PLC ( Programmable Logic Controller )

Pemanfaatan Programmable Logic Controller dalam Dunia Industri
Perkembangan industri dewasa ini, khususnya dunia industri di negara kita, berjalan amat pesat seiring dengan meluasnya jenis produk-produk industri, mulai dari apa yang digolongkan sebagai industri hulu sampai dengan industri hilir. Kompleksitas pengolahan bahan mentah menjadi bahan baku, yang berproses baik secara fisika maupun secara kimia, telah memacu manusia untuk selalu meningkatkan dan memperbaiki unjuk kerja sistem yang mendukung proses tersebut, agar semakin produktif dan efisien. Salah satu yang menjadi perhatian utama dalam hal ini ialah penggunaan sistem pengendalian proses industri (sistem kontrol industri).

Dalam era industri modern, sistem kontrol proses industri biasanya merujuk pada otomatisasi sistem kontrol yang digunakan. Sistem kontrol industri dimana peranan manusia masih amat dominan (misalnya dalam merespon besaran-besaran proses yang diukur oleh sistem kontrol tersebut dengan serangkaian langkah berupa pengaturan panel dan saklar-saklar yang relevan) telah banyak digeser dan digantikan oleh sistem kontrol otomatis. Sebabnya jelas mengacu pada faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi dan produktivitas industri itu sendiri, misalnya faktor human error dan tingkat keunggulan yang ditawarkan sistem kontrol tersebut. Salah satu sistem kontrol yang amat luas pemakaiannya ialah Programmable Logic Controller (PLC). Penerapannya meliputi berbagai jenis industri mulai dari industri rokok, otomotif, petrokimia, kertas, bahkan sampai pada industri tambang, misalnya pada pengendalian turbin gas dan unit industri lanjutan hasil pertambangan. Kemudahan transisi dari sistem kontrol sebelumnya (misalnya dari sistem kontrol berbasis relay mekanis) dan kemudahan trouble-shooting dalam konfigurasi sistem merupakan dua faktor utama yang mendorong populernya PLC ini.

Artikel ini mecoba memberikan gambaran ringkas tentang PLC ini dari sudut pandang piranti penyusunnya.
Apakah Sebenarnya PLC itu?
NEMA (The National electrical Manufacturers Association) mendefinisikan PLC sebagai piranti elektronika digital yang menggunakan memori yang bisa diprogram sebagai penyimpan internal dari sekumpulan instruksi dengan mengimplementasikan fungsi-fungsi tertentu, seperti logika, sekuensial, pewaktuan, perhitungan, dan aritmetika, untuk mengendalikan berbagai jenis mesin ataupun proses melalui modul I/O digital dan atau analog.

PLC merupakan sistem yang dapat memanipulasi, mengeksekusi, dan atau memonitor keadaan proses pada laju yang amat cepat, dengan dasar data yang bisa diprogram dalam sistem berbasis mikroprosesor integral. PLC menerima masukan dan menghasilkan keluaran sinyal-sinyal listrik untuk mengendalikan suatu sistem. Dengan demikian besaran-besaran fisika dan kimia yang dikendalikan, sebelum diolah oleh PLC, akan diubah menjadi sinyal listrik baik analog maupun digital,yang merupakan data dasarnya.. Karakter proses yang dikendalikan oleh PLC sendiri merupakan proses yang sifatnya bertahap, yakni proses itu berjalan urut untuk mencapai kondisi akhir yang diharapkan. Dengan kata lain proses itu terdiri beberapa subproses, dimana subproses tertentu akan berjalan sesudah subproses sebelumnya terjadi. Istilah umum yang digunakan untuk proses yang berwatak demikian ialah proses sekuensial (sequential process). Sebagai perbandingan, sistem kontrol yang populer selain PLC, misalnya Distributed Control System (DCS), mampu menangani proses-proses yang bersifat sekuensial dan juga kontinyu (continuous process) serta mencakup loop kendali yang relatif banyak.

