Gerbang logika Dan Ladder Diagram

hari ini saya akan membahas salah satu bahasa penograman yang digunakan dalam PLC . Bahasa pemograman yang digunakan sebenarnya banyak seperti yang saya sebutkan di dalam tulisan pertama. tetapi disini saya hanya akan membahas ladder diagram  karena bahasa ini termasuk yang paling familiar dan paling mudah. OKE langsung saja !!!

Sebelum kita masuk ke ladder diagram, mari kita belajar dulu tentang gerbang logika and, or, not, nand, dan nor. karena logika ini akan membantu anda dalam membuat program ladder diagram.

 oke sebenarnya apa sih gerbang logika?

Gerbang Logika merupakan suatu entitas dalam elektronika dan matematika boolean yang mengubah satu atau beberapa masukan logik menjadi sebuah sinyal keluaran logik.

Gerbang logika atau sering juga disebut gerbang logika boolean merupakan sebuah sistem pemrosesan dasar yang dapat memproses input-input yang berupa bilangan biner menjadi sebuah output yang berkondisi yang akhirnya digunakan untuk proses selanjutnya.  

Logika Kontak

 Sebuah kontak dapat digunakan untuk mengimplementasikan sebuah rangkaian logika. Jika menggunakan gerbang logika, idealnya logika 0 berupa tegangan 0 Volt dan logika 1 berupa tegangan 5 Volt pada saluran masukan dan keluarannya.

Jika menggunakan sebuah kontaktor (tombol tekan), penekanan tombol berupa masukan dan kontaktornya berupa keluaran. Sebuah tombol jika ditekan memiliki arti masukan sebagai logika 1 dan sebaliknya jika tidak ditekan memiliki arti masukan sebagai logika 0. Kondisi kontaktor sebuah tombol dalam keadaan terhubung memiliki arti keluaran sebagai logika 1 dan jika kontaktornya terbuka memiliki arti keluaran berlogika 0.
Berikut ini diperlihatkan hubungan kontaktor untuk mewujudkan gerbang-gerbang logika AND, OR, NOT, NAND dan NOR.

Dengan logika kontak dapat direalisasikan sebuah gerbang-gerbang logika seperti halnya gerbang-gerbang logika AND, OR, NOR, NAND dan NOT, dengan cara menghubungkan secara seri atau paralel.
Sebuah gerbang AND dapat diwujudkan dengan dua buah kontak masing-masing jenis NO (Normally Open) yang dihubungkan secara seri. Dengan demikian keluaran merupakan kondisi antara kedua ujung kontak, jika terhubung menunjukkan keluaran berlogika 1, jika terbuka keluaran berlogika 0. Pada gerbang AND ini keluaran akan berlogika 1 (terhubung) jika kedua kontak A dan B masing-masing ditekan atau berlogika 1.
Sebuah gerbang OR diwujudkan dengan dua buah kontak masing-masing jenis NO yang dihubungkan secara paralel. Dengan demikian keluaran akan berlogika 0 jika kedua kontaknya berlogika 0.
Sebuah gerbang NOR (NOT OR), dapat diwujudkan dengan mengubah menjadi AND dengan menggunakan kontak jenis NC (Normally Closed) pada masing-masing masukannya. Sehingga keluarannya akan berlogika 1 jika kedua kontaknya berlogika 0. Karena masing-masing kontak A dan B menggunakan jenis NC, jika kedua kontak berlogika 0 membuat keluarannya berlogika 1.
Sebuah gerbang NAND (NOT AND), dapat diwujudkan dengan mengubah menjadi OR dengan menggunakan kontak jenis NC pada masing-masing masukannya. Sehingga keluarannya akan berlogika 0, jika kedua masukannya berlogika 1. Karena kedua kontak menggunakan jenis NC, jika kedua kontak tersebut berlogika 1 akan menyebabkan keluaran tidak terhubung atau berlogika 0.
Sebuah gerbang NOT dapat diwujudkan denan sebuah kontak jenis NC, sehingga logika keluarannya akan selalu kebalikan dari logika masukannya.

oke penjelesanan gerbang logika dengan logika kontak sudah selesai, selanjutnya untuk lebih jelasnya tentang gerbang logika dan macam-macamnya, gerbang logika terdiri AND,OR,NOT,NAND,NOR,XOR dan XNOR. 

