KONSEP SISTEM KONTROL

KONSEP SISTEM KONTROL

SISTEM : terdiri dari komponen-komponen yang mempunyai fungsi masing-masing dan  saling bekerja sama untuk mencapai suatu tujuan tertentu yang telah ditetapkan.

SISTEM KONTROL : sebuah sistem dimana komponen-komponennya dihubungkan sedemikian rupa sehingga membentuk sebuah konfigurasi sistem untuk mendapatkan  tanggapan yang diinginkan.

Gambar 1.1 Hubungan Sebab Akibat dalam Sistem Kontrol

A.    Contoh Sistem Kontrol Otomatis :

a.       Pengontrolan proses, misalnya pengontrolan temperatur, aliran, tekanan, tinggi permukaan cairan, pH, dan sebagainya.

b.      Pembangkit tenaga listrik, misalnya pengaturan tegangan, frekuensi, dan sebagainya.

c.       Pengontrolan numerik yaitu pengontrolan operasi yang membutuhkan ketelitian tinggi dalam proses yang berulang-ulang, misalnya pembuatan lubang, tekstil, pengelasan, dan sebagainya.

d.      Transportasi, misalnya elevator, eskalator, ban berjalan, kereta api, pesawat terbang, dan sebagainya.

e.       Servomekanis

f.       Bidang non teknik, misalnya ekonomi, sosiologi, biologi. 

B.     Klasifikasi Sistem Kontrol

a.       Sistem kontrol loop terbuka dan loop tertutup

b.      Sistem linier dan tak linier

c.       Sistem kontrol berubah terhadap waktu (time-variant) dan sistem kontrol tak berubah terhadap waktu (time-invariant)

d.      Sistem kontrol waktu kontinyu dan sistem kontrol waktu diskrit

e.       Sistem kontrol masukan tunggal keluaran tunggal (SISO) dan sistem kontrol banyak masukan banyak keluaran (MIMO)

1.      Sistem Kontrol Loop Terbuka

menggunakan peralatan penggerak untuk mengontrol proses secara langsung tanpa umpan balik. Pada sistem ini harga keluaran  sistem tidak dapat dibandingkan terhadap harga masukannya.

Ciri-ciri Sistem Kontrol Loop Terbuka :

a.       Sederhana

b.      Harganya murah

c.       Dapat dipercaya

d.      Dapat kurang akurat karena tidak terdapat koreksi terhadap kesalahan

e.       Berbasis waktu

Contoh Sistem Kontrol Loop Terbuka

·         sistem kontrol temperatur ruangan

Gambar 1.2 Diagram Balok Sistem Kontrol Temperatur Ruangan

·         sistem kontrol tinggi permukaan cairan dalam tangki

Gambar 1.3 Diagram Balok Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki

 

Gambar 1.4 Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki

Pada sistem tersebut diinginkan tinggi permukaan cairan (h) tetap walaupun fluida pada katub K₁ berubah-ubah. Hal tersebut dapat dicapai dengan pengaturan secara manual pada katub K₂ pada waktu tertentu sesuai pengalaman operator.

2.      Sistem Kontrol Loop Tertutup

Menggunakan pengukuran keluaran dan mengumpanbalikkan  sinyal tersebut untuk dibandingkan dengan keluaran yang diinginkan. Sinyal keluaran diumpanbalikkan terhadap kontroler yang akan  membuat pengubahan terhadap sistem agar keluaran sistem seperti yang diinginkan.

Perbandingan sistem kontrol loop tertutup dan loop terbuka:

•         Lebih kompleks

•         Harganya lebih mahal

•         Lebih dapat dipercaya

•         Biasanya lebih akurat

•         Tidak berbasis waktu

Gambar 1.5 Diagram Balok Sistem Kontrol Loop Tertutup

Komponen Sistem Kontrol Loop Tertutup:

1.      Sensor/transduser.

Elemen yang langsung mengadakan kontak dengan obyek yang diukur. Transduser berfungsi untuk mengubah besaran fisis yang diukur menjadi besaran fisis lainnya.

