|
BAB 2
LANDASAN TEORI
2.1
Programmable
Logic Controller
(PLC)
Kemajuan
teknologi
yang
berkembang
pesat
dewasa
ini
mengakibatkan
industri
sebagai
produsen/penghasil barang
menggunakan cara-cara
otomatisasi
untuk meningkatkan jumlah barang yang diproduksinya secara efektif dan efisien.
Salah satu peralatan kontrol otomatis yang saat ini banyak digunakan adalah PLC
(Programmable Logic Controller).
Nama
PLC
diberikan oleh
sebuah
asosiasi
yang
bernama
National
Electrical
Manufacture
Association (NEMA)
pada
tahun
1978.
PLC
adalah
sebuah
relay elektronik
yang dioperasikan secara digital
menggunakan
memory
yang
dapat
diprogram
sebagai
tempat
penyimpanan
instruksi-instruksi untuk
mengimplementasikan
fungsi-fungsi
seperti
operasi
logika,
operasi
sekuensial,
pewaktuan
(Timing), pencacah
(Counter)
sampai
pengendali
aritmatika.
(Wilhelm, 1992, p.7-8).
PLC pertama kali digunakan sekitar pada tahun 1960-an untuk menggan-
tikan
peralatan konvensional
yang begitu
banyak. Perkembangan PLC saat ini
terus
mengalami perkembangan sehingga bentuk
dan
ukurannya semakin kecil.
Saat
ini terdapat PLC
yang dapat dimasukan ke dalam saku karena bentuk dan
ukurannya yang
sangat kecil, dan dalam perkembangannya, dimasa yang akan
datang akan diperkenalkan PLC dengan bentuk dan ukuran sebesar kotak rokok.
5
|
 6
2.1.1
Arsitektur
PLC
PLC
biasanya terdiri dari
4
bagian
utama
yaitu
pusat
pemrosesan data
(data process
center),
modul
masukan/keluaran
(input/output
module), pemro-
graman (programmer), dan
catu daya (power supply), seperti yang ditunjukan
pada Gambar 2.1.
Programmer
Data
Process Center
Input Module
Output
Module
Power Supply
Gambar 2. 1. Elemen-elemen dasar PLC
2.1.2
Komponen Internal
PLC
Sumber : Wilhelm, 1992,
p.5
PLC biasanya terdiri dari sebuah CPU, area memori, dan rangkaian untuk
menerima
data
masukan/keluaran
(input/output).
Gambar 2.2
menggambarkan
PLC sebagai sebuah kotak, yang terdiri dari ratusan atau ribuan relay yang terpi-
sah, pencacah
(counter),
timer, dan
tempat penyimpanan data.
Relay-relay ini
disimulasikan melalui lokasi bit dalam register.
|
 7
Rangkaian
Masukan
CPU
Relay
Masukan
Pencacah
Relay
Keluaran
Memori
Rangkaian
Keluaran
Internal
Utility
Relay
Timer
Penyimpan
Data
Sumber :
Gambar 2. 2. Komponen PLC
Fungsi masing-masing bagian tersebut adalah :
1. Relay Masukan (Input
Relay)
Bagian
ini
terhubung
langsung
dengan dunia luar. Relay
masukan
ada secara
fisik dan
menerima sinyal
dari
saklar
(switch),
sensor,
dan
lain-
lain. Sebenarnya relay masukan bukanlah relay dalam arti sebenarnya, mela-
inkan transistor yang difungsikan sebagai relay.
2. Internal Utility Relay
Bagian ini secara fisik tidak ada dan tidak menerima sinyal dari dunia
luar.
Bagian ini
merupakan simulasi dari fungsi sebuah relay dengan tujuan
untuk mengurangi relay eksternal.
3. Pencacah (Counter)
Bagian
ini
tidak
memiliki
bentuk
fisik
karena
merupakan sebuah
simulasi. Pencacah diprogram untuk
menghitung pulsa (clock) yang masuk.
Dikarenakan bagian
ini
hanyalah
sebuah
simulasi, kecepatan berhitungnya
terbatas.
|
|
8
4. Timers
Bagian
ini
tidak
memiliki
bentuk
fisik
karena
merupakan sebuah
simulasi. Timer memiliki banyak jenis dan
increment. Jenis timer yang pa-
ling
sering dijumpai
adalah
jenis ON-delay,
selain
itu
jenis
lainnya
adalah
OFF-delay. Jenis increment-nya bervariasi dari 1 milidetik sampai 1 detik.
