BAB II

4626

BAB II

DASAR TEORI

II.1Programmable Logic Controller (PLC)

PLC (Programmable Logic Controller) adalah sebuah pengendali berbasis mikroprosesor yang dapat diprogram. PLC juga merupakan sistem berbasis RISC (Reduced Set Instruction Computer) sehingga hanya memerlukan perintah yang sederhana dan terbatas. PLC menyediakan banyak piranti I/O yang bisa diprogram dan mampu menangani banyak proses kontrol sebanyak piranti I/O yang dimilikinya.

Pada tahun 1978, National Electrical Manufactures Association (NEMA) menetapkan standar programmable control ini (NEMA standard ICS3- 1978, part ICS3-304). NEMA mendefinisikan PLC sebagai berikut: Peralatan elektronik yang beroperasi secara digital, dengan menggunakan memori yang dapat diprogram sebagai tempat penyimpanan internal bagi instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik, seperti logika, sekuensial, pewaktuan, dan aritmatik, serta untuk mengontrol mesin-mesin atau proses yang meliputi modul-modul masukan atau keluaran baik analog maupun digital, dari berbagai tipe mesin atau proses .

Awalnya PLC dirancang untuk menggantikan rangkaian logic atau relay, dengan menambahkan fungsi aritmatika, timer, dan counter, yang banyak digunakan dan merupakan bagian utama dalam pengendalian pada sistem atau proses yang kompleks. Sebuah PLC dirancang untuk dapat menggantikan puluhan hingga ratusan rangkaian kontrol logika yang saling tidak bergantungan. Kondisi standar masukan dan keluaran PLC dirancang untuk memungkinkan hubungan langsung dengan mesin-mesin penggerak, mesin-mesin produksi atau dengan sensor. Selain itu dikembangkan pula beberapa kemampuan tambahan yang dapat digunakan pada PLC dalam bentuk modul-modul tambahan, seperti:

1) Analog I/O,

2) PID Controller,

3) Communication,

4) Graphic Display,

5) Additional I/O, dan6) Additional Memory.

Saat ini, PLC semakin banyak digunakan di industri untuk menyelesaikan permasalahan kontrol otomatis. Hal ini disebabkan PLC memiliki beberapa keunggulan antara lain:

1. kemudahan dalam melakukan instalasi karena tidak memerlukan waktu lama untuk membangun suatu sistem kendali.

2. kemudahan dalam melakukan pengembangan dan modifikasi sistem.

3. kemudahan dalam melakukan pemograman.

II.2Perangkat Keras PLC

PLC pada dasarnya adalah komputer yang dirancang untuk keperluan khusus. Di dalam sebuah PLC juga terdapat CPU (Central Processing Unit), memori, dan I/O (Input-output) seperti pada komputer. Gambar 2.1 di bawah ini menunjukkan diagram kotak dari sistem PLC.

Gambar 2.1 Diagram kotak sistem PLC

Berikut penjelasan komponen-komponen penyusun suatu PLC:

Input / Output ModulesInput / Output Modules atau modul I/O memungkinkan PLC untuk beroperasi dengan alat dari luar sistem (field device). Modul input (masukan) melaporkan aktivitas field device saat ini, dan mengisolasi controller atau prosesor I/O (IOP) dari tegangan serta frekuensi dari luar yang berbahaya. Modul ini biasanya terintegrasikan dengan sensor-sensor. Modul output (keluaran) memberikan sinyal kendali pada field device. Seringkali keluaran modul ini dihubungkan terlebih dahulu dengan suatu driver untuk menyesuaikan besaran kendali dengan spesifikasi besaran field device.

Communication InterfaceAlat ini menyediakan jalur komunikasi dua arah bi-directional antara IOP dan modul I/O. Komponen ini juga memonitor kondisi modul I/O.

I/O Processor (IOP)IOP membaca status modul input dan menulis hasilnya kedalam State RAM. Ia juga mengambil data dari State RAM yang kemudian akan dituliskan kedalam modul output.

State RAMMerupakan memori yang digunakan untuk menyimpan program yang dituliskan user dan status I/O.

Central Processing Unit (CPU)Menyelesaikan logika kontrol yang diberikan user dengan pemrograman. Ada dua hal yang dilakukan CPU, yaitu:

1. Membaca status modul input dari tabel State RAM dan menyelesaikan logika kendali yang terkandung didalamnya.

2. Menulis status dari logika kendali coil yang sebelumnya telah diproses ke dalam tabel State RAM.

Communication ProcessorKomponen ini memungkinkan user untuk berinteraksi dengan PLC melalui panel programming yang compatible dengan PLC-nya atau dengan software khusus yang dijalankan dalam komputer.

II.3PLC TSX Micro 3722PLC TSX Micro 3722 merupakan PLC seri Modicon kelas Telemecanique yang diproduksi oleh Schneider Electric. Ada tiga kelas tipe PLC keluaran Schneider Electric, yaitu kelas Merlin Gerin, Square D, dan Telemecanique. PLC TSX 3722 merupakan produk final dari seri TSX 37XX dan sekarang sudah tidak diproduksi lagi. Dua seri dibawahnya adalah TSX 3710 dan TSX 3721.

Gambar 2.2 PLC TSX Micro 3722

PLC TSX Micro 3722 mempunyai spesifikasi sebagai berikut:

1. Performa: waktu scan kurang dari 0,150 ns tiap satu instruksi logika.

2. Integrated I/O programs: 1 Up/down counter 10 KHz , 1 Up-counter 10 KHz, 1 analog input (0-10V, 4-20mA, 8 bit), 1 atau lebih analog output (0-10V, 8 bit)

3. Real time clock.

4. Multi-protocol port terminal komunikasi serial, UniTelway master/slave, mode character ASCII.

5. Memori dapat diperluas dengan PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) card dari 3.7 K 17 K instruksi dan 2 K - 22 K data words.

