Ngebikin Pengontrol Suhu Berbasis PLC(Programmeble Logic Controller) Yuk!

Bikin pendingin ruangan alias AC, kepikiran ga? Wah kayaknya ribet tuh! Mendingan merangkai dan membuat sendiri pengontrol suhu ruangan berbasisi PLC.

Sebelum mendesain dan membuat sistem pengontrol suhu berbasis PLC, kita akan menjelajah sejenak, apasih sebenarnya PLC itu. Programmable Logic Kontroler (PLC) adalah sebuah komputer yang khusus dirancang untuk mengontrol suatu proses atau mesin. Proses yang dikontrol ini dapat berupa regulasi variabel secara kontinu seperti pada sistem-sistem servo, atau hanya melibatkan kontrol dua keadaan  (On/Off) saja, tetapi dilakukan secara berulang-ulang seperti yang dijumpai pada mesin pengeboran, sistem konveyor dan lain sebagainya. Gambar di bawah ini menunjukan konsep pengontrolan yang dilakukan oleh sebuah PLC.

Gambar 1.  Diagram Konseptual Aplikasi PLC

Walaupun istilah PLC secara bahasa berarti pengontrol logika yang dapat diprogram, tetapi pada kenyataanya PLC secara fungsional tidak lagi terbatas pada fungsi-fungsi logika saja. Sebuah PLC dewasa ini bisa melakukan perhitungan-perhitungan aritmatika yang relatif komplek, fungsi komunikasi, dokumentasi, dan lain sebagainya.

Prinsip kerja PLC

Secara umum PLC terdiri dari dua komponen penyusun utama yaitu Central Processing Unit (CPU) dan sistem antar muka input/output.

Gambar 2. Blok diagram PLC

Fungsi dari CPU adalah memngatur semua proses yang terjadi didalam PLC. Ada tiga komponen utama penyusun CPU yaitu Prosesor, memori, power supply. Interaksi ketiga komponen ini dapat dilihat pada gambar 1.3

Gambar 3.  Blok Diagram CPU pada PLC

Pada dasarnya, operasi PLC relative sederhana. Peralatan luar dikoneksikan dengan modul input/output PLC yang tersedia. Peralatan ini bisa berupa sensor-sensor analaog, push bottom, limit switch, motor starter, solenoid, lampu, dan lain sebagainya.

Selama prosesnya, CPU melakukan tiga operasi utama :

·   Membaca dan memasukan data dari perangkat lunak via modul input

·   Mengeksekusi program kontrol yang tersimpan di dalam memori PLC

·   Meng-update atau memperbaharui data pada modul output.

Ketiga proses tersebut dinamakan dengan Scanning.

Fungsi PLC

Fungsi dan kegunaan dari PLC dapat dapat dikatakan hamper tidak terbatas. Secara umu fungsi PLC adalah sebagai berikut :

° Kontrol Sekuensial

PLC memroses input sinyal biner menjadi output yang digunakan unutk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), disisni PLC menjaga agar semua langkah dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.

° Monitoring Plant

PLC secara terus menerus memonitor suatu system (misalnya temperature, tekanan, tingkat ketinggian) dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau menampilkan pesan tersebut ke operator.

Bahasa Pemrograman

Berkaitan dengan program PLC. Ada lima model atau metode yang telah distandarisasi penggunaannya oleh IEC (International Electrical Commission):

° List Intruksi (Intruction List)

Pemrograman dengan menggunakan intruksi-intruksi bahasa level rendah (mnemonic), seperti LD/STR, NOT, AND dan lain sebaginya.

° Diagram Ladder (Ladder Diagram)

Pemrograman berbasis logika relay, cocok digunakan untuk persoalan-persoalan control diskret yang input/output hanya memilki dua kondisi On atau Off seperti pada sistem kontrol konveyor, lift, dan motor-motor industry.

