Ladder Diagram dan Logika Dasar Pemrograman PLC

Ladder Diagram dan Logika Dasar Pemrograman PLC

Artikel ini membahas tentang logika dasar pemrograman PLC dengan menggunakan bahasa ladder diagram. Kami tidak akan membahas semua bahasa pemrograman dalam artikel ini. Jika anda bertanya bahasa apa yang paling sering dipakai untuk pemrograman PLC, tiap orang mungkin akan berbeda-beda, tapi khusus kami bisa menjawab ladder diagram. Bahasa ini yang paling umum dipakai di PLC dan hamper selalu ada pada semua jenis PLC. Perlu anda ketahui bahwa beberapa PLC dapat diprogram dengan lebih dari 1 bahasa pemrograman. Lalu kenapa ladder paling banyak digunakan? Membuat program dengan ladder tidak jauh berbeda dengan merangkai instalasi listrik. Kami pikir instalasi listrik adalah materi paling dasar yang hampir dimiliki oleh semua yang terjun di bidang kelistrikan, bahkan beberapa mekanik. Lulusan SMK pun bisa memrogram PLC asalkan tahu tentang instalasi listrik.

Diagram Ladder atau diagram tangga adalah skema khusus yang biasa digunakan untuk mendokumentasikan sistem logika kontrol di lingkungan industri. Disebut “tangga” karena mereka menyerupai tangga, dengan dua rel vertikal kanan – kiri (power supply) dan banyak “anak tangga” (garis horizontal) yang mewakili rangkaian kontrol.

Anda bisa melihat gambar di atas yang menampilkan bagaimana sebuah rangkaian listrik sederhana ditulis menggunakan diagram ladder. Gambar (a) sebelah kiri menunjukkan rangkaian untuk menyalakan atau mematikan sebuah motor listrik. Kita dapat menggambar ulang rangkaian pada gambar kiri ini dengan cara yang berbeda, yaitu menggunakan dua garis vertikal untuk mewakili rel daya input dan menambahkan kontak dan relay di antara mereka. Gambar (b) sebelah kanan menunjukkan hasilnya. Kedua sirkuit memiliki saklar seri dengan relay yang akan mengkatifkan motor saat saklar ditutup. Jika terdapat belasan atau puluhan rangkaian seperti ini, maka akan lebih jelas menggambarkan menyerupai tangga.

Untuk menggambar ladder ada beberapa hal yang menjadi acuan dasar, di antaranya adalah sebagai berikut:

1. Pada diagram ladder, garis vertikal sebelah kiri bisa kita analogikan sebagai sisi positif dari sumber tegangan, sedangkan garis vertikal sebelah kanan adalah sisi negative dari sumber tegangan. Arus listrik akan mengalir dari kiri ke kanan melalui rangkaian logika pada setiap baris.
2. Setiap baris mewakili satu rangkaian logika proses control.
3. Cara membaca diagram ini adalah dari kiri ke kanan dan dari atas ke bawah.
4. Saat PLC diaktifkan, proses scanning berkerja pada semua baris program sampai selesai. Dimulai dari kiri ke kanan baris paling atas, lalu turun ke baris di bawahnya kemudian dilanjutkan dari kiri ke kanan seterusnya hingga ujung kanan baris terbawah. Proses ini sering disebut dengan cycle dan waktu yang diperlukan untuk 1 kali proses adalah cycle time atau scan time.
5. Setiap baris umumnya harus dimulai dengan input dan diakhiri setidaknya oleh 1 buah output. Seperti yang sudah kita bahasa pada artikel – artikel sebelumnya, input yang akan memberi perintah pada PLC melalui kontak, sedangkan output memberi perintah/mengendalikan perangkat yang dihubungkan pada PLC.
6. Input dan output diidentifikasi berdasarkan alamatnya, setiap penamaan alamat tergantung dari produsen PLC. Alamat ini yang akan digunakan sebagai penyimpanan kondisi pada memori PLC.
7. Beberapa kontak dapat muncul lebih dari satu kali pada baris – baris berbeda, mereka akan aktif secara bersamaan jika memiliki alamat yang sama. Tetapi tidak demikian dengan output atau relay yang disebelah kiri. Mereka hanya boleh ditulis 1 kali.

Gambar di bawah  adalah alur pembacaan program PLC pada program yang telah dibuat.