6. Tanpa memory card PCMCIA tambahan, mempunyai:

a. 20 K word untuk RAM internal (data, program, dan memori tetap)

b. 16 K word untuk internal flash EPROM

Jika menggunakan tambahan memory card PCMCIA menjadi:

a. 20 K word untuk internal RAM (hanya untuk data)

b. 32 K word atau 64 K word RAM atau flash EPROM (untuk program maupun constant memory).

Terdapat 2 jenis modul yang dapat digunakan oleh TSX 3722, yaitu:

a. Half format modul

b. Standard format modul

Jenis-jenis modul tersebut ditunjukkan oleh Gambar 2.3 berikut:

Gambar 2.3 Jenis modul yang bisa dipakai pada PLC TSX Micro3722II.3.1Modul Analog

Modul antarmuka I/O analog TSX 3722 Micro adalah modul half format yang hanya untuk setengah slot pada PLC. Modul tersebut dapat dipasangkan pada semua posisi TSX 3722 kecuali pada posisi rak pertama. Rak pertama pada PLC hanya bisa dipasangkan untuk modul diskret.

Gambaran Fisik:

Gambar 2.4 Bentuk fisik modul analog

1. Casing dari besi

2. Blok terminal sekrup yang dapat dipindahkan untuk sambungan sensor dan preaktuator

3. Pengunci modul dalam slot

4. Pelindung yang memberikan akses ke terminal-terminal sekrup. Juga menyertakan label untuk penjelasan tiap terminal dan channel

5. Penahan sekrup pada tempatnya

6. Label referensi modul

Ada beberapa seri modul analog yang dapat digunakan, tergantung dari fungsi dan jumlah channel yang tersedia. II.3.2Modul TSX DMZ 28DRMerupakan sebuah modul input output diskret dengan 15 masukan dan 11 keluaran. Gambar 2.5 merupakan diagram perkawatan pada terminal modul TSX DMZ 28DRGambar 2.5 Diagram perkawatan TSX DMZ 28DR

Modul diskret DMZ 28DR terdiri dari kumpulan relay yang tersusun menjadi satu. Sehingga untuk mengaktifkan keluaran diperlukan sumber tegangan 24 volt DC. Pemasangan modul ini adalah pada rak 0 dan 1.Tabel 2.1 Karakteristik modul TSX DMZ 28DRBanyak channel masukan15

Banyak channel keluaran11

Tegangan masukan24 Volt DC

Tegangan Keluaran24 Volt DC

Jenis KeluaranRelay

KoneksiScrew Terminal Block

Standar PLCIEC 1131 IEC 68 IEC 801 UL508 UL 94

Standar SensorIEC 584 EC 751 DIN 43760 DIN 43710 NF C 42 330

II.3.3Modul TSX ASZ 401Merupakan sebuah modul output analog dengan empat saluran output analog dan setiap output memiliki range tegangan ( 10 V. Modul tipe half-format ini digunakan sebagai pemberi sinyal kendali untuk aktuator yang terhubung dengannya. Karena rentang sinyal yang dikeluarkannya kecil, umumnya modul ini terintegrasikan terlebih dahulu dengan suatu penguat sinyal kendali sesuai dengan spesifikasi aktuator. Gambar 2.6 merupakan diagram perkawatan pada terminal modul TSX ASZ 401.

Output + channel 0 1

2Output channel 0

Ground 3

4GroundOutput + channel 1 5

6Output channel 1

Ground7

8GroundOutput + channel 29

10Output channel 2

Ground 11

12GroundOutput + channel 3 13

14Output channel 3

Ground 15

Gambar 2.6 Diagram perkawatan TSX ASZ 401

Tabel 2.2 Karakteristik modul TSX ASZ 401Waktu respon400(s

Banyak channel4

Konversi digital / analog11 bit + sign (4096 buah )

Isolasi antara channel dan ground1000 V rms

Isolasi antar channelPada common

Isolasi anatar bus dan channel1000 V rms

Tegangan lebih yang diijinkan( 30 V DC

Standar sensor IEC 1131 UL508 ANSI MC96.1 NF C 42 330

Jangkauan0 10 V( 10 V

Skala Penuh10 V10 V

Resolusi5 mV5 mV

Error pada 0 60oC0.35%FS = 35 mv0.45%FS = 45 mV

Error max pada 25oC0.155FS = 15 mV0.25%FS = 25 mV

Error max pada 0 60oC0.55%FS = 55 mV0.65%FS = 65 mV

Batasan beban5 mA max ( beban = 2 k( min)

II.3.4Penggunaan Memori

Memori dalam PLC TSX Micro 3722 dibagi menjadi dua unit berbeda:1. Memori bitMemori bit digunakan untuk data-data boolean. Perincian alokasi memorinya dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Ukuran objek bitMemori bitUkuran ( bit ) TSX 3722

Bit system %Si128

Bit I/O %I/Ox.i512

Bit Internal %Mi4096

Bit Step %Xi128

2. Memori wordMemori word menggunakan 16 bit memori. Memori word dalam PLC dibagi menjadi tiga struktur, yakni data, program dan konstanta. Perincian alokasi memori word dapat dilihat pada Tabel 2.4.

Tabel 2.4 Ukuran objek wordMemori wordUkuran ( word ) TSX 3722

Ukuran total20 Kword

Data (%MWi)0,5 Kword

Program Bahasa Ladder

Bahasa Instruksi ListBahasa Text Terstruktur6,6/5,3/3,9 Kinst8,5/6,5/4,4 Kinst5,6/5,0/4,4 Kinst

Konstanta128 Word

Ukuran diatas dapat diperbesar dengan penambahan PCMCIA pada slot komunikasi PLC.