5. Relay Keluaran (Output
Relay)
Bagian
ini
memiliki bentuk
fisik
dan
terhubung dengan
dunia
luar.
Relay keluaran
mengirim
sinyal
aktif/non-aktif (ON/OFF)
ke beban
seperti
lampu, solenoid, dan lain-lain. Relay keluaran dapat berupa transistor, relay,
atau pun triac, tergantung dari model yang dipilih.
6. Penyimpan
data
Bagian
ini
mempunyai register
yang berfungsi
untuk mempermudah
penyimpanan data. Penyimpan data digunakan sebagai tempat penyimpanan
sementara dari hasil perhitungan atau manipulasi data. Selain itu, juga dapat
digunakan untuk
menyimpan data ketika catu daya (power) PLC dimatikan.
Sehingga ketika catu daya PLC dinyalakan kembali, data-data
yang tersim-
pan masih sama seperti ketika catu daya dimatikan.
2.1.3
Operasi
PLC
PLC bekerja dengan
cara menelusuri
(scanning) program
yang telah di-
masukkan sebelumnya.
Siklus penelusuran biasanya lebih dari 3 tahap, tetapi di-
fokuskan pada bagian yang penting saja. Bagian-bagian lainnya hanya memerik-
sa sistem dan memperbaharui pencacah internal (updating internal
counter) dan
|
 9
nilai
timer.
Berikut
ini
adalah
3
tahap
penting
dari siklus
penelusuran PLC
seperti yang dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Periksa Status Masukan
Eksekusi Program
Perbaharui Status Keluaran
Gambar 2. 3. Siklus penelusuran PLC
Proses operasi PLC adalah sebagai berikut :
1. Periksa status
masukan (Check Input Status)
Pada
langkah
ini,
PLC
melihat
keadaan
setiap
masukan
yang
ada
untuk
menentukan
kondisi
setiap
masukan
tersebut
apakah
pada
keadaan
aktif atau non-aktif.
Dengan kata lain, apakah sensor yang terhubung dengan
masukan
pertama
aktif/tidak aktif,
masukan
kedua
aktif/tidak aktif,
dan
seterusnya. PLC akan
menyimpan data
masukan tersebut ke
memori untuk
dapat digunakan pada langkah berikutnya.
2. Eksekusi
program (Execute Program)
Pada
langkah kedua, PLC akan
mengeksekusi program
yang tersim-
pan di dalam
memori per
instruksi. Misalkan program
menginginkan jika
|
|
10
masukan pertama aktif, maka program tersebut harus
mengaktifkan keluaran
pertama. Dikarenakan program yang ada telah mengetahui masukan-masuk-
an
mana saja
yang aktif/tidak aktif dari langkah sebelumnya, maka program
tersebut akan menentukan apakah keluaran pertama harus diaktifkan atau di-
non-aktifkan berdasarkan
kondisi dari
masukan
pertama
yang
diterimanya.
Setelah
itu, program akan
menyimpan hasil eksekusi
tersebut dengan tujuan
untuk dapat digunakan pada langkah selanjutnya.
3. Perbaharuan status
keluaran
(Update Output Status)
Pada langkah terakhir ini, PLC memperbaharui kondisi keluaran ber-
dasarkan masukan mana yang aktif pada langkah pertama dan hasil eksekusi
program
yang dimasukkan pada
langkah kedua. Berdasarkan
contoh
pada
langkah kedua,
PLC
akan
mengaktifkan
keluaran pertama karena
masukan
pertama sudah aktif dan program menginstruksikan agar keluaran pertama di-
aktifkan pada saat kondisi ini benar.
Setelah langkah
ini dilalui, PLC akan
kembali ke langkah pertama dan
menelusuri ulang
langkah-langkah tersebut
secara
terus
menerus.
Satu
kali
penelusuran dapat diartikan
sebagai
waktu
yang diperlukan untuk mengeksekusi 3 langkah diatas.
