BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 Programmable Logic Controller (PLC)

Definisi PLC menurut National Electrical Manufacturing Association (NEMA)

adalah perangkat elektronik digital yang memakai programmable memory untuk

media penyimpanan internal dari instruksi-instruksi yang mengimplementasikan

fungsi-fungsi spesifik seperti logika berurutan, pewaktu, pencacah, dan aritmatika

untuk mengontrol modul-modul input/output digital ataupun analog dari berbagai

mesin atau proses2.

PLC pada dasarnya adalah sebuah komputer yang didesain untuk dipakai di mesin

kontrol. Tidak seperti komputer, PLC telah dirancang untuk beroperasi di lingkungan

industri dan disertai dengan antarmuka input/output dan bahasa pemrograman kontrol

tersendiri. Singkatan yang umum untuk alat ini di lingkungan industri adalah PC

(Programmable Controller). Singkatan PC juga terkenal di masyarakat umum sebagai

singkatan dari Personal Computer, untuk itu singkatan PC diubah menjadi PLC

(Programmble Logic Controller)3.

Pada awalnya PLC dipakai untuk menggantikan perangkat keras relay logika, tetapi

karena perkembangan dari tipe-tipe fungsi yang dipakai, sehingga aplikasi yang dapat

2 Sumber : www.nema.org 3 Sumber : www.plcs.net

4

berjalan di PLC juga makin komplek. Struktur PLC yang hampir sama dengan

komputer menyebabkan PLC mampu untuk menjalankan tidak hanya relay switching

tetapi juga aplikasi lain seperti pewaktu, pencacah, pembanding dan lain lain.

Keuntungan penggunaan PLC dibanding perangkat keras relay logika antara lain :

• Ukuran yang relatif lebih kecil

• Kemampuan untuk diprogram

• Relatif lebih murah

• Beberapa jenis PLC dapat diperbanyak modul-modulnya

• Dapat digunakan untuk memonitor jalannya proses pengendalian yang sedang

berlangsung

2.1.1 Bagian-bagian PLC

Pada dasarnya bagian-bagian PLC dapat dibagi menjadi 4 bagian utama yaitu Central

Processing Unit (CPU), modul input/output, power supply dan programming device

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.14.

CPU adalah “otak” dari PLC yang berfungsi untuk mengeksekusi program yang

ditanam oleh programming device, mengontrol komunikasi antar modul dan

melakukan perubahan status I/O berdasarkan program yang ada di memori.

Power supply adalah komponen PLC yang berfungsi untuk memberikan arus listrik ke

komponen PLC yang lain. Pada beberapa PLC arus listrik yang diberikan ke PLC

dibedakan dengan arus listrik untuk divais eksternal.

4 Sumber : www.plcs.net

5

Modul input/output adalah antarmuka antara PLC dengan divais eksternal. Antarmuka

ini mengkonversi sinyal yang diterimanya dari divais eksternal menjadi sinyal logika

yang dapat dimengerti oleh CPU.

Programming device adalah alat untuk membuat program yang nantinya akan ditanam

ke memori program PLC. Programming device dapat berupa personal computer

ataupun hand-held unit.

Gambar 2.1 Bagian-bagian PLC

Ada dua jenis PLC dilihat dari bentuknya yaitu modular dan fixed sepert terlihat pada

Gambar 2.2. PLC yang kecil dan memiliki I/O yang sedikit biasanya hadir dalam

bentuk fixed. PLC jenis ini hadir dalam satu paket, semua komponennya seperti CPU,

Antarmuka I/O, power supply dan port komunikasi terintegrasi di dalamnya.

Kelebihan utama dari PLC ini adalah harganya yang lebih murah dan biasanya jenis

serta jumlah I/O dapat ditambah dengan membeli unit tambahannya (expander unit).

Kelemahan PLC jenis ini adalah keterbatasan fitur yang tersedia, jumlah I/O yang

sedikit dan yang paling utama jika terjadi kegagalan dalam salah satu komponen

sistemnya maka komponen yang lain juga akan mengalami hal yang sama. Berbeda

dengan PLC fixed, PLC bentuk modular biasanya adalah PLC dengan fitur yang

6

relatif lengkap, jumlah dan jenis I/O yang banyak, fungsi yang dapat dijalankan juga

banyak. Pada PLC ini komponen-komponennya terpisah menjadi modul-modul.

Setiap modul memiliki fungsi tersendiri dan terpisah dari modul yang lain. Sebuah

backplane mengkoneksikan modul-modul tersebut secara elektrik sehingga dapat

berkomunikasi satu sama lain5.

