BAB IILANDASAN TEORI
2.1Mikrokontroler2.1.1Sejarah MikrokontrolerKarena kebutuhan
yang tinggiterhadapchip-chip pintar dengan berbagai fasilitasnya,
maka berbagai vendor juga berlomba untuk menawarkan produk-produk
mikrokontrolernya. Hal tersebut terjadi semenjak tahun
1970-an.Mikrokontroler pertama kali dikenalkan oleh Texas
Instrument dengan seri TMS 1000 pada tahun 1974 yang merupakan
mikrokontroler 4bit. Pada tahun 1976 Intel mengeluarkan
mikrokontroler yang kelak menjadi populer dengan nama 8748 yang
merupakan mikrokontroler 8 bit, yang merupakan mikrokontroler dari
keluarga MCS 48. Sekarang dipasaran banyak sekali ditemui
mikrokontroler mulai dari 8 bit sampai dengan 64 bit, sehingga
perbedaan antara mikrokontroler dan mikroprosesor sangat tipis.
Masing-masing vendor mengeluarkan mikrokontroler dengan dilengkapi
fasilitas-fasilitas yang cenderung memudahkan user untuk merancang
sebuah sistem dengan komponen luar yang relatif lebih sedikit. Saat
ini mikrokontroler yang banyak beredar dipasaran adalah
mikrokontroler 8 bit varian keluarga MCS51(CISC) yang dikeluarkan
oleh Atmel dengan seri AT89Sxx, dan mikrokontroler AVR yang
merupakan mikrokontroler RISC dengan seri ATMEGA8535 (walaupun
varian dari mikrokontroler AVR sangatlah banyak, dengan
masing-masing memiliki fitur yang berbeda). Dengan mikrokontroler
tersebut pengguna (pemula) sudah bisa membuat sebuah sistem untuk
keperluan sehari-hari, seperti pengendali peralatan rumah tangga
jarak jauh yang menggunakan remote control televisi, radio
frekuensi, maupun menggunakan ponsel, membuat jam digital,
termometer digital dan sebagainya.Motorola mengeluarkan seri
mikrokontroler 6800 yang terus dikembangkan hingga sekarang menjadi
68HC05, 68HC08, 68HC11, 68HC12, dan 68HC16. Zilog juga mengeluarkan
seri mikroprosesor Z80-nya yang terkenal dan terus dikembangkan
hingga kini menjadi Z180 dan kemudian diadopsi juga oleh
mikroprosesor Rabbit. Intel mengeluarkan mikrokontrolernya yang
populer di dunia yaitu 8051, yang karena begitu populernya maka
arsitektur 8051 tersebut kemudian diadopsi oleh vendor lain seperti
Phillips, Siemens, Atmel, dan vendor-vendor lain dalam produk
mikrokontroler mereka. Selain itu masih ada mikrokontroler populer
lainnya seperti Basic Stamps, PIC dari Microchip, MSP 430 dari
Texas Instrument dan masih banyak lagi.Selain mikroprosesor dan
mikrokontroler, sebenarnya telah bemunculan chip-chip pintar lain
seperti DSP prosesor dan Application Spesific Integrated Circuit
(ASIC). Di masa depan, chip-chip mungil berkemampuan sangat tinggi
akan mendominasi semua desain elektronik di dunia sehingga mampu
memberikan kemampuan komputasi yang tinggi serta meminimumkan
jumlah komponen-komponen konvensional.