Dalam dunia kendali, Ladder Diagram sudah menjadi hal yang tidak asing lagi. Ladder Diagram adalah metoda pemrograman yang umum digunakan pada PLC. Ladder Diagram merupakan tiruan dari logika yang diaplikasikan langsung oleh relay. Ladder Diagram banyak mengurangi kerumitan yang dihadapi oleh teknisi untuk menyelesaikan tujuannya. Tapi bagaimanakah Ladder Diagram itu bekerja? atau dengan kata lain, bagaimana sebenarnya representasi dari Ladder Diagram itu sehingga bisa menyusun logika-logika boolean?

Sebelum membahas ke permasalahan utama, ada baiknya kita mengerti dulu apa itu relay. Relay adalah peralatan sederhana yang menggunakan medan magnetik untuk mengontrol saklar, seperti pada gambar berikut.

Gambar Relay

Ketika tegangan diberikan pada masukan koil, arus yang tercipta menghasilkan medan magnetik. Medan inilah yang akan menarik saklar metal ke arahnya dan akan menyentuh bagian saklar yang lain. Akibat dari mekanisme ini adalah rangkaian yang sebelumnya rangkaian terbuka menjadi rangkaian tertutup. Sifat relay yang seperti ini (menjadi rangkaian tertutup setelah diberikan tegangan) disebut dengan normally open. Dengan demikian, normally closed relay adalah relay yang akan menjadi rangkaian terbuka setelah diberikan tegangan. Umumnya, relay digambarkan oleh diagram skematik menggunakan sebuah lingkaran yang menggambarkan koil masukan. Kontak output ditunjukkan oleh dua garis paralel. Kontak normally open digambarkan dengan 2 garis dan akan terbuka (non-conducting) apabila tidak diberikan energi. Normally closed adalah yang sebaliknya dan digambarkan oleh dua garis dengan garis diagonal yang memotong kedua garis tersebut. Saat tidak diberikan energi, keadaan relay adalah tertutup (conducting).

Relay digunakan agar keadaan satu sumber (terbuka atau tertutup) energi dapat mengatur keadaan sumber energi (terbuka atau tertutup) lainnya yang biasanya memiliki arus yang lebih besar dan kedua sumber energi ini saling terisolasi satu sama lain (tidak terhubung secara langsung). Relay merupakan komponen utama dalam PLC. Contoh sederhana dari penggunaan relay ditunjukkan oleh gambar berikut.

Gambar Analogi Ladder Diagram

Pada sistem ini, relay pertama pada gambar kiri bersifat normally closed dan akan mengalirkan arus terus hingga terdapat tegangan yang diaplikasikan pada relay ini (input A). Relay kedua adalah normally open dan tidak akan mengalirkan arus sampai ada tegangan yang diaplikasikan ke relay ini (input B). Jika arus mengalir pada kedua relay yang pertama, maka arus juga akan mengalir pada relay ketiga dan akan menutup saklar pada output C. Rangkaian seperti ini umum digambarkan pada skematik Ladder Diagram pada gambar tersebut. Secara logika, diagram ini dapat dibaca sebagai berikut: C akan “on” ketika A “off” dan B “on”.

Dalam logika Boolean dirumuskan sebagai C = A’.B 

Gambar Skematik Gerbang Digital yang Ekivalen

Gambar berikut ini merupakan contoh yang lebih kompleks pada aplikasi dalam PLC, dengan 2 buah tombol pada input.

Gambar Contoh Aplikasi dalam PLC

Dasar Bahasa Ladder

Sebuah diagram tangga atau Iadder diagram terdiri dari sebuah garis menurun ke bawah pada sisi kiri dengan garis-garis bercabang ke kanan. Garis yang ada di sebelah sisi kiri disebut sebagai palang bis (bus bar), sedangkan garis-garis cabang (the branching lines) adalah baris instruksi atau anak tangga. Sepanjang garis instruksi ditempatkan berbagai macam kondisi yang terhubungkan ke instruksi lain di sisi kanan. Kombinasi logika dari kondisi-kondisi tersebut menyatakan kapan dan bagaimana instruksi yang ada di sisi kanan tersebut dikerjakan.

Gambar Contoh Diagram tangga

Sebagaimana ditunjukkan pada gambar diatas tersebut, sepanjang garis instruksi bisa bercabang-cabang lagi kemudian bergabung lagi. Garis-garis pasangan vertikal (seperti lambang kapasitor) itulah yang disebut kondisi. Pasangan garis vertikal yang tidak ada garis diagonalnya disebut sebagai Normal Terbuka – Normally Open atau NO serta terkait dengan instruksi LOAD (LD), AND atau OR. Sedangkan pasangan garis vertikal yang ada garis diagonal-nya dinamakan Normal Tertutup – Normally Close atau NC serta terkait dengan instruksi-instruksi LD NOT, AND NOT atau OR NOT. Angka-angka yang terdapat pada masing-masing kondisi di gambar 1 tersebut merupakan bit operan instruksi. Status bit yang berkaitan dengan masing-masing kondisi tersebut yang menentukan kondisi eksekusi dari instruksi berikutnya.