2.      Detektor Kesalahan

Mengukur kesalahan (error) yang terjadi antara keluaran sesungguhnya dan keluaran yang diinginkan.

3.      Penggerak / Actuator

Mengontrol aliran energi ke sistem yang dikontrol. Alat ini juga disebut dengan  elemen pengontrol akhir (final control element).

4.      Penguat / Amplifier

Power Amplifier merupakan unit yang dibutuhkan karena daya dari detector kesalahan tidak cukup kuat untuk menggerakkan elemen keluaran.

Contoh Sistem Kontrol Loop Tertutup

•      sistem kontrol temperatur ruangan otomatis

Gambar 1.6 Diagram Balok Sistem Kontrol Temperatur Ruangan Otomatis

•      sistem kontrol tinggi permukaan cairan dalam tangki otomatis

 

Gambar 1.7 Diagram Balok Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki Otomatis

 

Gambar 1.8 Sistem Kontrol Tinggi Permukaan Cairan dalam Tangki Otomatis

Dalam sistem tersebut diinginkan tinggi permukaan cairan dalam tangki (h) tetap, walaupun  aliran fluida pada katub K₁ berubah-ubah.  Jika permukaan tangki tidak sesuai dengan yang diinginkan, akan terbentuk  tegangan error (e). Tegangan e diperkuat sehingga dapat memberikan input  pada penggerak/ motor untuk membuka/ menutup katub K₂.

C.     Operasi Penjumlahan dan Pengurangan

Gambar 1.9  Operasi Penjumlahan dan Pengurangan (a, b, c, d merupakan variabel)

Dari Gambar  1.9, harga variabel yang masuk ke dalam summing point sama dengan harga variabel yang keluar dari summing point.

Titik Cabang

Gambar 1.10 Pada Titik a Terdapat Tiga Cabang yang Mempunyai Nilai Sama, yaitu z

Dalam sistem kontrol, seperti terlihat dalam Gambar 1.10 suatu titik  cabang (a) diperlukan untuk mengembalikan keluaran ke masukan/ bagian lain dalam sistem. Dalam simbol ini harga yang dikembalikan  tetap sama dengan harga pengambilannya atau nilai z pada ketiga cabang tersebut harganya sama.

PLC (Programmable Logic Controller)

PLC (Programmable Logic Controller)

A.    Pengertian PLC

           PLC (Programmable Logic Controller) ialah rangkaian elektronik berbasis mikroprosesor yang beroperasi secara digital, menggunakan programmable memory untuk menyimpan instruksi yang berorientasi kepada pengguna, untuk melakukan fungsi khusus seperti logika, sequencing, timing, arithmetic, melalui input baik analog maupun discrete / digital, untuk berbagai proses permesinan.

PLC jika dibandingkan dengan sistem kontrol konvensional memilki banyak kelebihan antara lain :

1.      Butuh waktu yang tidak lama untuk membangun, memelihara, memperbaiki dan Mengembangkan sistem kendali, pengembangan sistem yang mudah.

2.      Ketahanan PLC jauh lebih baik, Lebih murah.

3.      Mengkonsumsi daya lebih rendah,

4.      Pendeteksian kesalahan yang mudah dan cepat,

5.      Pengkabelan lebih sedikit,

6.      Perawatan yang mudah,

7.      Tidak membutuhkan ruang kontrol yang besar,

8.      Tidak membutuhkan spare part yang banyak, dan lain-lain.

B.     Jenis-jenis PLC

Berdasarkan jumlah input/output yang dimilikinya ini. secara umum PLC dapat dibagi menjadi tiga kelompok besar:

1.      PLC mikro. PLC dapat dikatagorikan mikro jika jumlah input/ output pada PLC ini kurang dari 32 terminal .

2.      PLC mini. Katagori ukuran mini ini adalah jika PLC tersebut memiliki jumlah input/output antara 32 sampai 128 terminal.