2.1.2Mikrokontroler PIC (Peripheral Interface
Controller)Kontroller Antarmuka Peripheral ( PIC ) adalah salah
satu mikrokontroler canggih yang dikembangkan oleh teknologi
microchip . Mikrokontroler ini banyak digunakan dalam aplikasi
elektronik modern . Sebuah controller PIC mengintegrasikan semua
jenis port interfacing maju dan modul memori. Kontroler ini lebih
maju dari mikrokontroler normal seperti INTEL 8051. Chip PIC
pertama diumumkan pada tahun 1975 ( PIC1650 ) . Seperti seperti
mikrokontroler normal, chip PIC juga menggabungkan unit
mikroprosesor disebut CPU dan terintegrasi dengan berbagai jenis
modul memori ( RAM , ROM , EEPROM , dll ) , I / O port , timer /
counter , port komunikasi , dll
Gambar 2.1 Peripheral Interface Controller (PIC 16F84)
Semua PIC mikrokontroler keluarga menggunakan arsitektur Harvard
. Arsitektur ini memiliki program dan data yang diakses dari
kenangan terpisah sehingga perangkat memiliki bus memori program
dan memori data bus ( lebih dari 8 jalur di bus normal) . Hal ini
meningkatkan bandwidth (data throughput yang ) lebih arsitektur von
Neumann tradisional di mana program dan data yang diambil dari
memori yang sama ( mengakses melalui bus yang sama ) . Program dan
data memori memisahkan lanjut memungkinkan petunjuk untuk menjadi
berukuran berbeda dari 8 - bit lebar kata data.Struktur dasar dari
Peripheral Chip pengontrol antarmuka modern acara pada gambar di
bawah :
Gambar 2.2 Struktur Peripheral Interface Controller
2.1.3Bagian Bagian PIC (Peripheral Interface
Controller)A.CPUFungsi CPU di PIC adalah sama dengan mikrokontroler
CPU normal. Sebuah PIC CPU terdiri dari beberapa sub unit seperti
instruksi decoder, ALU, akumulator, unit kontrol, dll CPU di PIC
biasanya mendukung Instruksi Reduced Set Computer (RISC) arsitektur
(Reduced Instruction Set Computer) (RISC), jenis mikroprosesor yang
berfokus pada proses yang cepat dan efisien dari satu set yang
relatif kecil instruksi. desain RISC didasarkan pada premis bahwa
sebagian besar instruksi komputer menerjemahkan dan mengeksekusi
sederhana. Akibatnya, arsitektur RISC membatasi jumlah instruksi
yang dibangun ke dalam mikrokontroler tetapi mengoptimalkan
masing-masing sehingga dapat dilakukan dengan sangat cepat
(biasanya dalam satu siklus clock tunggal.). RISC ini struktur
memberikan keuntungan sebagai berikut.1. RISC struktur hanya
memiliki 35 instruksi sederhana dibandingkan dengan yang lain.2.
Waktu eksekusi yang sama untuk sebagian besar instruksi (kecuali
sangat sedikit angka).3. Eksekusi waktu yang dibutuhkan sangat
kurang (5 juta instruksi / detik (sekitar).
B. MemoriMemori dalam sebuah chip PIC digunakan untuk menyimpan
data dan program sementara atau permanen. Seperti seperti
mikrokontroler normal, chip PIC juga memiliki sejumlah RAM, ROM,
EEPROM, memori flash lain, dllMemori ROM digunakan untuk
penyimpanan permanen. Memori ROM juga disebut sebagai memori
program. Sebuah chip PIC memiliki sejumlah memori ROM. Memori
EEPROM adalah kategori lain memori ROM. Isi dalam perubahan EEPROM
selama jangka waktu dan pada saat itu bertindak seperti memori RAM.
Tetapi perbedaannya adalah setelah listrik padam, data tetap dalam
chip ROM ini. Ini adalah salah satu keuntungan khusus EEPROM. Dalam
chip PIC fungsi EPROM adalah untuk menyimpan nilai-nilai yang
diciptakan selama runtime. Memori RAM adalah salah satu modul
memori yang kompleks dalam sebuah chip PIC. Memori ini dikaitkan
dengan berbagai jenis register (register fungsi khusus dan register
tujuan umum) dan modul memori BANK (BANK 0, BANK 1, dll). Setelah
listrik padam, isi dalam RAM akan dihapus. Seperti seperti
mikrokontroler normal, memori RAM yang digunakan untuk menyimpan
data sementara dan memberikan hasil langsung.
C. Flash Memori Ini adalah jenis khusus dari memori di mana
BACA, TULIS, dan MENGHAPUS operasi dapat dilakukan berkali-kali.
Jenis memori diciptakan oleh INTEL korporasi pada tahun 1980.
Sebuah Chip PIC biasanya mengandung sejumlah memori flash.
D. Register Informasi yang disimpan dalam lokasi memori CPU yang
disebut register. Register dapat dianggap sebagai alas kecil CPU,
menyimpan instruksi atau data sementara. Register pada dasarnya
diklasifikasikan menjadi berikut.1) General Purpose Register (GPR)
Sebuah tujuan umum register (atau register prosesor) adalah tempat
penyimpanan kecil yang tersedia pada CPU yang isinya dapat diakses
lebih cepat dari penyimpanan lain yang tersedia di PIC. Sebuah
tujuan umum daftar dapat menyimpan baik alamat data secara
bersamaan.2) Register Fungsi Khusus (SFR) Ini juga merupakan bagian
dari lokasi memori RAM. Dibandingkan dengan GPR, tujuan mereka
adalah yang telah ditentukan selama waktu manufaktur dan tidak
dapat diubah oleh pengguna. Hal ini hanya untuk fungsi-fungsi
khusus khus.