Macam-macam Gerbang logika

1. Gerbang AND

Gerbang logika AND adalah gerbang logika yang akan bernilai '1' apabila semua input berlogika '1'. dan apa bila salah satu input berlogika '0' maka output akan bernilai '0'.

                      Tabel 1 tabel kebenaran AND

                Gambar 1 Gerbang logika AND



2. Gerbang OR

Gerbang logika OR adalah gerbang logika yang akan bernilai '1' apabila semua dan salah satu input berlogika '1'. dan apa bila salah semua input berlogika '0' maka output akan bernilai '0'.

                  Tabel 2 tabel kebenaran OR

                Gambar 2 Gerbang Logika OR





3.. Gerbang NOT

Gerbang logika NOT adalah gerbang logika berfungsi sebagai pembalik (inverter). output dari gerbang logika ini selalu berkebalikan dari input. 

    Tabel 3 Tabel kebenaran NOT

                             Gambar 3 Gerbang Logika NOT




4. Gerbang NAND

Gerbang logika NAND atau NOT AND adalah gerbang logika yang mempunyai Output '0' apabila nilai kedua input bernilai '1'. dan akan bernilai '1' apabila salah satu input atau semua input bernilai '0'.

           Tabel 4 tabel kebenaran NAND

               Gambar 4 Gerbang logika NAND



5. Gerbang NOR

Gerbang logika NOR atau NOT OR  adalah gerbang logika yang mempunyai Output '0' apabila nilai salah satu atau semua input bernilai '1'. dan akan bernilai '1' apabila semua input bernilai '0'.

          Tabel 5 Tabel kebenaran NOR 

                   Gambar 5 Gerbang logika NOR




6. Gerbang XOR

Gerbang logika XOR atau yang disebut Exclusif OR adalah gerbang logika yang akan bernilai satu apabila input A dan input B berlainan. dan akan bernilai '0' apabila semua input sama.

             Tabel 6 tabel kebenaran XOR

              Gambar 5 Gerbang logika XOR




6. Gerbang XNOR

Gerbang logika XNOR atau yang disebut Exclusif NOR adalah gerbang logika yang akan bernilai '1' apabila input A dan input B sama. dan akan bernilai '0' apabila semua input berlainan.

        Gambar 5 Gerbang logika XNOR

             Tabel 6 tabel kebenaran XNOR


oke setelah memahami konsep dasar gerbang logika sekarang saya coba membuat contoh fungsi logika yang akan diaplikasikan ke ladder diagram.
sebuah fungsi logika F= X'Y+XZ

bila digambarkan dalam gerbang logika :

 Keluaran F akan berlogika 0 atau 1 sesuai dengan kombinasi logika pada saluran masukan X,Y dan Z berdasarkan fungsi logika X'Y+XZ. Terdapat 8 kombinasi logika masukan pada rangkaian ini, karena terdapat 3bit masukan. Secara tabel kebenaran keluaran F diperlihatkan dalam tabel berikut 
ini:

 Gambar Tabel kebenaran dari fungsi F=X'Y+XZ

Rangkaian gerbang logika seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 di atas dari sebuah fungsi F=(X'Y+XZ), dapat diwujudkan dengan menggunakan rangkaian logika kontak dengan menggunakan gerbang logika AND, OR dan NOT, seperti yang diperlihatkan dalam 
gambar berikut ini:

 Gambar Fungsi F=X'Y+XZ dengan logi rangkaian kontak 

Selanjutnya PLC diprogram berupa fungsi X'Y+XZ dengan menggunakan diagram ladder. Program dalam bentuk diagram ladder diperlihatkan dalam Gambar berikut:

 Gambar Ladder diagram dengan fungsi F=X'Y+XZ

Dalam program ladder diatas digunakan PLC OMRON. saluran masukan memiliki alamat 000, saluran keluaran meiliki alamat 100. Variabel masukan X, Y dan Z yang masing-masing menggunakan bit 0,1 dan 2, sehingga alamatnya 0.00, 0.01 dan 0.02. sedangkan keluaran menggunakan bit 0 sehingga menjadi 100.00.