KONTAK DAN RELAY PADA LADDER DIAGRAM

Kontak umumnya berfungsi sebagai penyambung atau pemutus arus listrik. Seperti halnya saklar, Kontak memiliki 2 kondisi utama, yaitu NO (Normally Open) dan NC (Normally Closed). Kontak NO dalam kondisi belum diaktifkan dalam keadaan terbuka, sedang NC dalam keadaan tertutup. Dalam progam PLC dengan Ladder diagram, kontak sebagai penyambung atau pemutus logika program ke sisi sebelah kanannya.

Coil/Relay pada Ladder secara umum sama dengan relay fisik yang telah kita bahas pada komponen kendali industry. Dalam program PLC, relay umumnya disimbolkan dengan bentuk bulatan. Contoh kontak dan relay dalam diagram Ladder adalah sebagai berikut:

Gambar di atas adalah kontak dari Input dengan alamat 0.00 yang digunakan untuk mengendalikan relay 1.00 dan 1.01. Baris pertama adalah kontak NO sedangkan baris kedua adalah Kontak NC. Dalam kondisi Input belum diaktifkan, kontak NC sudah tersambung sehingga menyalakan relay 1.01. Saat Input diaktifkan, maka yang terjadi adalah :

Saat ini Relay 1.00 aktif karena Kontak 0.00 diaktifkan. Dari gambar dapat diketahui apabila relay dengan nama tertentu dikatifkan, maka semua kontak dengan nama yang sama akan aktif, dalam hal ini semua kontak pada relay 1.00 akan aktif.

LOGIKA DASAR PEMROGRAMAN PLC

Ada banyak kondisi pengendalian yang menyaratkan beberapa keadaan yang harus dipenuhi, sehingga kondisi output – output tertentu dapat aktif sesuai dengan yang diharapkan. Sebagai contoh, untuk mesin bor otomatis, mungkin ada kondisi bahwa motor bor hanya dapat diaktifkan bila limit switch tertekan yang menunjukkan adanya benda kerja dan posisi bor sebagai pada permukaan benda kerja. Situasi semacam ini akan melibatkan logika DAN sebagai fungsi logika, dimana kondisi A dan kondisi B keduanya terpenuhi sehingga output dapat diaktifkan. Bagian ini akan membahas tentang logika – logika tersebut.

Logika DAN (AND)

Gambar di bawah menunjukkan bahwa output tidak dapat diaktifkan kecuali kedua kontak aktif. Kombinasi kontak semacam ini disebut dengan logika DAN atau AND Logic. Dengan demikian, jika hanya salah satu input A atau B saja yang aktif, maka output tidak akan menyala.

Salah satu contoh penerapan logika dasar pemrograman PLC ini adalah pada pengoperasian beberapa mesin industry misalnya pada proses stamping produk. Saat akan melakukan stamping, operator harus menekan 2 tombol yang berada di dekat tangan kanan dan kirinya, sehingga dapat dihindari kecelakaan kerja.

Logika ATAU (OR)

Gambar di bawah menunjukkan bahwa output dapat diaktifkan hanya dengan mengaktifkan salah satu kontak saja, baik A mapun B. Kombinasi kontak semacam ini disebut dengan logika ATAU atau OR Logic.

Contoh penerapan logika dasar pemrograman PLC ini adalah pada pengoperasian motor konveyor, motor dapat diaktifkan dari beberapa tempat dengan menggunakan beberapa tombol berbeda. Karena fungsinya ini lah logika ATAU sering disebut sebagai logika alternative.

Logika TIDAK (NOT)

Perhatikan gambar di bawah. Sebelum kontak A ditekan, output sudah menyala. Namun sebaliknya saat kontak A ditekan, output akan mati. Logika ini disebut dengan TIDAK atau NOT Logic. Logika ini sering digunakan untuk memutus aliran arus listrik atau digunakan sebagai instruksi OFF.

Tiga logika dasar pemrograman PLC ini yang untuk selanjutnya akan digunakan sebagai dasar membuat program di PLC. Secara umum PLC memiliki metode logika yang sama, apa pun yang membedakan adalah tentang notasi pengalamatannya. Instruksi dan fitur dalam pemrograman PLC akan dibahas lebih lanjut pada artikel berikutnya.