Piranti Penyusunan PLC
PLC yang diproduksi oleh berbagai perusahaan sistem kontrol terkemuka saat ini biasanya mempunyai ciri-ciri sendiri yang menawarkan keunggulan sistemnya, baik dari segi aplikasi (perangkat tambahan) maupun modul utama sistemnya. Meskipun demikian pada umumnya setiap PLC (sebagaimana komputer pribadi Anda yang cenderung mengalami standarisasi dan kompatibel satu sama lain) mengandung empat bagian (piranti) berikut ini:

Modul Catu daya.
Modul CPU.
Modul Perangkat Lunak.
Modul I/O.


 
Modul Catu Daya (Power Supply: PS)
PS memberikan tegangan DC ke berbagai modul PLC lainnya selain modul tambahan dengan kemampuan arus total sekitar 20A sampai 50A, yang sama dengan battery lithium integral (yang digunakan sebagai memory backup). Seandainya PS ini gagal atau tegangan bolak balik masukannya turun dari nilai spesifiknya, isi memori akan tetap terjaga. PLC buatan Triconex, USA, yakni Trisen TS3000 bahkan mempunyai double power supply yang berarti apabila satu PS-nya gagal, PS kedua otomatis akan mengambil alih fungsi catu daya sistem.
Modul CPU
Modul CPU yang disebut juga modul kontroler atau prosesor terdiri dari dua bagian:
Prosesor
Memori
1. Prosesor berfungsi:
mengoperasikan dan mengkomunikasikan modul-modul PLC melalui bus-bus serial atau paralel yang ada.
Mengeksekusi program kontrol.
2. Memori, yang berfungsi:
Menyimpan informasi digital yang bisa diubah dan berbentuk tabel data, register citra, atau RLL (Relay Ladder Logic), yang merupakan program pengendali proses.
Pada PLC tertentu kadang kita jumpai pula beberapa prosesor sekaligus dalam satu modul, yang ditujukan untuk mendukung keandalan sistem. Beberapa prosesor tersebut bekerja sama dengan suatu prosedur tertentu untuk meningkatkan kinerja pengendalian. Contoh PLC jenis ini ialah Trisen TS3000 mempunyai tiga buah prosesor dengan sistem yang disebut Tripple Redundancy Modular.

Kapasitas memori pada PLC juga bervariasi. Trisen TS3000, misalnya, mempunyai memori 384 Kbyte (SRAM) untuk program pengguna dan 256 Kbyte (EPROM) untuk sistem operasinya. Simatic S5 buatan Siemens mempunyai memori EPROM 16Kbyte dan RAM 8 Kbyte. PLC FA-3S Series mempunyai memori total sekitar 16 Kbyte. Kapasitas memori ini tergantung penggunaannya dan seberapa jauh Anda sebagai mengoptimalisasikan ruang memori PLC yang Anda miliki, yang berarti pula tergantung seberapa banyak lokasi yang diperlukan program kontrol untuk mengendalikan plant tertentu. Program kontrol untuk pengaliran bahan bakar dalam turbin gas tentu membutuhkan lokasi memori yang lebih banyak dibandingkan dengan program kontrol untuk menggerakkan putaran mekanik robot pemasang bodi mobil pada industri otomotif. Suatu modul memori tambahan bisa juga diberikan ke sistem utama apabila kebutuhan memori memang meningkat.
Modul Program Perangkat Lunak
PLC mengenal berbagai macam perangkat lunak, termasuk State Language, SFC, dan bahkan C. Yang paling populer digunakan ialah RLL (Relay Ladder Logic). Semua bahasa pemrograman tersebut dibuat berdasarkan proses sekuensial yang terjadi dalam plant (sistem yang dikendalikan). Semua instruksi dalam program akan dieksekusi oleh modul CPU, dan penulisan program itu bisa dilakukan pada keadan on line maupun off line. Jadi PLC dapat bisa ditulisi program kontrol pada saat ia mengendalikan proses tanpa mengganggu pengendalian yang sedang dilakukan. Eksekusi perangkat lunak tidak akan mempengaruhi operasi I/O yang tengah berlangsung.
Modul I/O
Modul I/O merupakan modul masukan dan modul keluaran yang bertugas mengatur hubungan PLC dengan piranti eksternal atau periferal yang bisa berupa suatu komputer host, saklar-saklar, unit penggerak motor, dan berbagai macam sumber sinyal yang terdapat dalam plant.
1. Modul masukan
Modul masukan berfungsi untuk menerima sinyal dari unit pengindera periferal, dan memberikan pengaturan sinyal, terminasi, isolasi, maupun indikator keadaan sinyal masukan. Sinyal-sinyal dari piranti periferal akan di-scan dan keadaannya akan dikomunikasikan melalui modul antarmuka dalam PLC.