2.2
Finite State Machine (FSM)
FSM
adalah
suatu
sistem
yang
terdiri dari
sekumpulan kondisi (state),
termasuk kondisi awal, sekumpulan event masukan, sekumpulan event keluaran,
dan
sebuah
state
transition
fuction
dictionary.thefreedictionary.com/Finite%20State%20Machine, 2004).
State
transition function mengubah sekumpulan
masukan
dan
current state
menjadi
|
 11
kumpulan keluaran dan next state. State machine dapat digambarkan sebagai se-
buah
fungsi yang
memetakan sekumpulan event masukan (input event) menjadi
sekumpulan event keluaran (output event) sesuai dengan yang diinginkan. FSM
terdiri dari dua bagian penting, yaitu sekumpulan kondisi dan sekumpulan transi-
si antara kondisi-kondisi tersebut. State digambarkan dengan simbol
lingkaran,
sedangkan transisi
digambarkan
dengan
simbol
anak panah. FSM
memiliki
2
model yang umum digunakan, yaitu model Mealy dan model Moore.
2.2.1
Model Mealy
Gambar 2.4 menggambarkan model Mealy untuk sebuah state machine.
Masukan
Logika Kombinasional
Untuk Keluaran dan
Next State
Register State
Clock
Keluaran
Umpan
Balik
State
Gambar 2. 4. Diagram blok model Mealy
Keluaran
dari
model
Mealy
tergantung
pada
kondisi
saat
itu
(present
state) dan nilai masukan (input) pada saat itu juga. Sehingga dapat disimpulkan
keluaran akan
langsung berubah ketika
terjadi perubahan pada
masukannya,
ti-
dak tergantung pada clock.
|
 12
1/0
0/0
0/0
0/0
A
0/0
B
1/0
1/0
C
D
1/1
Gambar 2. 5. State transition diagram model Mealy
Lihat Gambar 2.5, mesin ini mempunyai 4 keadaan, dan keluarannya dia-
sosiasikan dengan masukan pada kondisi (state machine).
Kondisi awal mesin adalah state
A. Apabila masukannya 1 (satu), maka
state berikutnya tetap pada state
A
dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi
masukan 0 (nol), maka state berikutnya akan berpindah ke state B dan keluaran-
nya 0 (nol). Dari state B, jika masukannya berupa 0 (nol) maka state berikutnya
akan kembali ke state
B
dan keluarannya 0 (nol). Sedang jika diberi masukan 1
(satu), maka state berikutnya akan berpindah ke state C dan keluarannya 0 (nol).
Pada state C, jika diberi
masukan 1 (satu),
maka state berikutnya akan kembali
ke state A dan keluarannya 0 (nol). Dan jika diberi masukan 0 (nol), maka state
berikutnya menjadi state D dan keluarannya 0 (nol). Terakhir untuk state D, jika
diberi masukan 0 (nol), state berikutnya akan berpindah ke state B dan keluaran-
nya
0
(nol).
Sedang
jika
diberi
masukan
1
(satu),
maka
state
berikutnya
akan
berpindah ke state C dan keluarannya 1 (satu).
|
 13
Logika
Kombinasional
Untuk
Keluaran
2.2.2
Model
Moore
Model lainnya untuk state machine adalah model Moore (lihat Gambar
2.6).
Register
Masukan
Logika
Kombinasional
Untuk
Next State
Keluaran
Clock
Umpan Balik State
Sumber
:
Gambar 2. 6. Diagram blok model Moore
Keluaran
dari
model
Moore
hanya
tergantung pada
kondisi
saat
itu
(present state).
Pada Gambar 2.6, transisi state terjadi bila ada
masukan clock.
Dalam model ini, transisi adalah fungsi dari masukan dan present state, sedang-
kan keluarannya adalah fungsi dari state.
1
0
0
A/0
0
B/0
1
C/0
0
D/0
1
1
0
E/1
1
Gambar 2. 7. State transition diagram model Moore
|
|
14
Gambar
2.7, menunjukkan
sebuah
diagram
state untuk
model
Moore
yang
mengerjakan fungsi
yang sama seperti pada
model Mealy. Perlu diketahui
bahwa
pada
penamaan
diagram
state
model Moore berbeda
dengan penamaan
pada diagram state
model Mealy, transisi-transisi diberi nama dengan
masukan-
masukan yang menyebabkan terjadinya transisi, sedangkan state-nya diberi nama
dengan keluaran yang sesuai (keluaran hanya sebuah fungsi dari state, dan tidak
tergantung secara
langsung
pada
masukan).