II.3.5Memori PCMCIABila suatu aplikasi memakai memori kapasitasnya lebih dari kemampuan state RAM pada PLC, maka dapat digunakan PCMCIA sebagai memori tambahan. Struktur memori PCMCIA diperlihatkan oleh gambar 2.7.

Gambar 2.7 Struktur memori dengan dan tanpa PCMCIA

Untuk TSX 3722 tanpa PCMCIA, kapasitas RAM internal hanya 20 Kword (untuk data, program, dan konstanta) dan 16 Kword untuk internal flash EPROM (dapat digunakan bila program/konstanta bersama-sama kapasitasnya kurang dari 15 Kword). Dengan penggunaan PCMCIA, strukturnya menjadi 20 Kword internal RAM hanya untuk data, 32 Kword atau 64 Kword RAM atau flash EPROM untuk program dan konstanta, dan untuk internal flash EPROM dapat membackup memori word.

II.3.6Pencacah (Counter) Pada PLC TSX Micro 3722

PLC Schneider memiliki tiga macam cara untuk mencacah.

1. Menggunakan modul masukan digital.

2. Menggunakan pencacah internal dalam PLC.

3. Menggunakan modul pencacah TSX CTZ 1A dan 2A.

PLC seri 3722 memiliki pencacah internal yang sanggup mencacah hingga 10 kHz. Kita bisa menggunakannya untuk mencacah naik, mencacah turun ataupun mencacah naik/turun. Pencacah ini diakses dengan konektor 15 pin standart SUB-D (CNT1 dan CNT2). Pada setiap channel, parameter fungsi didefinisikan pada saat mengkonfigurasi software. Sensor yang membangkitkan pulsa bisa berupa:

1. Solid state output. Penggunaan sensor jenis ini memungkinkan PLC melakukan pencacahan hingga 10 KHz.2. Kontak mekanik.

Langkah-langkah pengkonfigurasian counter pada software PL7 Pro adalah sebagai berikut:

1. Masuk ke program PL7 Pro versi 3.4

2. Setelah membuat project baru, kemudian pilih konfigurasi hardware dengan cara klik Tools kemudian Configuration. Setelah itu akan muncul jendela konfigurasi hardware seperti pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Jendela konfigurasi hardware3. Klik 2 kali pada gambar modul counting sehingga muncul jendela konfigurasi counter seperti pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Jendela konfigurasi counter4. Ubah parameter pada jendela konfigurasi counter sebagai berikut:Counter

: Counter 0

Function

: Up Counting

Input Interface: Solid State Contact

5. Kemudian hubungkan komputer dengan PLC dengan memilih menu PLC pada menu bar lalu Connect.6. Jika PLC telah terhubung dengan komputer, maka jendela konfigurasi hardware pada modul counter akan menjadi seperti berikut:

Gambar 2.10 Jendela konfigurasi counter setelah terhubung dengan PLC

7. Klik pada gambar kacamata untuk menampilkan setting counter8. Tandai pada bagian Counter Enable Direct dan Reset Enable. Seperti pada Gambar 2.11 di bawah ini.

Gambar 2.11 Seting parameter pada jendela counter9. Setelah konfigurasi selesai, maka counter dapat digunakan dan hasil pencacahan dapat dibaca dengan mengakses memori alamat %ID0.11

II.4Perangkat Lunak PL7 Pro v3.4

Untuk memprogram PLC TSX Micro 3722 digunakan sebuah perangkat lunak keluaran Schneider Automation S.A., yaitu PL7 Pro. Perangkat lunak ini digunakan untuk memprogram semua jenis PLC TSX Micro dan Premium.

II.4.1Bahasa Pemrograman

Program PL7 Pro menyediakan empat bahasa pemrograman yang dapat digunakan, yaitu:

1. Bahasa Ladder

Bahasa jenis ini merupakan penerjemahan diagram relay ke dalam program sehingga programnya berupa gambar/grafis. Bahasa ladder ini sangat cocok untuk proses sistem kombinasional dengan elemen dasar kontaktor dan koil. Kalkulasi numeris dapat diprogramkan menggunakan bahasa jenis ini dengan menuliskannya di dalam blok operate yang telah disediakan oleh software.

2. Bahasa Boolean atau bahasa Instruksi List.

Bahasa jenis ini dapat dikatakan sebagai sebuah bahasa mesin untuk menuliskan operasi-operasi proses numeris atau logika. 3. Bahasa Teks Terstruktur (Structured Text).

Bahasa jenis ini sangat luwes. Bahasa teks terstruktur merupakan sebuah tipe bahasa pemrosesan data yang menggunakan penulisan terstruktur suatu proses logis dan numeris. Penulisan program dengan bahasa ini sangat memudahkan dalam membuat program yang panjang dan kompleks.4. Bahasa Grafcet

Bahasa ini digunakan untuk mempresentasikan operasi sebuah sistem kontrol sekuensial secara grafis dan terstruktur atau dapat dikatakan seperti bentuk diagram blok lengkap dengan aturan alirannya.

III.4.2Bahasa ST

Pemrograman PLC TSX Micro 3722 dilakukan dengan software PL7 Pro Versi 3.4 menggunakan bahasa Structured Text (ST). Pemrograman dengan bahasa ini memudahkan dalam penyusunan program yang kompleks. Program dalam bahasa ST terdiri atas statement. Masing-masing statement tersusun atas baris instruksi dengan panjang maksimal 128 baris.

1. Instruksi BooleanDigunakan untuk operasi per bit memori. Tabel 2.5 berikut adalah contoh penggunaan instruksi boolean untuk pemrograman PLC TSX 3722.

