi solenoid valve

Keterangan Gambar :

1. Valve Body

2. Terminal masukan (Inlet Port)

3. Terminal keluaran (Outlet Port)

4. Koil / koil solenoid

5. Kumparan gulungan

6. Kabel suplai tegangan

7. Plunger

8. Spring

9. Lubang / exhaust

2.5 G1/2 Water Flow Meter

Pengukuran aliran mulai dikenal sejak tahun 1732 ketika Henry Pitot

mengatur jumlah fluida yang mengalir. Dalam pengukuran fluida perlu ditentukan

besaran dan vektor kecepatan aliran pada suatu titik dalam fluida dan bagaimana

fluida tersebut berubah dari titik ke titik.

Laju aliran (Q) merupakan fungsi luas pipa A dan kecepatan V dari cairan

yang mengalir lewat pipa, yakni:

Q = A.V ...................................................................................................(12)

tetapi dalam praktek, kecepatan tidak merata, lebih besar di pusat. Jadi kecepatan

terukur rata-rata dari cairan atau gas dapat berbeda dari kecepatan rata-rata

sebenarnya. Gejala ini dapat dikoreksi sebagai berikut:

Q = K.A.V ..............................................................................................(13)

di mana K adalah konstanta untuk pipa tertentu dan menggambarkan hubungan

antara kecepatan rata-rata sebenarnya dan kecepatan terukur. Nilai konstanta ini

bisa didapatkan melalui eksperimen. Pengukuran laju aliran dapat dilakukan

dengan beberapa metoda yang salah satunya dengan memanfaatkan prinsip

elektromagnetis yaitu hall effect.

Sensor laju aliran air ini terbuat dari plastik yang memiliki bagian utama

yaitu rotor air dan sensor hall effect. Ketika air mengalir maka rotor akan ikut

berputar yang menimbulkan medan magnet yang ditangkap oleh sensor.

Sensor hall effect

mengalirkan arus listrik. Sensor hall effect terdiri dari sebuah lapisa

dua buah elektroda pada masing

menghasilkan perbedaan tegangan ketika lapisan silikon ini dialiri arus listrik.

Bila tidak ada medan magnet yang dideteksi maka arah arus listrik yang mengalir

pada silikon tersebut akan tepat ditengah

menghasilkan tegangan 0 Volt karena tidak ada beda tegangan antara elektroda

sebelah kiri dan elektroda sebelah kanan. Bila ada medan magnet yang terdeteksi

oleh sensor hall effect

akan berbelok mendekati atau menjauhi sisi elektroda yang dipengaruhi oleh

medan magnet. Ketika arus yang melalui lapisan silikon tersebut mendekati sisi

elektroda sebelah kiri maka akan terjadi bed

Semakin besar kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor

menyebabkan pembelokan arah arus listrik pada lapisan silikon tersebut juga akan

semakin besar dan beda potensial yang dihasilkan di antara kedua sisi elektroda

pada lapisan silikon sensor

Oleh karena itu semakin besar dan cepat debit air yang mengalir akan

membuat rotor berputar lebih cepat yang menyebabkan perubahan medan magnet

atau beda potensial yang semakin cepat sehingga frekuensi yang dihasilkan

semakin tinggi dan berbanding lurus dengan debit aliran air yang mengalir.

hall effect terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk

mengalirkan arus listrik. Sensor hall effect terdiri dari sebuah lapisa

dua buah elektroda pada masing – masing sisi dari lapisan silikon. Hal ini akan



ada silikon tersebut akan tepat ditengah – tengah lapisan silikon dan akan



hall effect maka arah arus listrik yang mengalir pada lapisan silikon



elektroda sebelah kiri maka akan terjadi beda potensial pada hasil keluarannya.

Semakin besar kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor



pada lapisan silikon sensor hall effect juga akan semakin besar.