3.      PLC large. PLC ukuran ini dikenal juga dengan PLC tipe rack PLC dapat dikatagorikan sebagai PLC besar jika jumlah input/ output-nya lebih dari 128 terminal.

Fasilitas, kemampuan, dan fungsi yang tersedia pada setiap kategori tersebut pada umumnya berbeda satu dengan lainnya. Semakin sedikit jumlah input/output pada PLC tersebut maka jenis instruksi yang tersedia juga semakin terbatas.

C.    Komponen-komponen Utama PLC

Komponen Utama atau perangkat keras penyusun PLC adalah (1) Catu Daya / Power Supply, (2) CPU (Central Processing Unit) yang didalamnya terdapat prosesor, dan memori, (3) Modul Masukan (Input Modul), dan Modul Keluaran (Output Modul), dan (4) Perangkat Pemrograman

Gambar 2.1 Komponen-komponen utama PLC

1.      Catu Daya (Power Supply).

Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan daya keseluruh komponen-komponen PLC. Kebanyakan PLC bekerja dengan catu daya 24 VDC atau 220 VAC, beberapa PLC catu dayanya terpisah (sebagai modul tersendiri), yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan PLC medium atau kecil catu dayanya sudah menyatu.

2.      CPU ( Central Processing Unit ).

CPU atau Unit Pengolahan Pusat, terdiri dari 3 komponen penyusun : (1) Prosesor, (2) Memori dan (3) Catu Daya ( Power Supply )

Gambar 2.2 Komponen utama penyusun CPU

Prosesor merupakan otak dari sebuah PLC , fungsi utama adalah mengatur tugas pada keseluruhan sistem PLC, mengerjakan berbagai operasi antara lain mengeksekusi program, menyimpan dan mengambil data dari memori, membaca nilai input dan mengatur nilai output, memeriksa kerusakan, melakukan operasi-operasi matematis, manipulasi data, tugas-tugas diagnostik, serta melakukan komunikasi dengan perangkat lain.

Gambar 2.3 Sistem PLC

Memori adalah area dalam CPU PLC tempat data serta program disimpan dan dieksekusi oleh prosesor, pengetahuan tentang sistem memori pada PLC akan sangat membantu dalam memahami cara kerja PLC.

Secara umum memori dapat dibagi dua kategori: Volatile ( mudah hilang ) dan Nonvolatile, program atau data pada memori volatile akan hilang jika catu daya PLC mati. Memori ini juga dikenal dengan nama RAM ( Random Acces Memory ). Dalam sebagian PLC memori jenis RAM masih digunakan untuk menyimpan program pengguna ( aplikasi ) dengan menggunakan baterai sebagai back up daya jika catu daya mati. Adapun sifat dari memori nonvolatile yaitu program atau data yang tersimpan di dalamnya tidak akan hilang walaupun catu daya PLC mati, yang termasuk kategori ini adalah :

1.      ROM (Read-Only Memory ) jenis memori ini dirancang untuk menyimpan data atau program secara permanen. Pada PLC, ROM digunakan untuk menyimpan sistem operasi dan bios.

2.      PROM ( Programmable Read-Only Memory ) memori ini dapat diprogram ulang dengan menggunakan alat pemrograman khusus. digunakan untuk back up program.

3.      EPROM ( Erasable Programmable Read-Only Memory ) memori ini turunan dari jenis PROM yang dapat diprogram ulang setelah program yang sebelumnya dihapus dengan menggunakan Sinar Ultraviolet.

4.      EEPROM ( Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory ) adalah memori nonvolatile yang menyerupai RAM. Kebanyakan PLC menggunakan memori jenis ini untuk menyimpan program pengguna, alasan utama adalah kemudahan dalam mengubah program pada memori tersebut, yaitu hanya dengan menggunakan prangkat pemrograman PLC itu sendiri, misalnya Komputer atau unit miniprogramer. Salah satu kerugian memori jenis ini adalah keterbatasan dalam kemampuan hapus-tulisnya ( Erase/Write ) yaitu sekitar 10.000 kali.