Tabel 2.5 Penggunaan instruksi booleanInstruksiPemakaianContoh

Sama Dengan:=%M0:=%M2;

OROR%M0:=%M2 OR %M6;

ANDAND%M0:=%M2 AND %M6;

XORXOR%M0:=%M2 XOR %M6;

InversiNOT%M0:=%M2 AND NOT %M2;

Rising edgeRE%M0:=%M2 AND RE %M2;

Falling edgeFE%M0:=%M2 AND FE %M2;

Set 1SETSET %M2;

Set 0RESETRESET %M2;

2. Instruksi Kondisional

Operasi instruksi kondisional dijalankan jika syarat operasinya terpenuhi. Syarat operasi dapat terdiri lebih dari satu. Contoh penggunaan instruksi kondisional ditunjukkan pada Tabel 2.6 berikut.

Tabel 2.6 Penggunaan instruksi kondisional

InstruksiPemakaianContoh

IFIF kondisi1 THEN

aksi1;

ELSIF kondisi2 THEN

aksi2;

ELSE aksi3;

END_IF;IF %M0 AND %M1 THEN

%M5:=%M3+%M4;

ELSIF %M0 OR %M1 THEN

SET%MW11;

ELSE

RESET %M11;

END_IF;

WHILEWHILE kondisi DO

aksi;

END_WHILE;WHILE %MW412 END_REPEAT;

FORFOR i:=iv(1) TO fv(2) DO

action;

END_FOR;

(1) initial value

(2) final valueFOR %MW4:=0 TO %MW23 DO

SET %MW25[%MW4];

END_FOR;

EXITEXITIF(%MW500>32700) THEN

EXIT;

END_IF;

3. Instruksi Operasi

Dalam bahasa ST, penulisan instruksi operasi adalah dengan menggunakan tanda := dan tanda operasi aritmatika. Pada setiap akhir baris instruksi diakhiri dengan tanda ; .

Misalnya:%MW10:=%MW30+%MW21*(%MW2-%MW11);

4. Instruksi Untuk Function BlockPLC TSX 3277 memiliki beberapa function block yang dapat digunakan.

Contoh penggunaan Function Block dalam bahasa ST adalah:

START %TM0(Start Timer nomor 0)

RESET %C1

(Reset Counter nomor 1)

%TM0.V

(Nilai hitungan timer sekarang)

II.4.3Konfigurasi PL7 Pro

Sebelum dapat digunakan untuk penulisan program, perlu dilakukan konfigurasi awal software PL7 Pro. Hal ini dilakukan untuk menjamin kesesuaian program terhadap jenis PLC dan modul-modul yang terpasang pada PLC.

Langkah-langkah konfigurasi adalah sebagai berikut:

1. Masuk ke program PL7 Pro, dengan memilih Start kemudian Program dan setelah itu PL7 Pro V3.42. Buat project baru dengan memilih File kemudian New, setalah itu akan muncul jendela konfigurasi pemrograman seperti pada Gambar 2.12 berikut:Gambar 2.12 Jendela konfigurasi pemrograman

3. Pilih tipe PLC dan jenis prosesor yang digunakan kemudian pilih OK, konfigurasi pemilihan jenis prosesor adalah:

Jenis PLC

: TSX Micro

Processor

: TSX 3722 V2.0

Memory Cards: None

Grafcet

: No

4. Setelah masuk ke program utama PL7 Pro, perlu dilakukan konfigurasi modul input output yang digunakan. Pilih Tools kemudian Configuration, setelah itu akan muncul jendela konfigurasi modul.

Gambar 2.13 Jendela konfigurasi modul

5. Untuk memilih modul yang terpasang pada PLC, klik 2 kali pada setiap rack modul. Modul yang digunakan untuk setiap rack adalah sebagai berikut:

Rack 1 dan 2: Modul Diskret TSX DMZ 28 DR

Rack 3

: Modul Masukan Analog TSX AEZ 414

Rack 4

: Modul Keluaran Analog TSX ASZ 401

Rack 5

: Modul Masukan Analog TSX AEZ 802

Rack 6

: Modul Keluaran Analog TSX ASZ 401

6. Untuk menuliskan program, klik 2 kali pada Main Program yang berada pada jendela Application Browser, akan tertampil menu pemilihan bahasa pemrograman. Pilih ST (Structured Text)

Gambar 2.14 Jendela Application Browser7. Setelah lembar kerja program siap, dapat dilakukan penulisan program dengan bahasa ST.

II.4.4Pengalamatan

Dalam pemrograman PLC, perlu diketahui alamat-alamat memori yang dipergunakan oleh PLC. Penulisan alamat memori yang salah akan membuat program yang dijalankan berbeda dari yang diinginkan atau bahkan tidak dikenali oleh PLC.

1. Pengalamatan modul I/O

Alamat modul-modul pada TSX 3722 didefinisikan dengan cara berikut.

% [I atau Q] [kosong, W atau D] [x] [.] [i]

contoh: %QW6.0;keterangan: I adalah input; Q adalah output; kosong adalah Boolean; W adalah Word; D adalah Double word (word ganda); x adalah posisi modul dalam rak PLC; i adalah nomor saluran/terminal yang terdapat pada modul.

2. Pengalamatan memori

Alamat memori pada TSX 3722 didefinisikan dengan cara berikut.

% [M, K atau S] [B,W,D atau F] [i]

contoh : %MW3; atau %MF205; keterangan:M adalah untuk memori program dan data; K menyimpan suatu konstanta; S adalah memori sistem yang dapat digunakan untuk melihat status atau informasi sistem ataupun untuk membentuk suatu operasi tertentu. B adalah byte; W adalah word; D adalah Double word; F adalah foating point atau penggunaan bilangan real desimal; i adalah nomor terminal yang terdapat pada modul.

Dalam pengalamatan memori PLC Modicon ada sistem Overlay ( saling bertautan ) dalam pengalamatan memori, antara objek byte, word, dan double word.