Gambar 2.14 Sensor laju aliran air

eh karena itu semakin besar dan cepat debit air yang mengalir akan



erbanding lurus dengan debit aliran air yang mengalir.

terdiri dari sebuah lapisan silikon yang berfungsi untuk

mengalirkan arus listrik. Sensor hall effect terdiri dari sebuah lapisan silikon dan

masing sisi dari lapisan silikon. Hal ini akan



tengah lapisan silikon dan akan



maka arah arus listrik yang mengalir pada lapisan silikon



a potensial pada hasil keluarannya.

Semakin besar kekuatan medan magnet yang dideteksi oleh sensor hall effect akan



eh karena itu semakin besar dan cepat debit air yang mengalir akan



erbanding lurus dengan debit aliran air yang mengalir.

Gambar 2.15 Linearitas sensor

Besarnya laju aliran dapat dihitung dari frekuensi yang diukur dengan

persamaan berikut

f = 7,5 . Q...................................................................................................(14)

Keterangan :

f = frekuensi yang terukur

Q = besarnya laju aliran

2.6 Komparator

Gambar 2.16 Rangkaian Komparator

Komparator adalah sebuat rangkaian yang dapat membandingkan besar

tegangan masukan dengan tegangan referensi yang dapat ditentukan. Komparator

dapat menggunakan Op-Amp sebagai piranti utama dalam rangkaian. Vref di

hubungkan ke +V supply, kemudian R1 dan R2 digunakan sebagai pembagi

tegangan yang di refensikan pada masukan + op-amp adalah :

Vref = �

�� x Vcc.............................................................................................(15)

Dalam operasinya op-amp akan mempunyai sebuah keluaran konstan yang

bernilai "high" saat Vin lebih besar dari Vrefferensi dan "low" pada saat Vin lebih

kecil dari Vrefferensi. Nilai low dan high tersebut akan ditentukan oleh desain

dari komparator itu sendiri. Keadaan output ini disebut sebagai karakteristik

output komparator.

2.7 Relay

Relay adalah sebuah saklar elektronik yang digunakan untuk menghubungkan

atau memutus aliran listrik yang dikontrol dengan memberikan tegangan dan arus

tertentu pada koilnya yang menimbulkan medan magnet sehingga dapat merubah

posisi dari tuas saklar yang ada di dalamnya. Sama seperti halnya saklar, relay

memiliki beberapa jenis fisik yaitu SPST, SPDT dan sebagainya yang

memberikan pilihan untuk penggunaan yaitu pada posisi NO (Normally Open)

dan NC (Normally Close). Kondisi normally open adalah suatu kondisi dimana

internal relay terbuka pada saat tegangan input sama dengan 0 volt dan akan

tertutup pada saat kondisi tegangan input sama dengan tegangan spesifikasi relay

tersebut dan kondisi normally closed.

2.8 CX-Programmer

CX-Programmer merupakan bagian dari perangkat lunak yang telah

terintegrasi dari sebuah perangkat lunak keluaran Omron yang benama CX-One

versi 4.0.3.CX-Programmer yang digunakan CX-One terdiri atas sejumlah modul

program aplikasi PLC Omron. Untuk dapat menjalankan perangkat lunak ini,

komputer harus memiliki spesifikasi minimum seperti pada tabel 2.4 berikut:

Tabel 2.4 Spesifikasi Umum

CX-Programmer adalah perangkat lunak utama untuk membangun Ladder

Diagram maupun Program Mnemonic yang telah terintegrasi dengan CX-

Simulator dengan catatan tidak semua jenis PLC yang terdaftar di CX-

Programmer dapat disimulasikan. Untuk mengaktifkan CX-Programmer, pilih

menu sbb:

• Pada sstem menu Windows: All Programs→OMRON→CX-One→CX

Programmer→CX-Programmer. Maka akan muncul tampilan CX-

Programmer seperti Gambar 2.17 .

Gambar 2.17 Tampilan Jendela CX-Programmer versi 9.03

• Memulai Project dengan memilih menu File →New dan akan muncul

jendelauntuk pemilihan tipe PLC yang akan digunakan (lihat Gambar

2.19). CX-Programmer ini hanya mendukung beberapa dari tipe PLC yang

ada yang bisa disimulasikan tanpa PLC-nya terpasang dengan komputer

tempat CX-Programmer berada. Pilih CP1H. Perlu diketahui CP1L Tipe

PLC ini dapat mewakili PLC CPM1A yang tersedia di laboratorium PLC.