Gambar 2.2 Bentuk-bentuk PLC

2.1.2 Prinsip operasi PLC

PLC bekerja dengan melakukan pemindaian (scanning) program secara kontinyu

berulang ulang. Proses pemindaian terdiri dari tiga langkah yaitu6 :

• Cek status masukan.

Modul masukan menerima sinyal dari divais eksternal dan mengkonversikannya

ke sinyal logika yang dapat dimengerti oleh CPU serta menyimpannya dalam

register input.

• Ekseskusi program

5 Sumber : Programmable Controllers Operation Manual, OMRON Electronics 6 Sumber : Programmable Controllers Operation Manual, OMRON Electronics

7

CPU menjalankan program aplikasi kontrol yang terdapat pada memori dengan

sinyal logika yang ada di register modul input sebagai masukan dari program

tersebut.

• Update status keluaran

Setelah mengeksekusi program aplikasi maka PLC akan mengupdate sinyal

logika pada register modul keluaran. Modul keluaran mengkonversi sinyal

logika yang ada di register keluaran menjadi sinyal yang dapat dipakai untuk

mengkontrol eksternal divais yang lain. Setelah itu kembali lagi ke langkah

pertama secara terus-menerus dan berulang-ulang seperti terlihat pada Gambar

2.3.

Waktu untuk menjalankan ketiga proses pemindaian tersebut selama satu kali disebut

waktu respon dari PLC. Waktu respon ini berpengaruh terhadap kesalahan pembacaan

status input, semakin kecil waktu respon PLC maka semakin kecil kemungkinan

terjadi kesalahan pembacaan status masukan.

8

Gambar 2.3 Proses pemindaian

2.2 Diagram Tangga (Ladder Diagram)

Seperti telah disebutkan sebelumnya, kelebihan yang membuat PLC lebih handal dari

relay konvensional adalah kemampuannya untuk diprogram ulang tanpa mengubah

rangkaian fisiknya. PLC dipakai untuk mengotomasi proses melalui program yang

ditanamkan padanya.

Pada tugas akhir ini pemrograman PLC akan menggunakan ladder diagram karena

bentuk pemrograman ini paling banyak digunakan dan paling mudah dipahami oleh

user. Pada ladder diagram memiliki beberapa fungsi utama antara lain7:

7 Sumber : Frank D Petruzella, Programmable Logic Controller

9

2.2.1 Normally open

Diagram ini memiliki analogi seperti sakelar, terhubung apabila parameternya bernilai

1 atau ON. Parameternya berupa alamat register modul masukan. Berikut lambang

dari instruksi Normally Open.

2.2.2 Normally close

Diagram ini merupakan kebalikan dari Normally open, terhubung apabila

parameternya bernilai 0 atau OFF. Parameternya berupa alamat register modul.

Berikut lambang dari instruksi Normally Close.

2.2.3 Coil

Parameter dari diagram ini menunjukkan register modul keluaran yang dituju.

Register ini akan bernilai 1 atau ON apabila terdapat power pada controller.

Parameternya hanya dapat berisi alamat register modul keluaran. Berikut lambang

dari instruksi Coil.

10

2.2.4 Negatif coil

Kebalikan dari diagram Coil adalah Negatif Coil. Register ini akan bernilai 1 atau ON

apabila tidak terdapat power pada controller. Parameternya hanya dapat berisi alamat

register modul keluaran. Berikut lambang dari instruksi Negatif Coil.

2.2.5 Logika OR

Logika ini akan bernilai 1 jika satu atau lebih komponen masukannya bernilai 1.

Logika OR diperlihatkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Logika OR

Berikut contoh dari instruksi OR

2.2.6 Logika AND

Logika ini akan bernilai 1 jika semua komponen inputnya bernilai 1. Logika AND

diperlihatkan pada Tabel 2.2.

11

Tabel 2.2 Logika AND

Berikut contoh dari instruksi AND

2.3 Mikrokontroler ATMEL AT89S52

Mikrokontroler ATMEL AT89S52 merupakan pengembangan dari mikrokontroler

standar MCS-51. Mikrokontroler jenis ini memiliki berbagai kelebihan dibanding

jenis MCS-51, diantaranya8 :

• Kompatibel dengan mikrokontroler standar MCS-51

• 8 KB Downloadable flash memory

• 2 KB EEPROM

• Tegangan operasi 4V sampai 6V

• 3 level program memory lock

• 256 byte RAM internal

• 4 port pararel masing masing 8 bit

• 3 buah 16 bit Timer/Counter

• 9 sumber interupsi 8 Sumber : ATMEL. Datasheet AT89S52

12

• Programable UART (port serial)

• Dual data pointer

Dipakainya downloadable flash memory memungkinkan mikrokontroler ATMEL

AT89S52 dapat diprogram tanpa memerlukan tambahan chip lain seperti di jenis

MCS-51. Flash memori ini juga mampu ditulis ulang sampai 1000 kali. Adanya

EEPROM 2K internal dapat memungkinkan kita menyimpan data permanen ke dalam

mikrokontroler ini tanpa perlu khawatir terputusnya catu daya.