DEFINISI PLC

PLC adalah salah satu controller yang banyak digunakan oleh industri-industri atau pabrik-pabrik untuk memroduksi secara otomatis atau digunakan untuk memonitoring suatu plant yang mempunyai ruang lingkup yang besar. Industri-industri sering menggunakan PLC karena device ini mempunyai jumlah I/O yang banyak dan dapat diexpansi sesuai dengan serinya.selain itu PLC juga mudah digunakan (user friendly) dan mempunyai memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan intruksi-intruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi seperti logika, urutan, perwaktuan,pencacahan dan operasi aritmatik yang digunakan untuk mengontrol mesin atau suatu sistem.

Berdasarkan namanya konsep PLC adalah sebagai berikut :

1.      Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.

2.      Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic (ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.

3.      Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.  Fungsi dan kegunaan PLC sangat luas. Dalam prakteknya PLC dapat   dibagi secara umum dan secara khusus 

  Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:

1.    Sekuensial Control. PLC memproses input sinyal biner menjadi output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara berurutan (sekuensial), 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.

3.   Sedangkan fungsi PLC secara khusus adalah dapat memberikan input ke CNC (Computerized Numerical Control). Beberapa PLC dapat memberikan input ke CNC untuk kepentingan pemrosesan lebih lanjut. CNC bila dibandingkan dengan PLC mempunyai ketelitian yang lebih tinggi dan lebih mahal harganya. CNC biasanya dipakai untuk proses finishing, membentuk benda kerja, moulding dan sebagainya.

Prinsip kerja sebuah PLC adalah menerima sinyal masukan proses yang dikendalikan lalu melakukan serangkaian instruksi logika terhadap sinyal masukan tersebut sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori lalu menghasilkan sinyal keluaran untuk mengendalikan aktuator atau peralatan lainnya

·            Bahasa pemograman PLC

Terdapat lima tipe bahasa pemrograman yang bisa dipakai untuk memprogram PLC, meski tidak semuanya di-support oleh suatu PLC, yaitu antara lain :
1. Bahasa pemrograman Ladder Diagram (LD)
2. Bahasa pemrograman Instruction List (IL)/Statement List (SL)
3. Bahasa pemrograman Sequential Function Chart (SFC)/Grafcet
4. Bahasa pemrograman Function Block Diagram (FBD)
5. Bahasa pemrograman tingkat tinggi (high-level), contohnya Visual Basic

disini akan dibahas bahasa pemrograman PLC yang sering digunakan yaitu ladder diagram. Ladder diagram mudah dipahami karena menggunakan simbol komponen elektromagnetik-mekanik relay, fuction blok seperti timer, counter,, trigger, konditional, serta blok fungsi yang didefinisikan sendiri oleh programmer.

Disini saya akan membahas bahasa pemrograman PLC yang paling populer digunakan dan paling mudah dipahami, yaitu Ladder Diagram, dengan menggunakan contoh rangkaian Interlock. Ladder Diagram mudah dipahami karena menggunakan pendekatan grafis, yaitu menggunakan simbol-simbol komponen elektromagnetik-mekanik relay (coil dan contact), blok-blok fungsi (function block), seperti timer, counter, trigger, kondisional, serta blok fungsi yang didefinisikan sendiri oleh programmer. Selain itu, karena Ladder Diagram menggunakan pendekatan grafis, maka programmer menjadi lebih mudah untuk melakukantroubleshooting pada program yang akan dijalankan pada PLC.
Bagian-bagian PLC antara lain :

1.       Central Prosesing Unit (CPU)

CPU berfungsi untuk mengontrol dan mengawasi semua pengopersian dalam PLC,melaksanakan program yang disimpan didalam memory. Selain itu CPU juga memproses dan menghitung waktu memonitor waktu pelaksanaan perangkat lunak dan menterjemahkan program perantara yang berisi logika dan waktu yang dibutuhkan untuk komunikasi data dengan pemograman.