Gambar 2.18 Jendela Pemilihan Jenis PLC

• Beberapa fitur yang mesti dicermati untuk menjalankan simulasi Ladder

Diagram menggunakan program ini adalah sebagai berikut yang ditunjang

oleh Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Tampilan Jendela Utama CX-Programmer

Pada bagian Project Tree, dengan detail pada Gambar 2.21 terdapat bagianpenting

yang perlu diketahui antara lain:

• Akar tree, merupakan nama projet yang dibuat/dibuka. NewProject adalah

nama default jika tidak ditulis nama proyeknya.

• NewPLC[..].. adalah PLC yang dipilih seperti yang ditunjukkan pada

Gambar 4.2, yang terdiri dari rangkaian nama Device Name: NewPLC,

Device type: CPIL, dan Network Type: USB dan Comment. Yang terdiri

atas cabang-cabang obyek:

1. Symbols, berisi definisi symbol input,output dan relay yang digunakan

yang membentuk variabel global.

Title bar

Menus

Toolbar

Project tree

Project

worksapece

Symbol bar

Ladder Window

Information window

2. Settings, berisi setting PLC baik untuk keperluan simulasi maupun pada

PLC yang sesungguhnya. Pada praktikum ini biarkan setting pada kondisi

default.

3. Memori, berisi peta memori PLC Omron seperti A, IR, DM dan

sebagainya. Pada praktikum ini biarkan setting pada kondisi default.

4. Program, berisi Symbols yang merupakan daftar simbol input, output, serta

obyek lain yang digunakan PLC yang bersifat variable lokal; sumber

program Ladder Diagram dan Mnemonic yang dibuat oleh user dengan

cabang utamanya adalah nama programnya. Function Blocks, jika user

penggunakan sistem program modular dengan membagi Ladder Diagram

ke dalam beberapa blok, maka disinilah tempat penamaan dan

pendefinisiannya.

Gambar 2.21 Jendela Docking Untuk Toggle Project Workspace

2.7 BASCOM-AVR

BASCOM-AVR adalah program basic compiler berbasis windows

untukmikrokontroler keluarga AVR, merupakan pemrograman dengan bahasa

tingkattinggi ”BASIC” yang dikembangkan dan dikeluarkan oleh MCS

elektronikasehingga dapat dengan mudah dimengerti atau diterjemahkan.

Dalam program BASCOM-AVR terdapat beberapa kemudahan

untukmembuat program software, seperti program simulasi yangsangat berguna

untuk melihat simulasi hasil program yang telah dibuat sebelumprogram tersebut

diunduh ke dalam IC atau ke dalam mikrokontroler.

Program yang telah selesai dibuat kemudian di download menggunakan

sebuah alat downloader yang tidak dijelaskan pada laporan ini

Tampilan BASCOM-AVR dapat dilihat seperti Gambar 2.22

Gambar 2.22 Tampilan BASCOM-AVR

Instruksi yang dapat digunakan pada editor BASCOM-AVR relatif cukup

banyak dan tergantung dari tipe dan jenis AVR yang digunakan.Berikut ini

beberapa instruksi-instruksi dasar yang digunakan pada proyek akhir ini.

Tabel 2.5 Instruksi dasar BASCOM-AVR

No. Instruksi Keterangan

1 DO……LOOP Pengulangan program

2 IF……THEN Percabangan program

3 WAIT Waktu tunda dalam satuan sekon

4 WAITMS Waktu tunda dalam satuan milisekon

5 GOSUB Memanggil prosedur program

6 INKEY Mengambil data serial

7 PRINT Mengirim data serial

Catatan :

Tambahkan teori SIS dari attachment yg saya sampaikan via email ini dan

tambahkan persamaan untuk nanti dihitung dan dianalisis pada bab IV.

Hamdani BAB II

Documents

Transcript of Hamdani BAB II