Kondisi
awalnya
adalah
state
A
dengan keluaran 0, bila ada masukan 1
maka akan berpindah ke state
A
dengan
keluaran 0. Sedangkan bila pada state A diberi masukan 0, maka akan berpindah
ke state
B
dengan keluaran 0.
Bila
pada
state
B
diberi
masukan
0
maka
akan
berpindah ke state B dengan keluaran 0, sedangkan bila state B diberi masukan 1
maka akan berpindah
ke state
C
dengan keluaran
0. Pada state
C, bila diberi
masukan 1
maka
akan berpindah ke
state A
dengan keluaran 0, sedangkan bila
state C di beri masukan 0
maka akan berpindah ke state D dengan keluaran nol.
Pada
state
D,
bila
diberi
masukan
0
maka
akan berpindah ke
state
B
dengan
keluaran 0,
sedangkan
bila
state
D
diberi
masukan
1
maka
akan berpindah ke
state
E
dengan keluaran 1.
Pada state
E
bila diberi
masukan 0, akan berpindah
ke state
D
dengan
keluaran 0,
sedangkan
bila
state E
diberi
masukan
1
maka
akan berpindah ke state A dengan keluaran nol.
2.3
ASM Chart
Diagram alir
(flowchart)
merupakan cara yang tepat untuk menggambar-
kan urutan dari langkah-langkah prosedur yang harus dijalankan oleh sistem.
Se-
buah diagram alir untuk suatu algoritma perangkat keras harus
memiliki karak-
|
 15
teristik khusus yang dapat mewakili algoritma dari implementasi perangkat keras.
Sehingga
digunakanlah diagram alur
khusus
yang
disebut
dengan
Algorithmic
State Machine (ASM) chart untuk menentukan algoritma perangkat keras digital.
Pada ASM chart terdiri dari 3 elemen dasar yaitu :
1. State Box
Merupakan kotak persegi panjang yang
mengandung operasi transfer
register
(Register Transfer
Operation) atau sinyal keluaran,
yang diaktifkan
ketika unit pengendali berada dalam state tersebut. Penamaan untuk state di-
letakkan
di
sudut
atas
kiri
kotak, dan kode biner
untuk
state diletakkan
di
sudut atas kanan kotak (jika digunakan). Gambar State Box dapat lihat pada
Gambar 2.8.
Entry
Name
Binary
Code
Register Operation
Or Output
Exit
Sumber :
Mano,
Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 8. State Box
2. Scalar Decision Box
Menggambarkan pengaruh dari
sebuah
masukan
pada
suatu
unit
pe-
ngendali. Digambarkan dengan kotak berbentuk belah ketupat yang mempu-
nyai 2 jalur keluaran (lihat Gambar 2.9),
kondisi masukan berupa masukan
|
 16
bilangan biner tunggal dan ekspresi Boolean.
Sebuah jalur keluaran akan ter-
pakai jika kondisi masukan adalah True (1), dan jalur keluaran yang satunya
lagi akan terpakai jika kondisi masukan adalah False (0).
Entry
0
1
Condition
Exit 0
Exit 1
Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 9. Scalar Decision Box
3. Conditional Output Box
Digambarkan dengan bentuk kotak oval, seperti yang ditunjukan pada
Gambar
2.10.
Bentuk
ujung
yang
melengkung,
membedakannya
dengan
State
Box.
Jalur
masukan
ke sebuah Conditional
Output
Box dari
sebuah
State Box, harus
melalui satu atau
lebih Decision Box.