3.      Modul Masukan dan Modul Keluaran

            Modul masukan dan keluaran adalah perantara antara PLC dengan perangkat keras masukan dan perangkat keras keluaran.

Gambar 2.4 menunjukan posisi keduanya dalam sistem PLC. Modul masukan dan keluaran pada PLC mini umumnya sudah Built in di PLC. Tujuannya adalah melindungi CPU PLC dari sinyal yang tidak dikehendaki yang dapat merusak CPU itu sendiri. Modul masukan dan modul keluaran ini berfungsi untuk mengkonversi atau mengubah sinyal-sinyal masukan dari perangkat keras masukan ke sinyal-sinyal yang sesuai dengan tegangan kerja CPU PLC (misalnya masukan dari sensor dengan tegangan kerja 5 Volt DC harus dikonversikan menjadi tegangan 24 Volt DC agar sesuai dengan tegangan kerja CPU PLC). Hal ini dapat dilakukan dengan mudah yaitu dengan menggunakan opto-isolator.

Gambar 2.4 Rangkaian modul masukan

Dengan menggunakan opto-isolator maka tidak ada hubungan kabel sama sekali antara perangkat keras masukan/keluaran dengan unit CPU. Secara optic dipisahkan dengan kata lain, sinyal ditransmisikan melalui cahaya. Cara kerjanya sederhana, perangkat keras masukan akan memberikan sinyal untuk menghidupkan LED (dalam opto-isolator) akibatnya phototransistor akan menerima cahaya dan akan menghantarkan arus (ON), CPU akan melihatnya sebagai logika nol. Begitu juga sebaliknya, saat sinyal masukan tidak ada lagi maka LED akan mati dan phototransistor akan berhenti menghantar sinyal (OFF), CPU akan melihatnya sebagai logika satu.

Perbedaan antara modul masukan dan modul keluaran adalah LED pada modul masukan dihidupkan oleh perangkat keras masukan sementara LED pada modul keluaran dihidupkan oleh CPU PLC.

Gambar 2.5 Rangkaian modul keluaran

4.      Perangkat Pemrograman (Programming Device).

Programming Device adalah alat untuk memasukan (membuat atau mengedit) program ke dalam PLC. Ada 2 perangkat program yang biasa digunakan (1) Miniprogrammer atau Programming Console, dan (2) Komputer.

a.       Miniprogrammer atau Konsole.

Miniprogrammer atau Programming Console (biasa disebut Konsol) adalah sebuah perangkat seukuran kalkulator saku yang berfungsi untuk memasukkan instruksi-instruksi program ke dalam PLC. Umumnya, instruksi-instruksi program dimasukan dengan mengetikkan simbol-simbol diagram tangga dengan menggunakan kode mnemonik (Mnemonic Code).

Sebagai contoh, untuk memprogram diagram tangga pada gambar dibawah ini dengan menggunakan PLC produksi OMRON maka diketikkan instruksi - instruksi pada Programming Console sebagai berikut:

Gambar 2.6 Diagram tangga yang akan diketik pada konsol

Tabel 2.1 Contoh kode mnemonik dan pengalamatannya un

Dalam hal ini, simbol-simbol LD, OR LD, AND OUT adalah kode mnemonik yang dapat berbeda, tergantung vendor pembuat PLC ( misalnya instruksi LD ekivalen dengan instruksi STR pada PLC produksi Allen Bradley ) sedangkan bilangan numeris 00000, 00002, 00100, dan 00100 adalah parameter yang berupa alamat-alamat terminal masukan dan terminal keluaran PLC tersebut.

Pada umumnya, miniprogrammer dirancang untuk kompatibel dengan dua atau lebih PLC dalam sebuah tipe. Selain digunakan untuk memasukkan program diagram ladder, beberapa jenis miniprogrammer juga dilengkapi fasilitas untuk monitoring klan tugas-tugas diagnostic.

b.      Komputer

Pemrograman PLC dengan menggunakan miniprogrammer ini akan sangat melelahkan jika jumlah anak tangga pada diagram ladder yang akan diprogram berukuran relatif besar. Umumnya, penggunaan konsol ini biasa digunakan hanya untuk pengeditan program saja. Untuk memasukkan program secara keseluruhan pada PLC, dapat digunakan Komputer.