Gambaran sistem overlay seperti pada Gambar 2.15 di atas. Maka tidak boleh digunakan memori double word secara berurutan, seperti MD0 dengan MD1.

II.5Motor DC

Motor listrik adalah aktuator yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Salah satu jenis motor listrik ini adalah motor DC. Dikatakan motor DC karena sumber listriknya menggunakan sumber searah (direct current).

Motor DC terdiri dari dua bagian utama, yaitu bagian yang diam (stator) dan bagian yang bergerak, armature (rotor). Pada stator terdapat kumparan medan dan sikat. Pada rotor terdapat belitan jangkar dan komutator.

II.5.1Prinsip Kerja Motor DC

Motor DC bekerja berdasarkan hukum Ampere dan hukum Lorentz, yaitu:

a. Di sekitar penghantar yang dialiri arus listrik akan timbul medan magnet.

b. Suatu penghantar yang dialiri arus listrik, jika berada pada medan magnet akan mengalami suatu gaya yang disebut gaya Lorentz.

Hukum Ampere berlaku pada kumparan medan yang menghasilkan medan magnet, sedangkan hukum Lorentz berlaku pada belitan jangkar yang berada dalam medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan medan.

Cara kerja motor DC akan lebih mudah dipahami dengan menggunakan diagram dasar yang menunjukan interaksi magnetis antara armature/rotor yang berputar dengan kumparan stator yang diam. Dari Gambar 2.16.(a) dapat dilihat terdapat sebuah magnet yang dipasang pada batang sehingga ia dapat berputar dengan poros di tengahnya. Kumparan medan berupa inti stator yang dililit sebuah kawat panjang yang mempunyai dua ujung, yang atas dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan dan yang bawah dihubungkan dengan kutub negatif. Aliran arus ini menyebabkan ujung atas koil menjadi kutub utara magnet dan ujung bawah koil menjadi kutub selatan magnet. Magnet yang dapat berputar tadi dianggap sebagai rotor / armature dan koil yang dililit kabel sebagai medan (stator). Arah panah menunjukkan arah putaran rotor.

Gambar 2.16.(a) Diagram magnetis yang menunjukkan operasi motor DC. (b) Magnet yang berputar ditarik karena memiliki kutub yang berbeda. (c) Magnet yang berputar sekarang disebut dengan koil armature, dan polaritasnya ditentukan oleh sikat dan komutator.

Dengan berputarnya rotor, mengakibatkan semakin lama kutub magnet rotor mendekat ke kutub medan yang berlawanan muatannya. Karena berbeda muatannya, maka akan saling tarik menarik. Tarikan tersebut makin lama makin kuat sampai saat kedudukan menjadi satu baris seperti ditunjukkan oleh Gambar 2.16.(b). Pada saat tersebut, rotor seperti terkunci, tidak bisa bergerak. Agar rotor dapat bergerak lagi, maka polaritas rotor tersebut harus dibalik. Karena saat ini rotor berupa magnet permanen, rotor tetap tidak bisa berputar lagi. Oleh karena itu, rotor harus diganti dengan kumparan (elektromagnetik), agar polaritasnya dapat diganti-ganti, dan ditambahkan satu set komutator untuk tetap menghubungkan antara rotor dengan stator. Satu segmen komutator disediakan untuk satu terminal kumparan magnetik. Rotor mempunyai satu koil yang mempunyai dua terminal, maka komutator mempunyai dua segmen.

Karena rotor sekarang berupa kumparan kawat, maka diperlukan arus DC yang mengalirinya agar dapat menjadi elektromagnet. Karena rotor akan terus berputar maka kabel tegangan DC tidak bisa secara langsung dihubungkan ke kumparan rotor. Satu set sikat dari bahan karbon diperlukan untuk menghubungkan kumparan rotor. Sikat ini ditempatkan pada segmen komutator, sehingga arus DC dapat mengalir ke kumparan rotor. Pada Gambar 2.16.(c) dapat dilihat tegangan DC menyuplai medan dan sikat. Karena kutub negatif dihubungkan ke salah satu sikat, segmen komutator dimana sikat negatif ditempatkan juga akan menjadi negatif. Medan magnet dari rotor ini menyebabkan rotor mulai berputar. Saat rotor menuju titik yang menyebabkan dia terkunci, sikat negatif akan menyentuh ujung kumparan rotor yang dulunya positif menjadi negatif. Begitu juga dengan sikat positif yang akan mengubah ujung kumparan rotor yang dulunya negaif menjadi positif. Rotor akan terus mengubah polaritasnya dua kali tiap putaran, yang menyebabkan dapat terus berputar secara kontinyu.

II.5.2Jenis-jenis Motor DC

II.5.2.1Motor DC Eksitasi TerpisahMotor DC eksitasi terpisah mempunyai sumber tegangan yang terpisah antara kumparan medan (pada stator) dan belitan jangkar (pada rotor). Umumnya, pada motor DC eksitasi terpisah, stator terbuat dari magnet permanen dan ukurannya kecil. Motor ini mengubah energi listrik menjadi mekanis melalui interaksi kedua medan magnet. Satu medan dihasilkan oleh magnet permanen, sedangkan medan yang lain dihasilkan oleh arus listrik yang mengalir pada kumparan rotor. Interaksi kedua medan ini akan menghasilkan gaya magnetik (gaya Lorentz) yang menimbulkan torsi untuk dapat menggerakkan motor.

Gambar 2.17 Prinsip kerja motor DC eksitasi terpisah

Motor DC eksitasi terpisah sangat sering dijumpai dalam industri, misalnya pada industri mainan, robot, dan mobil elektronik. Beberapa keuntungannya adalah:

1. Pengendalian kecepatannya lebih mudah dibandingkan jenis motor yang lain.2. Menghasilkan torsi yang tinggi bila dibandingkan dengan motor medan belitan.