Jika kondisi pada ja-
lur Decision Box (yang berasal dari State Box) ke sebuah Conditional Output
Box terpenuhi,
maka transfer register atau keluaran yang tercantum didalam
Conditional Output Box akan aktif.
|
 17
Entry From Decision Box
Register Operation
Or
Output
Exit
Sumber : Mano,
Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 10. Conditional Output Box
Untuk
memberi kemudahan, maka ditambahkan elemen ke-4 yaitu,
Vector Decision Box (lihat Gambar 2.11). Menggambarkan pengaruh dari suatu
fungsi vektor dari masukan-masukan pada pengendali. Vector Decision Box di-
gambarkan dengan kotak bentuk segi
enam
yang memiliki
jalur keluaran
seba-
nyak 2
n
,
untuk suatu n-bit masukan. Kondisi masukannya berupa suatu data de-
ngan n-bit bilangan biner atau ekspresi Boolean dari n > 1. Jalur keluaran digu-
nakan jika nilai dari data sesuai dengan label yang dicantumkan pada jalur kelu-
aran.
Entry
Exit
0
Exit
1
...
n-bit
Condition
...
Exit 2
n
-1
Sumber : Mano, Kime, 2004, p.366
Gambar 2. 11. Vector Decision Box
|
 18
ASM Chart
merupakan suatu bentuk dari
state diagram
untuk rangkaian
unit pengendali sekuensial. Setiap State Box sama dengan lingkaran yang terda-
pat pada State Diagram. Decision Box sama dengan nilai-nilai masukan pada ga-
ris-garis
yang
menghubungkan
lingkaran-lingkaran dalam
State
Diagram.
Transfer register dan keluaran yang terdapat di dalam State Box dan Conditional
Output Box dapat disamakan dengan keluaran dari rangkaian sekuensial.
Lihat Gambar 2.12, keluaran yang terdapat di dalam State Box dan juga
yang terdapat dalam lingkaran pada State Diagram disebut sebagai model Moore.
S0
00
0
[0]
IN
F
1
T
S1
01
1
[0]
1
2
[1]
IN
F
T
S2
10
H
OUT
1
F
IN
T
Gambar 2. 12. ASM Chart model Moore
Lihat gambar 2.13, keluaran yang terdapat di dalam Conditional Output
Box sama dengan nilai-nilai masukan pada garis-garis yang menghubungkan an-
|
 19
tar state dalam State Diagram.
Karena tergantung pada masukan-masukan, ma-
ka disebut sebagai model Mealy.
S0
0
0/0
0
1/0
F
IN
T
S1
1
1
1/1
IN
F
T
H
OUT
Gambar 2. 13. ASM Chart model Mealy
Jadi,
jika
suatu
ASM
Chart
adalah
model Moore
maka
tidak
terdapat
Conditional Output Box dan
jika
dalam suatu ASM chart adalah
model
Mealy
maka terdapat Conditional Output Box.
2.4
FSM
based
PLC
(Finite
State
Machine
based
Programmable
Logic
Controller)
FSM adalah suatu model sistem yang memiliki banyak cara untuk meran-
cangnya
seperti berbasiskan
mikrokontroler, PLC, PC, dan sebagainya. Jika se-
buah
sistem
membutuhkan sebuah
pengendali
yang
menghubungkan keluaran
|
|
20
dari suatu state
ke state
lain
berdasarkan
kondisi
masukan
saat
itu, salah satu
caranya adalah dengan
menggunakan sebuah
metode
yang
disebut FSM
(Finite
State Machine).
Jika desain sistem yang diinginkan hanya membutuhkan suatu pengendali
untuk menerima sejumlah masukan dan
mengendalikan sejumlah keluaran yang
sudah ditentukan, maka cara terbaik
untuk desain tersebut adalah menggunakan
PLC. Jadi FSM based PLC adalah sebuah PLC yang menggunakan konsep FSM
sebagai dasar dalam merancang unit pengendali.
FSM
based PLC ditujukan untuk
mempermudah perubahan sebuah pro-
ses, dari suatu produk tertentu menjadi produk
yang
lain dengan
menggunakan
mesin
yang sama tanpa perlu
merubah rangkaian, melainkan hanya dengan
me-
ngubah program.
2.5
Relay
Relay adalah
saklar
elektromekanik
sederhana
yang
dibuat
dari
elektromagnet dan
satu
set
kontak,
lihat
Gambar 2.14. (Marshall
Brain,
2004).
Relay diaktifkan oleh arus
listrik yang mengalir pada kumparan yang terdapat di
dalamnya dan menghasilkan medan magnet.
Medan magnet tersebut akan mena-
rik saklar
yang ada, sehingga mengakibatkan saklar dapat terbuka atau tertutup.