Oleh karena kelebihan-kelebihan yang dimilikinya itu maka dinilai sangat cocok

untuk dipakai sebagai komponen utama pembuatan PLC. Untuk menggunakan fitur-

fitur tersebut kita terlebih dahulu harus mengetahui special function register (SFR)

yang dimiliki oleh mikrokontroler ini berikut fungsinya. SFR adalah register yang

terdapat pada mikrokontroler yang memiliki tugas khusus.

2.3.1 Susunan pin mikrokontroler ATMEL AT89S52

Mikrokontroler ATMEL AT89S52 biasa dikemas dalam bentuk Dual In Line Package

(DIP) seperti terlihat pada Gambar 2.49.

Berikut adalah deskripsi pin-pin yang terdapat pada Gambar 2.5 :

VCC

Sumber tegangan +5V

9 Sumber : ATMEL. Datasheet AT89S52

13

GND

Ground

Port 0

Port 0 adalah port 8 bit yang bersifat dua arah, bisa sebagai masukan dan juga

keluaran. Ketika 1 dituliskan ke port 0, maka port 0 berfungsi sebagai masukan

active-low. Port 0 dapat juga berfungsi untuk penunjuk alamat bawah dari

eksternal memori program ataupun data.

Gambar 2.4 Susunan Pin Mikrokontroler ATMEL AT89S52

Port 1

Port 1 adalah port 8 bit yang bersifat dua arah, bisa sebagai masukan dan juga

keluaran. Ketika 1 dituliskan ke port 1, maka port 1 berfungsi sebagai masukan

active-low. Beberapa pin port 1 memiliki fungsi tambahan, P1.0 dapat

14

dikonfigurasi sebagai masukan pencacah eksternal Timer/Counter 2 (T2), P1.1

dapat dikonfigurasi sebaagai masukan trigger Timer/Counter 2 (T2EX), dan P1.4,

P1.5, P1.6, P1.7 dapat dikonfigurasi sebagai pemilih port slave SPI, data

input/output, dan master clock.

Port 2

Port 2 adalah port 8 bit yang bersifat dua arah, bisa sebagai masukan dan juga

keluaran. Ketika 1 dituliskan ke port 2, maka port 2 berfungsi sebagai masukan

active-low. Port 2 dapat juga berfungsi untuk penunjuk alamat atas dari memori

eksternal program ataupun data.

Port 3

Port 3 adalah port 8 bit yang bersifat dua arah, bisa sebagai masukan dan juga

keluaran. Ketika 1 dituliskan ke port 3, maka port 3 berfungsi sebagai masukan

active-low. Beberapa pin port 3 memiliki fungsi tambahan seperti dapat dilihat

pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3 Fungsi tambahan port 3

15

RST

Masukan reset, level tinggi pada pin ini selama 2 kali waktu siklus mesin ketika

osilator dalam keadaan running akan mereset mikrokontroler.

ALE/PROG

Address Latch Enable (ALE) adalah pulsa keluaran untuk mengaitkan alamat bawah

ketika mengakses memori eksternal. Pin ini juga sebagai pulsa masukan program

(PROG) ketika memprogram flash memory.

PSEN

Program store enabled adalah pulsa pengaktif untuk membaca memori esternal.

Saat mikrokontroler melaksanakan instruksi dari program yang berasal memori luar,

PSEN akan diaktifkan 2 kali tiap siklus mesin, kecuali pada saat mengakses data

dari memori eksternal.

EA

External Acces Enabled. EA harus dihubungkan dengan ground jika ingin

mengakses dari program yang ada di memori luar beralamat 0000H sampai FFFFH.

EA harus dihubungkan dengan VCC jika menggunakan program dari memori

internal.

16

XTAL1 dan XTAL2

XTAL1 adalah input untuk penguatan inverting osilator dan XTAL2 adalah output

dari penguatan inverting osilator.

2.3.2 Special function register (SFR) mikrokontroler AT89S52

Seperti telah diterangkan sebelumnya SFR merupakan register dengan tugas khusus.

SFR pada mikrokontroler AT89S52 memiliki alamat dari 80H sampai FFH atau

dengan kata lain ada pada 128 Byte atas dari RAM. Terdapat 128 lokasi alamat untuk

SFR. Namun demikian tidak semuanya terpakai, sisa yang ada disediakan untuk

vendor lain yang akan mengembangkan mikrokontroler ini. Gambar 2.5

memperlihatkan pemetaan dari SFR10.