3. Ideal untuk dipakai pada aplikasi motor servo karena memiliki kurva kecepatan dan torsi linear.

4. Arah putaran mudah dibalik.

5. Bentuk fisiknya lebih kecil jika dibandingkan motor DC medan belitan atau motor AC.

Pada penelitian ini juga digunakan motor DC dengan eksitasi terpisah, salah satunya dengan mempertimbangkan alasan-alasan di atas.

II.5.2.2Motor DC Eksitasi Sendiri

Motor DC eksitasi sendiri mempunyai sumber tegangan yang sama antara kumparan medan dan belitan jangkar. Motor DC eksitasi sendiri ini dibagi lagi menjadi tiga macam berdasarkan konstruksinya, yaitu:

II.5.2.2.1Motor DC SeriMotor DC seri mempunyai torsi awal yang sangat tinggi sehingga dapat memutar beban yang sangat berat disaat awal. Oleh karena itu, salah satu kegunaannya adalah sebagai motor starter, motor keran, atau sebagai pengungkit, dimana yang dipentingkan adalah torsi awal yang kuat. Dari Gambar 2.12 dapat dilihat bahwa kumparan medan dihubungkan secara seri dengan kumparan armature / rotor. Maka arus yang mengalir melalui kumparan medan dan rotor sama.

Gambar 2.18 Diagram rangkaian elektronis motor DC seri

Oleh karena itu, kawat yang digunakan untuk kumparan medan berdiameter besar. Karena kawatnya besar, maka lilitan yang dibuat pada kumparan medan hanya sedikit. Berikut adalah grafik hubungan antara arus pada rotor dengan kecepatannya:

Gambar 2.19 Grafik hubungan antara kecepatan motor dengan arus pada rotor

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa saat arus kecil, kecepatan motor akan maksimum, dan saat arus meningkat, kecepatannya akan menurun. Dapat dilihat juga keadaan runaway terjadi saat arus mengecil sampai mendekati nol.II.5.2.2.2Motor DC Shunt

Motor DC shunt bebeda dengan motor DC seri, yaitu pada kumparan medannya yang dihubungkan secara paralel dengan kumparan rotor.

Gambar 2.20 Diagram rangkaian motor DC shuntLilitan shunt dibuat dari kawat yang berdiameter kecil dengan banyak lilitan dalam kumparan. Karena kawatnya sangat kecil, dia tidak bisa membawa arus yang sangat besar seperti pada kumparan seri, namun karena jumlahnya yang sangat banyak, maka masih bisa menghasilkan medan magnet yang sangat kuat. Ini berarti motor shunt mempunyai torsi awal yang rendah, maka biasanya mempunyai beban yang kecil.

Saat ada suplai tegangan ke motor, hambatan yang besar pada kumparan shunt menjaga aliran arus tetap kecil. Seperti motor seri, ketika rotor mulai berputar, akan timbul tegangan balik, yang menyebabkan arus pada rotor mulai mengecil. Karena umumnya bebannya kecil, arus rotor juga kecil. Saat motor mencapai kecepatan maksimal, kecepatan ini akan tetap konstan.

Salah satu aplikasi dari motor DC shunt di industri adalah sebagai pemompa cairan, dimana kecepatan yang konstan sangat diperlukan.

Berikut adalah grafik hubungan antara arus pada rotor dengan kecepatan motor:

Gambar 2.21 Grafik hubungan kecepatan motor dan arus rotor

II.5.2.2.3Motor DC Kompound

Motor DC kompound merupakan kombinasi dari motor DC shunt dan seri, sehingga mempunyai dua buah kumparan medan, yaitu medan seri dan medan paralel. Ada dua macam motor DC kompound, yaitu:

1. Motor dc kompound kumulatif, yaitu jika antara kumparan medan seri dan medan paralel saling menguatkan (polaritas sama), dan

2. Motor dc kompound differensial, yaitu jika antara kumparan medan seri dan medan paralel saling melemahkan (polaritas berlawanan).

II.5.3Pengaturan Motor DCPada saat berputar, motor DC menghasilkan tegangan balik Eb. Besar tegangan balik ini berbanding lurus dengan kecepatan putar motor dc.

(2.1)

Eb = tegangan balik / back EMF (volt)

k = konstanta motor

= kuat fluks magnet (maxwell)

N = kecepatan putar motor

sehingga rumus kecepatan dapat diturunkan dari persamaan di atas, yaitu:

(2.2)

Dari persamaan kecepatan dapat diketahui, bahwa k mempunyai nilai yang konstan. Sehingga untuk mengatur kecepatan dapat digunakan parameter Eb dan .

Pengaturan kecepatan motor dc dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu:

a) Perubahan fluks magnet

(2.3)

b) Perubahan resistans jangkar

(2.4)

c) Perubahan tegangan masukan

(2.5)

II.6Buffer Tegangan dan Penguat ArusBuffer tegangan diperlukan untuk menjembatani antara tegangan output PLC dan motor DC. Buffer akan mengisolasi keluaran PLC dari beban, hal ini dimungkinkan karena buffer mempunyai impedansi masukan yang sangat tinggi serta impedansi keluaran yang kecil.

Gambar 2.22 Buffer dan Penguat ArusPenguat arus digunakan untuk sistem dengan beban yang membutuhkan arus relatif besar, sedangkan pengendali hanya mampu menyediakan arus kecil. Penguat memperbesar arus tanpa menguatkan tegangan.

Tegangan yang keluar dari sistem dengan buffer dan penguat arus pada rangkaian di atas mempunyai tegangan yang sama dengan masukan atau dapat dikatakan:

(2.6)Sedangkan penguatan arus tergantung pada jenis transistor yang digunakan.