Relay banyak digunakan dalam aplikasi industri dikarenakan sifatnya yang seder-
hana,
tahan lama, dan mempunyai kehandalan yang tinggi. Selain dibidang in-
dustri,
relay
juga
banyak digunakan
untuk
melindungi sistem
kelistrikan terha-
dap gangguan (noise).
Selain terbuat dari rangkaian elektronik, ada juga relay
|
 21
yang dihasilkan dengan memanfaatkan rangkaian pneumatic dan hidrolik, dima-
na masukannya berupa arus listrik dan keluarannya berupa mekanik.
Gambar 2. 14. Bagian dalam Relay
Relay terdiri dari sebuah sensing unit dan kumparan yang diaktifkan oleh
arus DC ataupun AC, lihat Gambar 2.15. Ketika catu daya diberikan ke kumpar-
an,
kumparan akan menghasilkan suatu
medan
magnet
yang
akan
menarik sen-
sing unit. Pada saat sensing unit tertarik, maka sensing unit akan menutup kon-
tak yang terbuka atau membuka kontak yang tertutup.
Sumber
Tegangan
220V AC
Relay
Sumber
Tegangan
12V DC
Gambar 2. 15. Rangkaian relay sederhana
|
|
22
2 fungsi dasar relay adalah :
1. Kendali aktif/non-aktif (On/Off control)
Contohnya pada
sebuah AC
(Air
Conditioning), relay digunakan untuk
me-
ngendalikan beban yang memerlukan daya besar seperti kompresor.
2. Pembatas (Limit control)
Relay
ini berfungsi
sebagai
pengendali kecepatan
motor,
yang
akan
meng-
hentikan jika motor tersebut berputar lebih lambat atau lebih cepat dari kece-
patan yang diinginkan.
Ada beberapa jenis relay elektromekanik, yaitu
a. Relay umum
Relay ini dibatasi oleh jumlah arus yang dapat
mengalir pada kontak saklar.
Pada umumnya, relay ini mempunyai 5 sampai 8 kaki dan dapat berupa satu
atau dua jalur.
b. Power Relay
Power relay mampu mengendalikan beban dengan daya yang besar. Kontak
saklar relay ini mampu dialiri arus 10 hingga 50 Ampere, bahkan lebih.
c. Penghubung (Contactor)
Relay
ini
merupakan
jenis
khusus
dari
power
relay,
yang
digunakan dalam
aplikasi industri untuk mengendalikan arus dan tegangan tinggi.
d. Relay waktu tunda (Time
Delay Relay)
Pada relay
ini, kontak tidak langsung terbuka atau tertutup setelah kumparan
diaktifkan. Kontak akan membuka atau menutup selama interval waktu ter-
|
|
23
tentu setelah kumparan diaktifkan.
Relay ini memiliki 2 jenis, yaitu delay-on
operate dan delay-on-release.
2.5.1
Kontak (Contact)
Kontak adalah bagian
yang terpenting dari sebuah
relay. Faktor-faktor
yang dapat
mempengaruhi karakteristik relay antara
lain bahan-bahan dari kon-
tak
relay, besar
tegangan dan arus
yang melaluinya, jenis beban, dan
frekuensi
kerja (operating frequency).
Untuk memperpanjang masa pakai sebuah relay, dibutuhkan sebuah rang-
kaian pelindung
untuk
mengurangi
gangguan
(noise) dan
mencegah
terjadinya
penimbunan karbon pada permukaan kontak.
Komponen-komponen yang dapat
melindungi kontak antara lain resistor.
Beberapa jenis susunan kontak relay, antara lain :
a. Kontak bentuk A
Merupakan sebuah kontak jenis Normally Open (NO), dimana kontak dalam
keadaan
terbuka
ketika kumparan tidak diberi
tegangan dan tertutup
ketika
kumparan diberi tegangan.
b. Kontak bentuk B
Merupakan sebuah
kontak
jenis Normally Closed
(NC),
dimana
kontak
da-
lam keadaan tertutup ketika kumparan tidak diberi tegangan dan terbuka keti-
ka kumparan diberi tegangan.
c. Kontak bentuk C
Merupakan kombinasi dari kontak bentuk A dan bentuk B, dimana Normally
Open dan Normally Closed terdapat pada sebuah relay.
|
 24
2.6
Motor
Beberapa jenis motor DC, contohnya adalah motor stepper,
motor servo,
motor dengan sikat atau tanpa sikat.