Gambar 2.5 Pemetaan SFR

10 Sumber : Moh. Ibnu Malik, ST. Belajar Mikrokontroler Atmel AT89S52

17

Kita hanya akan membahas beberapa SFR yang berperan penting dalam tugas akhir

ini.

SFR SCON dan SBUF.

SFR Serial Control (SCON) beralamat di 98H dan Serial Buffer (SBUF) beralamat di

99H. Register SBUF berfungsi untuk menampung sementara data 1 byte sebelum

diterima atau dikirim. Sedangkan SCON berfungsi untuk mengontrol komunikasi

serial yang diinginkan. Isi dari SCON adalah sebagai berikut :

MSB LSB

SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI

Keterangan :

Bit(0) RI = Receive Interupt Flag. Diset oleh hardware untuk menandakan

bahwa suatu byte telah diterima.

Bit(1) TI = Transmit Interupt Flag. Diset oleh hardware untuk menandakan

bahwa suatu byte telah selesai dikirim.

Bit(2) RB8 = Receive bit 8. Bit ini digunakan sesuai mode operasi. Pada mode

2 dan 3 dimana 9 bit diterima, bit terakhir akan dicopy ke RB8.

Pada mode 1 dimana 8 bit diterima maka stop bit akan dicopy ke

RB8

Bit (3) TB8 = Transmit bit 8. adalah data ke 9 yang akan dikirimkan pada mode

2 atau 3. Diset atau dihapus oleh software sesuai dengan

kebutuhan.

18

BIT(4)REN = Receive Enable. Bit ini harus diset untuk menerima data. Jika

tidak data akan diblok.

Bit(5) SM2 = Serial Mode bit 2. Digunakan pada mode 2 atau 3 untuk

mendukung komunikasi multiprosesor

Bit(6) SM1 = Serial Mode bit 1

Bit(7) SM0 = Serial Mode bit 0

Tabel 2.4 berikut menunjukkan hubungan bit SM1 dan SM0 terhadap mode operasi

dari komunikasi serial.

Tabel 2.4 Mode operasi komunikasi serial

SFR IE

SFR Interupt Enable adalah SFR yang bertugas untuk mengatur interupsi mana saja

yang akan diaktifkan. SFR ini beralamat di A8H.

MSB LSB

EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0

Keterangan :

EA = Jika bit ini di-clear maka seluruh interupt akan tidak aktif

ET2 = Bit pengaktif interupt timer2

19

ES = Bit pengaktif interupt SPI dan UART

ET1 = Bit pengaktif interupt Timer1

EX1 = Bit pengaktif interupt external 1

ET0 = Bit pengaktif interupt timer0

EX0 = Bit pengaktif interupt eksternal 0

SFR WMCON

SFR Watchdog memori atau timer control untuk mengatur timer dan pengaksesan

memori. SFR ini beralamt di 96H. Berikut bit-bit yang ada di WMCON.

MSB LSB

PS2 PS1 PS0 EEMWE EEMEN DPS WDTTRST WDTEN

Keterangan :

PS2

PS1

PS0 = Ketiga bit ini adalah bit untuk prescaler untuk watchdog timer.

EEMWE = Bit pengaktif penulisan data ke memori EEPROM. Setelah selesai bit

ini harus diclear.

EEMEN = Bit pengaktif pengaksesan data dari internal EEPROM.

DPS = Data poniter Select. Jika bit ini diclear maka akan memilih bank

pertama (DP0) jika diset akan dipilih bank kedua (DP1)

WDTRST = Bit ini digunakan untuk mereset timer dan juga sebagai tanda bahwa

EEPROM siap ditulisi kembali

WDTEN = Bit pengaktif eatchdog timer.

20

2.4 ProView32 (PV32)

PV32 adalah kompiler untuk bahasa Assembler standar ANSI yang didesain untuk

mikroprosesor 8 bit. Software ini merupakan keluaran Franklin Software Inc. PV32

dapat digunakan pada semua mikrokontroler keluarga MCS-51 dan jenis lain yang

merupakan pengembangan dari MCS-51. Pada prinsipnya PV32 mengubah file

berekstension asm yang berisi program bahasa Assembler menjadi file-file

berekstension hex. File hex inilah nanti yang dapat didownload ke mikrokontroler,

seperti terlihat pada Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Proses di PV32

Nomor interupt disesuaikan dengan interupsi yang berkaitan dengan ISR yang kita

buat, berikut adalah tabel nomor interupt dengan interupsi terkait11 :

Table 2.5 Pengalamatan Interrupsi di PV32

11 Sumber : Pari Vallal Kannan, Micrprocessor Design Project Training

21