° Diagram Blok Fungsional (Fungtion Blok Diagram)

Pemrograman berbasis aliran data secara grafis, banyak digunakan untuk tujuan control proses yang melibatkan perhitungan-perhitungan kompleks dan akuisisi data analog.

° Diagram Fungsi Sekuensial ( Sequensial Fuction Charts)

Metode grafis unutk pemrogaman terstrukturb yang banyak melibatkan langkah-langkah rumit, seperti pada bidang robotika, perakitan kendaraan, Batch Control, dan lain sebagainya.

° Teks Terstruktur (Structured Text)

Tidak seperti keempat metode yang lainnya, pemrograman ini menggunakan statemen-statemen yang umum dijumpai pada bahasa level tinggi (high level programming) seperti If, Then, Do/While, Case, For/Next, dan lain sebagainya. Dalam aplikasinya, model ini cocok digunakan untuk perhitungan-perhitungan matematis yang komplek, pemrosesan tabel dan data, serta fungsi-fungsi control yang memerlukan algoritma khusus.

Diagram Ladder

Diagram Ladder memnggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertical dimana garis vertikal sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positif catu daya dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negative catu daya.

Program ladder ditulis menggunakan bentuk pictorial atau symbol yang secara umum mirip dengan rangkaian klntrol relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemen-elemen seperti normally open contact, normally close contac, timer, counter, sequencer dan lain-lain ditampilkan seperti dalam bentuk pictorial. Dibawah kondisi yang benar, listrik dapat mengalir dari rel sebelah kiri ke rel sebelah kanan, jalur rel seperti ini disebut sebagai ladder line (garis tangga). Peraturan secara umum di dalam menggambarkan program ladder diagram adalah:

-    Daya mengalir dari rel kiri ke rel kanan

-    Output koil tidak boleh dihubungkan secara langgsung di rel sebelah kiri.

-    Tidak ada kontak yang diletakan disebelah kanan output coil.

-    Hanya diperbolehkan satu output koil pada ladder line.

Dibawah ini merupakan tampilan dari diagram ladder.

Gambar 4. Diagram Ladder

Diantara dua garis  ini dipasang kontak-kontak yang menggambarkan kontrol dari switch, sensor, serta output. Satu baris dari diagram disebut dengan satu ruang (anak tangga). Input menggunakan symbol  (kontak normally open) dan  (kontak normally close). Output mempunyai symbol   yang terletak paling kanan.

Selain mudah disini kita juga bisa belajar bagaimana menggunakan PLC—yang bagi mahasiswa teknik elektro dan sejenisnya pasti sudah tidak asing—untuk mengontrol suhu ruangan.

   Sebelum membuat sistem control yang akan kita buat, kita harus membuat desainnya dulu, berikut adalah desain sistem pengontrol suhu berbasis PLC:

Gambar 5. Diagram Blok Sistem

Fungsi masing-masing blok adalah sebagai berikut:

° Blok sensor berfungsi sebagai sensor suhu aktual dari pemanas.

° Blok pengkondisi sinyal berfungsi untuk menguatkan sinyal dari sensor.

° Blok PLC berfungsi untuk mengendalikan seluruh proses control.

° Blok Setting point berfungsi untuk memasukkan nilai suhu yang diinginkan.

° Blok driver (pendingin) dan aktuator berfungsi sebagai penggerak aktuator.

° Blok Aktuator (pemanas) berfungsi sebagai elemen kontrol final.

Desain Alat Kontrol Suhu Ruangan dengan PLC

Desain alat yang dibuat mengunakan LM35 sebagai sensor . Alat ini terdiri dari  IC LM 324 sebagai penguat tegangan dan komperator kemudian PLC, Relay, motor DC, Lampu, Power Supply dan batu baterai. Berikut ini adalah rangkaian pengontrol suhu ruangan.

Gambar 6. Rangkain Pengontol Suhu Rungan.