E. InterupsiInterupsi adalah penundaan sementara dalam program
berjalan. Penundaan ini menghentikan eksekusi saat interval
tertentu. Ini Interval / delay biasanya disebut sebagai interupsi.
Ketika permintaan interupsi tiba menjadi program eksekusi saat,
kemudian berhenti eksekusi reguler. Interupsi dapat dilakukan oleh
eksternal (hardware interrupt) atau internal (dengan menggunakan
software).
F. Bis BUS adalah komunikasi atau transmisi data / penerimaan
jalan di unit mikrokontroler. Dalam sebuah chip mikrokontroler
normal, dua jenis bus biasanya tersedia.1) Data bus Bus data
digunakan untuk mengatasi memori. Fungsi data bus interfacing semua
komponen sirkuit di dalam chip PIC.2) Alamat bus Alamat bus banyak
digunakan untuk mengatasi memori. Fungsi alamat bus untuk
mengirimkan alamat dari CPU ke lokasi memori.
G.USART atau UARTPort ini digunakan untuk transmisi (TX) dan
penerimaan (RX) data. Transmisi ini dimungkinkan dengan bantuan
berbagai modul Data transceiver digital seperti RF, IR, Bluetooth,
dll ini adalah salah satu cara paling sederhana untuk berkomunikasi
chip PIC dengan perangkat lain.
H.OscillatorsUnit oscillator pada dasarnya osilasi / jam
menghasilkan sirkuit yang digunakan untuk menyediakan jam pulsa
yang tepat untuk chip PIC. Jam ini juga membantu pulsa waktu dan
penghitungan aplikasi. Sebuah chip PIC biasanya menggunakan
berbagai jenis generator jam. Menurut aplikasi dan jenis PIC
digunakan, osilator dan frekuensi yang dapat bervariasi. RC
(Resistor-Capacitor), LC (Induktor-Capacitor), RLC
(Resistor-Induktor-kapasitor), osilator kristal, dll adalah
osilator biasa digunakan dengan Sebuah chip PIC.
I.STACKSeluruh chip PIC memiliki luas untuk menyimpan alamat
kembali. Daerah ini atau unit yang disebut Stack digunakan di
beberapa kontroler antarmuka Peripheral. Hardware stack tidak dapat
diakses oleh perangkat lunak. Tapi bagi sebagian besar pengendali,
dapat dengan mudah diakses.
j.Input / output portPort ini digunakan untuk berbagai input /
output device interfacing dan kenangan. Menurut jenis PIC, jumlah
port dapat berubah.
K.Blok fungsi canggihBagian ini mencakup berbagai fitur canggih
dari chip PIC. Menurut jenis PIC, fitur ini dapat berubah. Berbagai
fitur canggih dalam antarmuka pengendali perifer power up timer,
osilator start up timer, power on reset, menonton waktu anjing,
cokelat keluar reset, dalam rangkaian debugger, pemrograman
tegangan rendah, tegangan pembanding, PKC modul.
2.1.4Kelebihan dan Kekurangan PICKekurangan PIC Arsitektur :1.
Peripheral Interface Controller hanya memiliki satu akumulator.2.
Set instruksi Kecil.3. Registrasi beralih perbankan diperlukan
untuk mengakses RAM dari perangkat lain.4. Operasi dan register
tidak ortogonal.5. Memori Program ini tidak dapat diakses.
Kelebihan dari PIC Controlled Sistem1. KeandalanSistem dikontrol
PIC sering berada mesin yang diharapkan untuk terus berjalan selama
bertahun-tahun tanpa kesalahan apapun dan dalam beberapa kasus
sembuh sendiri jika terjadi kesalahan (dengan bantuan dari
pendukung firmware).2. KinerjaBanyak sistem embedded berbasis PIC
menggunakan prosesor RISC pipelined sederhana untuk perhitungan dan
sebagian besar dari mereka memberikan on-chip SRAM untuk
penyimpanan data untuk meningkatkan kinerja.3. Konsumsi dayaSebuah
sistem PIC dikendalikan beroperasi dengan konsumsi daya minimal
tanpa mengorbankan kinerja. Konsumsi daya dapat dikurangi dengan
mandiri dan dinamis mengontrol beberapa platform kekuasaan.4.
MemoriSebagian besar sistem berbasis PIC adalah memori yang dapat
diupgrade dan akan membantu dalam mudah menambahkan lebih banyak
memori sesuai dengan penggunaan dan jenis aplikasi. Dalam aplikasi
kecil memori inbuilt dapat digunakan.