(2.7)II.7Sistem Kendali

Sistem kendali dapat dibedakan menjadi beberapa jenis. Berdasarkan prinsip kerja pengaturan, sistem kendali ada dua macam, yaitu sistem kendali umpan maju (kalang terbuka / open loop), dan sistem kendali umpan balik (kalang tertutup / close loop). Sistem kendali umpan maju adalah sistem kendali yang menggunakan hasil pengukuran salah satu peubah masukan untuk menentukan peubah masukan yang lain. Sistem kendali umpan balik adalah sistem kendali yang menggunakan hasil pengukuran keluaran (hasil proses) untuk memulai kerja pengaturan.

Berdasar bebannya, sistem kendali ada dua macam, yaitu sistem kendali servo, dan sistem kendali proses. Pada sistem kendali servo, set point berubah-ubah dimana perubahan tersebut merupakan beban bagi proses pengendaliannya. Sistem kendali proses adalah sistem kendali dengan perintah tetap sehingga sebagai beban adalah gangguan terhadap proses yang dikendalikan.

Berdasar isyarat yang dikendalikan, sistem kendali ada dua macam, yaitu sistem kendali kontinyu, dan sistem kendali diskret. Sistem kendali kontinyu memerlukan pengendali kontinyu; sedangkan sistem kendali diskret memerlukan pengendali diskret. Pengendali-pengendali yang umum digunakan, baik kontinyu maupun diskret, adalah: pengendali 'on/off', dan pengendali PID.

Sistem kendali umpan balik memiliki beberapa kelebihan, diantaranya adalah dapat mengkompensasi ketidaktepatan di dalam model proses, kesalahan pengukuran, dan gangguan-gangguan tak terukur.

Gambar 2.23 Diagram kotak sistem kendali dengan umpan balik

II.7.1Pengendali Proporsional-Integral-Derivatif (PID)

Pengendali PID menggunakan teknik umpan balik, dengan masukan pengendali adalah error (kesalahan). Error atau kesalahan adalah selisih dari set point (nilai keluaran yang diinginkan / referensi) dengan nilai keluaran sebenarnya yang terukur.

(2.8)

Dimana

= error (kesalahan)

= nilai set point

= nilai keluaran yang terukur

Keluaran dari pengendali PID adalah jumlahan dari tiga bagian, yaitu yang proporsional dengan kesalahan (error), yang proporsional dengan integral waktu kesalahan, dan yang proporsional dengan turunan kesalahan.

(2.9)

Karakteristik pengendali PID ditunjukkan oleh Tabel 2.7 berikut.

Tabel 2.7 Karakteristik penguatan pengendali PID

PenguatanRise timeOvershootSettling timeSteady state error

KpMengurangiMenambahPerubahan kecilMengurangi

KiMengurangiMenambahMenambahMenghilangkan

KdPerubahan kecilMengurangiMengurangiPerubahan kecil

Hubungan-hubungan tersebut tidak terlalu tepat, sehingga ketika salah satu konstanta pengendali diubah, maka sistem mungkin tidak akan bereaksi seperti yang diinginkan. Tabel di atas digunakan sebagai acuan dalam merancang pengendali PID.

II.7.2Pendigitalan Algoritma PID

Untuk mengaplikasikan pengendali PID pada sistem digital, maka perlu dilakukan pengubahan algoritma PID menjadi bentuk diskret.

1. Proporsional

Bagian proporsional pengendali dirumuskan sebagai

(2.10)

Dalam bentuk diskret, bagian proporsional dirumuskan sebagai perkalian antara error dengan konstanta proporsional untuk setiap periode cuplikan.(2.11)

2. Integral

Bagian integral pengendali didekati dengan menggunakan aturan trapezoid. Dimana bagian integral adalah luasan error yang terjadi dikalikan dengan konstanta integral (Ki) dan konstanta proporsional (Kp).

(2.12)

Dalam bentuk diskret, integrasi dilakukan mulai dari pencuplikan ke-0 hingga pencuplikan terakhir (k).

Gambar 2.24 Pendekatan integrasi dengan metode trapezoid

Luasan seluruh bagian adalah jumlahan dari luas setiap bidang trapesium.

(2.13)

Jadi dapat juga ditulis:

(2.14)

Dengan:

e(k) = error sekarang

e(k-1) = error sebelumnya

h= periode pencuplikan

E(k)= Luasan error hingga pencuplikan ke-k

3. Turunan (Derivatif)

Bagian derivatif pengendali adalah laju perubahan error dan dirumuskan sebagai:

(2.15)

Dalam bentuk diskret, bagian derivatif didekati dengan menggunakan metode backward differential.

(2.16)

Secara keseluruhan algoritma PID dalam bentuk diskret dituliskan dengan bentuk sebagai berikut:

(2.17)

II.7.2Tanggapan Transien

Tanggapan transien adalah tanggapan sistem yang berlangsung dari awal dikenai perubahan masukan atau gangguan sampai keadaan akhir atau kondisi tunak (steady state). Pada sistem orde dua, tanggapan transien terbagi menjadi tiga berdasarkan konstanta peredamannya, yaitu sistem kurang teredam ( < 1 ), teredam kritis ( = 1 ), dan teredam lebih ( > 1 ).

Gambar 2.25 di bawah menunjukkan pengaruh konstanta peredaman terhadap fungsi undak yang dikenakan pada sistem.