Input berupa tegangan yang berasal dari rangkaian sensor suhu LM35 kemudian tegangan tersebut dikuatkan 10 kali dengan menggunakan IC LM324. Dengan IC ini juga bisa dijadikan sebagai komperator. Dimana keluaran dari dari koperator sudah berupa perbandingan antara set point yang dinginkan dengan output dari penguat tegangan. Input PLC yang beralamatkan 000.00  berasal dari output komperator,  dan com0 input PLC di sambungkan ke ground. Output yang dihasilakan dari PLC berupa pemnas ruangan (dalam hal ini lampu diguakan sebagai pemanas) dan pendingin ruangan (dalam hal ini motor DC digunakan sebagai pendingin ruangan).

Pengkondisi Sinyal

Berikut ini adalah data sheet dari IC LM 324 yang digunkan untuk pengkondisi sinyal dan komperator.

              

Gambar 7. kaki-kaki LM 324

Kaki 1, 2, 3, digunakan sebagai penguat tegangan sebesar 10 kali. Sehingga rangkaian penguat tegangan menjadi seperti berikut ini.

Gambar 8.  Penguat non inverting

Dengan memakai hambatan R₂ sebesar 100 KΩ dan R₁ sebesar 10 KΩ. maka penguatan tegangannya sebesar 10 kali penguatan dengan rumus 

Vo = ……………………………(1)

Sedangkan untuk kaki 5, 6, 7, digunakan sebagai komperator. Sehingga rangkaian komperator menjadi:

Hasil dari penguatan non inverting di bandingkan terlebih dahulu dengan set point sebelum masuk ke komperator. Hasil dari komperator merupakan input untuk PLC. Kemudian kaki 4 dihubungkan ke Vcc, kaki 11 dihubungkan ke ground dan kaki-kaki yang lainnya tidak digunakan.

 Diagram Ladder Kontrol Suhu

Diagaram ladder digunakan sebagai bahasa pemrograman yang dipilih dalam control ini. Diagram ladder elektromekanis pada dasarnya tidak menggambarkan pengkabelan (wiring) secara lengkap. Untuk sebuah diagram ladder yang sederhana, mungkin saja pengkabelannya relative rumit. Namun untuk pengontol suhu ruangan diagram ladder baik pengkabelan maupun diagram laddernya tidak begitu rumit. Berikut ini adalah tampilan diagram ladder pengontrol suhu rungan.

Gambar 9. diagram ladder untuk control suhu ruangan

Dari diagram ladder pada awalnya sistem lampu dalam keadaaan menyala dengan anggapan suhu dalam sistem masih kurang dari set point. Kemudian ketika suhu lebih besar dari set poin maka lampu akan mati kemudian pendingin (kipas) menyala.

Gambar 10. Model sistem pengendali suhu

 Kalibrasi dengan Menggunakan Termometer

Pada awalnya sistem di set point pada suhu 36⁰C dengan keluaran tegangan dari penguat tegangan sebesar 3,6 volt kemudian 3,6 volt ini dijadikan sebagai  acuan untuk set point dari tegangan. Dengan mengeset tegangan pada potensio meter sebesar 3,6 Volt maka keluaran dari komperator yang kurang dari 3,6 volt akan menjadi logika 0 dan yang lebih dari 3,6 volt akan menjadi logika 1. Sehingga PLC mengeksekusi logika 0 dan 1 dari output komperator. Dari PLC menghasilkan dua output dimana output pertama PLC digunkan untuk menyalakan lampu (menaikan suhu ruangan) dan output kedua untuk menggerakan kipas (mendiginkan ruangan).

Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan termometer air raksa. Bersamaan dengan lampu menyala dimasukan termometer kedalam  sistem tersebut. Semakin lama  lampu menyala maka suhu akan semakin naik. Ini terlihat dari thermometer yang semakin naik suhunya. Setelah mencapai set point yaitu ketika thermometer menunjukan suhu lebih dari 36⁰C lampu padam dan kipas mulai menyala. Dengan demikian set point yang dipakai sesuai dengan set point yang diharapkan.