1. Beberapa jenis modul masukan di antaranya:
- Tegangan masukan DC (110, 220, 14, 24, 48, 15-30V) atau arus C(4-20mA).
- Tegangan AC ((110, 240, 24, 48V) atau arus AC (4-20mA).
- Masukan TTL (3-15V).
- Masukan analog (12 bit).
- Masukan word (16-bit/paralel).
- Masukan termokopel.
- Detektor suhu resistansi (RTD).
- Relay arus tinggi.
- Relay arus rendah.
- Masukan latching (24VDC/110VAC).
- Masukan terisolasi (24VDC/85-132VAC).
- Masukan cerdas (mengandung mikroprosesor).
- Masukan pemosisian (positioning).
- Masukan PID (proporsional, turunan, dan integral).
- Pulsa kecepatan tinggi.
- Dll.
2. Modul keluaran
Modul keluaran mengaktivasi berbagai macam piranti seperti aktuator hidrolik, pneumatik, solenoid, starter motor, dan tampilan status titik-titik periferal yang terhubung dalam sistem. Fungsi modul keluaran lainnya mencakup conditioning, terminasi dan juga pengisolasian sinyal-sinyal yang ada. Proses aktivasi itu tentu saja dilakukan dengan pengiriman sinyal-sinyal diskret dan analog yang relevan, berdasarkan watak PLC sendiri yang merupakan piranti digital. Beberapa modul keluaran yang lazim saat ini di antaranya:
- Tegangan DC (24, 48, 110V) atau arus DC (4-20mA
- Tegangan AC (110, 240V) atau arus AC (4-20mA).
- Keluaran analog (12-bit).
- Keluaran word (16-bit/paralel)
- Keluaran cerdas.
- Keluaran ASCII.
- Port komunikasi ganda.
Dengan berbagai modul di atas PLC bekerja mengendalikan berbagai plant yang kita miliki. Mengingat sinyal-sinyal yang ditanganinya bervariasi dan merupakan informasi yang memerlukan pemrosesan saat itu juga, maka sistem yang kita miliki tentu memiliki perangkat pendukung yang mampu mengolah secara real time dan bersifat multi tasking,. Anda bayangkan bahwa pada suatu unit pembangkit tenaga listrik misalnya, PLC Anda harus bekerja 24 jam untuk mengukur suhu buang dan kecepatan turbin, dan kemudian mengatur bukaan katup yang menentukan aliran bahan bakar berdasarkan informasi suhu buang dan kecepatan di atas., agar didapatkan putaran generator yang diinginkan! Pada saat yang sama sistem pelumasan turbin dan sistem alarm harus bekerja baik baik di bawah pengendalian PLC! Suatu piranti sistem operasi dan komunikasi data yang andal tentu harus kita gunakan. Teknologi cabling, pemanfaatan serat optik, sistem operasi berbasis real time dan multi tasking semacam Unix, dan fasilitas ekspansi yang memadai untuk jaringan komputer merupakan hal yang lazim dalam instalasi PLC saat ini.

Sumber:
Robert B. Hee, A.A.S., Knowing the Basics of PLCs-Part 1, EC &M Magazine, October 1995
TS3000 Planning & Installation Guide , March 1988
T. senbun, F. Hanabuchi, Instrumentation System, Fundamentals and Applications, Yokogawa electric Corp. Tokyo 1991.
Sumber-sumber lain.
Oleh: N.A. Widyanahar
widyan@mailcity.com
Elektronika dan Instrumentasi FMIPA UGM Yogyakarta