2.       Memory

Memory yang terdapat dalam PLC berfungsi untuk menyimpan program dan memberikan lokasi-lokasi dimana hasil-hasil perhitungan dapat disimpan didalamnya. PLC menggunakan peralatan memory semi konduktor seperti RAM (Random Acces Memory), ROM (Read Only Memory), dan PROM (Programmable Read Only Memory) RAM mempunyai waktu akses yang cepat dan program-program yang terdapat di dalamnya dapat deprogram ulang sesuai dengan keinginan pemakainya. RAM disebut juga sebagai volatile memory, maksudnya program program yang terdapat mudah hilang jika supply listrik padam.

Dengan demikian untuk mengatasiu supply listrik yang padam tersebut maka diberi supply cadangan daya listrik berupa baterai yang disimpan pada RAM. Seringkali CMOS RAM dipilih untuk pemakaian power yang rendah. Baterai ini mempunyai jangka waktu kira-kira lima tahun sebelum harus diganti.

3.       Input / Output

Sebagaimana PLC yang direncanakan untuk mngontrol sebuah proses atau operasi mesin, maka peran modul input / output sangatlah penting karena modul ini merupakan suatu perantara antara perangkat kontrol dengan CPU. Suatu peralatan yang dihubungkan ke PLC dimana megirimkan suatu sinyal ke PLC dinamakan peralatan input. Sinyal masuk kedalam PLC melalui terminal atau melalui kaki – kaki penghubung pada unit. Tempat dimana sinyal memasuki PLC dinamakan input poin, Input poin ini memberikan suatu lokasi di dalam memory dimana mewakili keadaannya, lokasi memori ini dinamakan input bit. Ada juga output bit di dalam memori dimana diberikan oleh output poin pada unit, sinyal output dikirim ke peralatan output.

             Setiap input/output memiliki alamat dan nomor urutan khusus yang digunakan selama membuat program untuk memonitor satu persatu aktivitas input dan output didalam program. Indikasi urutan status dari input output ditandai Light Emiting Diode (LED) pada PLC atau modul input/output, hal ini dimaksudkan untuk memudahkan pengecekan proses pengoperasian input / output dari PLC itu sendiri.

4.      Power Supply

PLC tidak akan beroperasi bila tidak ada supply daya listrik. Power supply merubah tegangan input menjadi tegangan listrik yang dibutuhkan oleh PLC. Dengan kata lain sebuah suplai daya listrik mengkonversikan suplai daya PLN (220 V) ke daya yang dibutuhkan CPU atau modul input /output.

Berikut ini gambar bagian-bagian PLC Omron CJ1M

•          TIPE PLC

PLC dibagi menjadi beberapa tipe yang dibedakan berdasarkan ukuran dan kemampuannya. Dan PLC dapat dibagi menjadi jenis-jenis berikut

1.      Tipe compact

Ciri – ciri PLC jenis ini ialah :

a.    Seluruh komponen (power supply, CPU, modul input – output, modul komunikasi) menjadi satu

b.    Umumnya berukuran kecil (compact)

c.    Mempunyai jumlah input/output relatif sedikit dan tidak dapat diexpand

d.    Tidak dapat ditambah modul – modul khusus

Berikut ini contoh PLC compact Omron CP1L

 

  Sumber : Automation-talk info, Omron CP1L

1.                  Tipe modular

Ciri-ciri PLC jenis Modular :

a.                  Komponennya terpisah ke dalam modul-modul.

b.                  Berukuran besar

c.                   Memungkinkan untuk ekspansi jumlah input/output(sehingga jumlah lebih banyak)

d.                  Memungkinkan penambahan modul-modul khusus

Berikut ini contoh PLC modular dari omron.

Sumber : OMRON, Programmable Controllers, (OMRON : 2004)