2.6.1
Motor
Stepper
Motor
stepper
terdiri
dari
berbagai macam
ukuran
dan
kekuatan torsi,
mulai dari
ukuran
kecil
yang digunakan
pada
floppy disc drive,
sampai
motor
stepper dengan
ukuran besar
yang digunakan pada
mesin-mesin industri.
Pada
umumnya motor stepper dibagi menjadi 2 jenis, yaitu jenis bipolar dan unipolar.
Motor
stepper
bipolar
mempunyai 4 kabel, sedangkan
motor stepper
unipolar
mempunyai 5, 6, atau 8 kabel.
Sumber :
Gambar 2. 16. Kumparan pada motor stepper
Gambar
2.16,
menggambarkan bagian
dalam dari
sebuah
motor stepper
unipolar
yang mempunyai dua kumparan dengan jumlah lilitan yang sama dan ti-
dak terhubung satu sama lain.
Setiap kumparan
mempunyai center-tap,
berupa
sebuah kabel
yang
keluar di
tengah kumparan antara dua
terminal.
Center-tap
dapat diketahui dengan mengukur hambatannya (resistance)
menggunakan ohm-
meter yang sesuai (mampu mengukur hambatan lebih kecil dari 10 ohm). Besar-
|
 25
nya
hambatan dari terminal ke center-tap, setengah kalinya dari besar
hambatan
di antara dua
terminal kumparan. Biasanya
besar
hambatan
kumparan
tertulis
pada
motor.
Sebagai
contoh
tertulis ‘5 ohms/phase’,
ini
berarti
hambatan
dari
center-tap
ke terminal kumparan sebesar 5 ohm dan besar hambatan dari termi-
nal ke terminal sebesar 10 ohm.
-
+
Sumber Tegangan DC
S
u
m
b
er :
h
ttp : //www.step p erwo rld co m
.co m
Gambar 2. 17. Konsep kerja motor stepper
Pada Gambar 2.17, arus mengalir melalui kumparan sehingga menghasil-
kan medan magnet yang menarik magnet permanen rotor yang terhubung dengan
“AS” (shaft)
dari
motor.
Prinsip dasar dari pengendalian
motor
stepper adalah
membalikkan arah arus
yang
mengalir pada dua kumparan motor stepper secara
berurutan. Dikarenakan memiliki dua kumparan dan dua arah, maka motor step-
per
memiliki urutan 4-phase. Dengan
mendapatkan urutan terminal yang benar,
maka motor akan berputar secara berurutan terus menerus.
|
 26
V+
CT
T1
A
T
1B
V+
CT
T
1A
T
V+
V+
CT
CT
T1
A
T
1B
T
1A
T
K
umpar
an 1
K
umpar
an 1
1B
K
umparan 1
K
umparan 1
1B
T
K
umpar an 2
T
T
2A
K
umparan 2
T
2B
T
K
umparan
2
K
umpar
an 2
2B
2A
2B
2A
T
2B
T2
A
T
CT
CT
V+
V+
CT
CT
V+
V+
Gambar 2. 18. Pola perpindahan tegangan positif dan Ground pada motor stepper unipolar
Pada
pengendali motor
stepper
bipolar,
arus
balik
dihasilkan dengan
membalik
polaritas
kedua
terminal
kumparan.
Sedangkan pengendali motor
stepper
unipolar menggunakan center-tap untuk
menghasilkan arus
balik.
Center-tap
tersebut dihubungkan ke kutub positif dari catu daya, dan
salah satu
dari empat
terminal dihubungkan ke
tanah
untuk mendapatkan satu step
perge-
rakan motor. Sedang
untuk
mendapatkan pergerakan
motor
yang
continuous,
hubungkan terminal lain ke tanah secara berurutan (lihat Gambar 2.18). Arus da-
pat mengalir dengan dua arah, tetapi dalam satu saat hanya boleh setengah kum-
paran yang aktif. Ini artinya keempat terminal tidak boleh dihubungkan ke tanah
pada saat bersamaan.