Gambar 2.25 Kurva peredaman

Pada tanggapan transien ini ada bebarapa parameter yang perlu diketahui, yaitu:

a. Waktu Tunda (Delay Time), adalah waktu yang diperlukan sistem untuk mencapai seperuh dari harga akhirnya untuk pertama kali.b. Waktu Naik (Rise Time), adalah waktu yang diperlukan sistem untuk naik dari 10% sampai 90% nilai akhir.c. Waktu Puncak (Peak Time), waktu yang diperlukan sistem untuk mencapai puncak pertama kali.d. Persen Overshoot, perbandingan nilai puncak maksimum dengan nilai akhir yang dinyatakan dalam bentuk(2.18)

Overshoot ini hanya terjadi pada sistem yang kurang teredam ( < 1 ).e. Waktu Penetapan (Settling Time), adalah waktu yang diperlukan sistem untuk mencapai nilai 2% dari nilai keadaan tunak (steady state), danf. Kesalahan Keadaan Tunak (Steady State Error), adalah perbedaan antara keluaran yang dicapai saat tunak dengan nilai yang diinginkan.

Gambar 2.26 Kurva tanggapan undak

II.7.3Metode Penalaan Ziegler-Nichols

Metode penalaan Ziegler-Nichols adalah suatu metode eksperimen yang digunakan untuk menentukan konstanta PID. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh John G. Ziegler dan Nathaniel B. Nichols pada tahun 1942. Metode ini didasarkan pada reaksi sistem yang dikenai suatu perubahan. Dengan menggunakan metode ini model matematis sistem tidak diperlukan lagi, karena dengan menggunakan data yang berupa kurva keluaran, penentuan konstanta PID telah dapat dilakukan. Metode Ziegler-Nichols ditujukan untuk menghasilkan tanggapan sistem dengan overshoot maksimum sebesar 25%.

Gambar 2.27 Kurva tanggapan undak dengan maksimum overshoot 25%

Sistem dikenai isyarat step (Gambar 2.28). Jika sistem tidak mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Metode ini memiliki kelemahan yaitu tidak mampu menangani plant yang mengandung unsur integrator maupun plant yang memiliki pole kompleks.

Gambar 2.28 Tanggapan unit stepPenggunaan metode kurva reaksi ini memerlukan tiga nilai variabel yang didapatkan dari kurva tanggapan sistem untuk input step (Gambar 2.29), yaitu:

L = dead time

N = Cm / TP = Perubahan dari manipulating element

Gambar 2.29 Kurva tanggapan S

Penentuan konstanta pengendali PID dilakukan dengan mengikuti aturan sebagai berikut:Tabel 2.8 Aturan penentuan konstanta PID metode kurva reaksi Ziegler-NicholsTipe PengendaliKpKiKd

P

PI

PID

Dengan percobaan yang teliti, didapatkan nilai konstanta pengendali sesuai dengan tanggapan sistem yang diinginkan.

INPUT MODULE

OUTPUT MODULE

CPU

IOP

USERS LOGIC

COMM. PROC.

PROGRAMMING PANEL OR HOST COMPUTER

INTFC

STATE RAM

EMBED MSPhotoEd.3

Gambar 2.15 Sistem overlay pengalamatan memori

EMBED Visio.Drawing.6

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

Kurang teredam

Teredam

kritis

Teredam lebih

EMBED Equation.3

tp

tr

ts

0,1

0,5

0,9

OS

Toleransi

2% - 5%

t

C(t)

Maksimum OS =0,25 .

t

C(t)

1

Set point

Cm

24 Volt

24 Volt

24 Volt

24 Volt

NC

24 Volt

0 Volt

Output 10

Output 8

Output 7

Output 5

Output 2

Output 11

Output 9

Output 6

Output 4

Output 3

Output 1

Output 0

Input 14

Input 12

Input 10

Input 8

Input 6

Input 4

Input 2

Input 0

Input 15

Input 13

Input 11

Input 9

Input 7

Input 5

Input 3

Input 1

33

31

29

25

23

19

17

15

13

32

34

30

22

24

26

28

16

18

20

8

10

12

14

35

9

11

21

27

2

4

6

7

5

3

1

Klik

2 kali

Klik 2 kali

Klik 2 kali

Klik

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

PAGE

_1253738904.unknown

_1255972466.unknown

_1256314233.unknown

_1256314411.unknown

_1258739551.vsd

Masukan

Beban

Ib

Ic

VCC

Buffer

_1258740097.unknown

_1258740171.unknown

_1256314853.unknown

_1256570831.unknown

_1256314345.unknown

_1256314380.unknown

_1256314289.unknown

_1256314137.unknown

_1256314156.unknown

_1255972474.unknown

_1253739916.unknown

_1255166374.vsdk-3

k-2

k-1

0

t

e

e=f(t)

k

h

_1255442292.vsdPengendali

Plant

Sensor

Masukan

Keluaran

+

-

u(t)

e(t)

y(t)

_1255972189.unknown

_1255972356.unknown

_1255442422.unknown

_1255417234.unknown

_1255417282.unknown

_1253739930.unknown

_1253738942.unknown

_1253739850.unknown

_1253738930.unknown

_1224009632.unknown

_1224013015.ppt*

TSX 37-21/22 without memory card has range20 Kwords for internal RAM (for DATA, Program, and Constant memory)16 Kwords for internal flash EPROM (can be used if the Program/constants together are less than 15 Kwords).While using memory card, it has range :20 Kwords for internal RAM (only for DATA memory)32 Kwords or 64 Kwords RAM or Flash EPROM (for Program and Constant memory).For internal flash EPROM, it stores memory word backup (%MW).

_1224934348.ppt*

Processor TSX 3722

BASE

MINI extension rack

Standard format module

Half format module

There are two types of module in using with TSX 37-21/22 :Half format moduleStandard format moduleThe base of TSX 37-21/22 has 6 half format module.There are extension rack for additional rack to the base of TSX 37-21/22, it has 4 half format module.

_1224010095.unknown

_1179117196.unknown

_1179117804.unknown

_1179117894.unknown

_1187632785.unknown

_1179117766.unknown

_1179117005.unknown

_1007897139.bin