2.1.5Mikrokontroler ATMEGA32 Merupakan sebuah mikrokontrolerlow
powerCMOS 8bit berdasarkan arsitektur AVR RISC. Mikrokontroler ini
memiliki karakteristiksebagai berikut.aMenggunakan arsitektur AVR
RISC1.131 perintah dengan satuclock cycle2.32 x 8 register
umumbData dan program memori1.32 KbIn-System Programmable Flash2.2
Kb SRAM3.1 KbIn- SystemEEPROMc.Two Wire Interfaced.USART Serial
Communicatione.Master/Slave SPI Serial Interfacef. On-Chip
Oscillatorg.Watch-dog Timerh32Bi-directional I/O Tegangan operasi
2,7 5,5 V
Arsitektur AVR ini menggabungkan perintah secara efektif dengan
32registerumum. Semua register tersebut langsung terhubung dengan
ArithmeticLogic Unit (ALU) yang memungkinkan 2 register terpisah
diproses dengan satuperintah tunggal dalam satu clock cycle. Hal
ini menghasilkan kode yang efektifdan kecepatan prosesnya 10 kali
lebih cepat dari pada mikrokontroler CISC biasa. Berikut adalah
blok diagramMikrokontroler AVR ATMega32 :
Gambar 2.3 Diagram Blok ATMEGA32
Gambar 2.4 Pin Pin ATMEGA32
Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai
berikut :1. VCC2. GND (Ground)3. Port A (PA7 PA0) Port A adalah
8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin memilki
internal pull-up resistor. Output buffer port A dapat mengalirkan
arus sebesar 20 mA. Ketika port A digunakan sebagai input dan di
pull-up secara langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika
internal pull-up resistor diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki
fungsi khusus yaitu dapat berfungsi sebagai channel ADC (Analog to
Digital Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-fungsi khusus pin-pin
port A dapat ditabelkan seperti yang tertera pada tabel.
Tabel 2.1 Fungsi khususportA
PortAlternate Function
PA7ADC7 (ADC input channel 7)
PA6ADC6(ADC input channel6)
PA5ADC5(ADC input channel5)
PA4ADC4(ADC input channel4)
PA3ADC3(ADC input channel3)
PA2ADC2(ADC input channel2)
PA1ADC1(ADC input channel1)
PA0ADC0(ADC input channel0)
d. Port B (PB7 PB0)Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat
bi-directional dan setiap pin mengandung internal pull-up resistor.
Output buffer port B dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika
port B digunakan sebagai input dan di pull-down secara external,
port B akan mengalirkan arus jika internal pull-up resistor
diaktifkan.Tabel 2.2 Fungsi khususportB
PortAlternate Function
PB7SCK (SPI Bus Serial Clock)
PB6MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)
PB6MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)
PB5SS (SPI Slave Select Input)
PB3AIN1 (Analog Comparator Negative Input)OCO (Timer/Counter0
Output Compare Match Output)
PB2AIN0 (Analog Comparator Positive Input)INT2 (External
Interrupt 2 Input)
PB1T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)
PB0T0 (Timer/Counter External Counter Input) XCK (USART External
Clock Input/Output)
e. Port C (PC7 PC0)Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi
bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor.
Output buffer port C dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika
port C digunakan sebagai input dan di pull-down secara langsung,
maka port C akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor
diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C dapat ditabelkan
seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.3 Fungsi khususportC
PortAlternate Function
PC7TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)
PC6TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)
PC6TD1 (JTAG Test Data In)
PC5TD0 (JTAG Test Data Out)
PC3TMS (JTAG Test Mode Select)
PC2TCK (JTAG Test Clock)
PC1SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)
PC0SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)
f. Port D (PD7 PD0)Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi
bi-directional dan setiap pin memiliki internal pull-up resistor.
Output buffer port D dapat mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika
port D digunakan sebagai input dan di pull-down secara langsung,
maka port D akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor
diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D dapat ditabelkan
seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.
Tabel 2.4 Fungsi khususportD
PortAlternate Function
PD7OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match Output)
PD6ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)
PD6OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)
PD5TD0 (JTAG Test Data Out)
PD3INT1 (External Interrupt 1 Input)
PD2INT0 (External Interrupt 0 Input)
PD1TXD (USART Output Pin)
PD0RXD (USART Input Pin)
2.1.6Mikrokontroler ATMEGA8535Mikrokontroler merupakan suatu
komponen elektronika yang didalamnya terdapat rangkaian
mikroprosesor, memori (RAM/ROM) dan I/O, rangkaian tersebut
terdapat dalam level chip atau biasa disebut single chip
microcomputer. Pada mikrokontroler sudah terdapat komponen-komponen
mikroprosesor dengan bus-bus internal yang saling berhubungan.