Sumber Daya 2
Sumber Daya 1
1a
2b
1b
2a
1
2b
a
b
a
b
2
1b
1a
2a
Gambar 2. 19. Skematik motor stepper unipolar
|
 27
Center-tap kumparan dihubungkan ke sumber tegangan positif dan termi-
nal
dari
tiap
kumparan
secara
bergantian dihubungkan ke tanah
dengan
urutan
yang benar agar dapat menarik rotor, seperti
yang ditunjukan oleh
Gambar 2.19
(ingat bahwa sebuah arus
yang
melalui sebuah koil
menghasilkan medan
magnet). Konsep diagram ini menggambarkan 90
o
step per phase.
Dalam dasar urutan searah jarum jam “Wave Drive”, gulungan 1a tidak
aktif
dan
2a
aktif untuk
menuju
ke fase berikutnya.
Rotor diarahkan dari satu
kumparan ke kumparan selanjutnya,
menghasilkan sebuah siklus terus menerus.
Perlu diketahui bahwa jika 2 kumparan aktif, maka rotor akan tertarik diantara 2
kumparan tersebut.
2.6.2
Motor
DC
Pada umumnya sebuah
motor
DC bila dilihat dari
luar akan
nampak se-
perti
sebuah
kaleng
yang
mempunyai
bagian
motor,
poros,
tutup
yang
terbuat
dari bahan nilon, dan dua buah kabel (lihat Gambar 2.20). Jika kita
hubungkan
kedua kabel tesebut (positif-negatif) ke sebuah baterai, maka poros akan berputar
(misalnya, maju). Dan jika kita balik hubungan kedua kabel (negatif-positif) ter-
sebut, maka poros akan berputar berlawanan arah (mundur).
Gambar 2. 20. Bentuk motor DC
|
 28
Gambar 2. 21. Tutup nilon motor DC
Tutup nilon pada
motor DC ditahan oleh dua buah besi, bagian dari ka-
leng.
Dengan
membuka kedua besi tersebut,
tutup
nilon pada motor DC
dapat
ditarik. Pada tutup nilon, terdapat sikat-sikat yang berfungsi
menyalurkan daya
dari baterai ke commutator sehingga motor berputar, lihat Gambar 2.21.
Gambar 2. 22. Bagian Commutator dan Armature
Bagian-bagian lainnya
dari
motor
DC
adalah
poros
yang
terdiri
dari
armature dan commutator (lihat Gambar 2.22).
Armature merupakan satu set
elektromagnet, pada contoh ini ada 3 buah elektromagnet.
Armature pada motor
ini
merupakan
suatu potongan besi-besi
tipis
yang disusun
bersama-sama, de-
|
 29
ngan kabel tembaga kecil yang dililit di setiap kutub dari tiga kutub Armature.
Akhir dari setiap kabel (sebuah kabel untuk tiap kutub) disolder ke sebuah termi-
nal, lalu setiap teminal dari 3 terminal dihubungkan ke sebuah Commutator.
Gambar 2. 23. Bagian medan magnet
Bagian terakhir dari motor DC adalah medan magnet (lihat Gambar
2.23).
Medan
magnet pada
motor
DC dihasilkan oleh kaleng
itu dan dua buah
magnet
lengkung
permanen. Di
antara
sela-sela
magnet terdapat
sebuah klip
yang berfungsi untuk menekan ujung-ujung dari kedua magnet.
2.6.
Photodioda
Photodioda
merupakan
sebuah
komponen
elektrik
(lihat
Gambar
2.24)
dan
sejenis
Photodetector. Photodioda adalah
suatu p-n
junction
yang dibuat
agar responsif terhadap masukan cahaya (Optical Input).
Sumber : http://www.jiannwa.com.tw/con-29.htm
Gambar 2. 24. Photodioda
|
|
30
Photodioda dapat digunakan dalam bias nol (Zero Bias) maupun bias ba-
lik (Reverse Bias).
Pada bias
nol, cahaya
yang jatuh pada dioda
menyebabkan
terbentuknya tegangan dan arus berarah bias maju
(Forward
bias). Sedangkan
pada
bias
balik, dioda memiliki
nilai
hambatan yang
sangat
besar.
Besar
nilai
hambatan akan berkurang ketika junction disinari oleh cahaya dengan
frekuensi
tertentu.
|