Vendor-vendor PLC umumnya menyertakan perangkat lunak ( Software ) untuk mengimplementasikan pemasukan program diagram tangga, pengeditan, dokumentasi dan monitoring ke dalam PLC.

Gambar 2.8 Pemrograman PLC dengan menggunakan komputer.

5.      Perangkat Keras Masukan/Keluaran PLC.

PLC harus dihubungkan dengan perangkat keras masukan sebagai pengendali dan perangkat keras keluaran sebagai sesuatu yang dikendalikan sementara PLC tersebut bekerja sebagai pemroses, seperti diperlihatkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.9 Perangkat masukan dan perangkat keluaran PLC

a.       Perangkat Keras Masukan (Input Device)

Input Device merupakan bagian PLC yang berhubungan dengan perangkat luar yang memberikan masukan kepada CPU, perangkat masukan dapat berupa tombol, Switch, Saklar, Sensor atau perangkat ukur lain. Perangkat masukan memicu eksekusi logika/program pada PLC.

Gambar 2.10 Perangkat keras masukan PLC

Perangkat masukan PLC terbagi dua yaitu : Perangkat Masuka Diskrit ( Discrete Input Device ) dan Perangkat Masukan Analog ( Analog Input Device ).

Sebelum melangkah lebih jauh, penting untuk memahami istilah “diskrit” dan “analog”. Karena keduanya menentukan sinyal yang akan diterima atau dihasilkan oleh peralatan.

Discrete input device menghasilkan sinyal 0 dan 1, sedang analog input device menghasilkan sinyal dengan range tertentu (0, 1, 2, 3, 4, …). Demikian juga discrete output device diaktifkan oleh sinyal 0 dan 1, sedang analog output device dapat diaktifkan oleh sinyal dengan range tertentu (0, 1, 2, 3, 4, …)

Diskrit yang pada dasarnya hanyalah sinyal-sinyal „hidup‟/ „mati‟, adapun analog yaitu sinyal-sinyal yang amplitudonya mempresentasikan magnitude kuantitas yang dideteksi. Sinyal analog yang sering dijumpai adalah sinyal arus 4-20 mA, tegangan 0-5 Volt

Perangkat keras masukan yang termasuk discrete ( Discrete Input Device ) adalah:

·         Selector switches, push buttons, thumbwheel switches

·         Photoelectric eyes, limit switches, circuit breakers

·         Proximity switches, level switches

·         Motor starter contacts

·         Relay contacts

·         Fans, lights, horns, valves

Perangkat keras masukan yang termasuk analog (Analog input device) adalah:

·         Temperature sensors

·         CO2 sensors

·         Pressure sensors

·         Humidity sensors

·         Flow sensors

·         Potentiometers.

b.      Perangkat Keras Keluaran (Output Device)

Output Device Merupakan bagian PLC yang berhubungan dengan perangkat luar yang memberikan keluaran dari CPU, perangkat keluaran dapat berupa Motor AC/DC, lampu, katup dan lain-lain. Perangkat keluaran tersebut akan bekerja sesuai dengan perintah yang dimasukan kedalam PLC.

Gambar 2.11 Perangkat keras keluaran

Perangkat keluaran PLC juga terbagi dua yaitu : Perangkat Keluaran Diskrit ( Discrete Output Device ) dan Perangkat Keluaran Analog ( Analog Output Device ).

Perangkat keras keluaran yang termasuk discrete ( Discrete Output Device ) adalah:

·         Alarms

·         Control relays

·         Fans, lights, horns, valves

·         Motor starters, solenoids

Perangkat keras keluaran yang termasuk analog ( Analog Output Device ) adalah:

·         Analog Valves

·         Actuators

·         Chart Recorders

·         Electric Motor Drives

·         Analog Meters

·         Pressure Sensors