Komponenkomponen tersebut adalah RAM, ROM, Timer, komponen I/O
paralel dan serial, dan interrupt controller. Dengan harga yang
terjangkau memungkinkan mikrokontroler digunakan pada berbagai
sistem elektronis, seperti pada robot, sistem alarm, peralatan
telekomunikasi, hingga sistem automasi industri.
a. Chip Mikrokontroler ATmega8535Mikrokontroler sebagai sebuah
one chip solution pada dasarnya adalah rangkaian terintregrasi
(Integrated Circuit-IC) yang telah mengandung secara lengkap
berbagai komponen pembentuk sebuah komputer. Berbeda dengan
penggunaan mikroprosesor yang masih memerlukan komponen luar
tambahan seperti RAM, ROM, Timer, dan sebagainya untuk sistem
mikrokontroler, tambahan komponen diatas secara praktis hampir
tidak dibutuhkan lagi. Hal ini disebabkan semua komponen penting
tersebut telah ditanam bersama dengan sistem prosesor ke dalam IC
tunggal mikrokontroler bersangkutan. Dengan alasan itu sistem
mikrokontroler dikenal juga dengan istilah populer the real
Computer On a Chip (komputer utuh dalam keping tunggal), sedangkan
sistem mikroprosesor dikenal dengan istilah yang lebih terbatas
yaitu Computer On a Chip (komputer dalam keping
tunggal).Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana
semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit (16-bits word) dan
sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock,
berbeda dengan instruksi MCS51 yang membutuhkan 12 siklus clock.
Tentu saja itu terjadi karena kedua jenis mikrokontroler tersebut
memiliki arsitektur yang berbeda. AVR berteknologi RISC (Reduced
Instruction Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC
(Complex Instruction Set Computing). Secara umum, AVR dapat
dikelompokkan menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga
AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang
membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan
fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan,
mereka bisa dikatakan hampir sama.
Gambar 2.5 Diagram Blok ATMEGA8535
b. Konfigurasi Pin ATmega8535Konfigurasi pin ATmega8535 bisa
dilihat pada gambar 2.6, Dari gambar tersebut dapat dijelaskan
secara fungsional konfigurasi pin ATmega8535 sebagai berikut :1.
VCC merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya.2.
GND merupakan pin ground.3. port A (PA0..PA7) merupakan pin I/O dua
arah dan pin masukan 4. Port B (PB0..PB7) merupakan pin I/O dua
arah dan pin fungsi khusus, yaitu Timer/Counter, komparator analog
dan SPI.5. Port C (PC0..PC7) merupakan pin I/O dua arah dan pin
fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog dan Timer Oscilator.6.
Port D (PD0..PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin fungsi khusus,
yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan komunikasi
serial.7. RESET merupakan pin yang digunakan untuk me-reset
mikrokontroler.8. XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin masukan clock
eksternal.9. AVCC merupakan pin masukan tegangan untuk ADC.10. AREF
merupakan pin masukan tegangan referensi ADC.
c. Bahasa Program AVR ATMEGAOperasi Port Input / Output1. in :
membaca data I/O port ke dalam register Contoh : in r16,PinA 2. out
: menulis data register ke I/O port Contoh : out PortA,r16 3. ldi :
(load immediate) : menulis konstanta ke register sebelum konstanta
tersebut dikeluarkan ke I/O port Contoh : ldi r16,0xff 4. sbi :
(set bit in I/O) : membuat logika high pada sebuah bit I/O port
Contoh : sbi PortB,7 5. cbi : (clear bit in I/O) : membuat logika
low pada sebuah bit I/O port Contoh : cbi PortB,5 6. sbic : (skip
if bit in I/O is clear) : lompati satu instruksi jika bit I/O port
dalam kondisi clear/low Contoh : sbic PortA,3 7. sbis : (skip if
bit in I/O is set) : lompati satu instruksi jika bit I/O port dalam
kondisi set/high Contoh : sbis PortB,3
Operasi Aritmatika1. add : Menambahkan isi dua register. Contoh
: add r15,r14 ; r15=r15+r142. adc : Menambahkan isi dua register
dan isi carry flag Contoh : adc r15,r14 ; r15=r15+r14+C3. sub :
Mengurangi isi dua register. Contoh : sub r19,r14 ; r19=r19-r144.
mul : Mengalikan dua register. Perkalian 8 bit dengan 8 bit
menghasilkan bilangan 16 bit yang disimpan di r0 untuk byte rendah
dan di r1 untuk byte tinggi. Untuk memindahkan bilangan 16 bit
antar register digunakan instruksi movw (copy register word).
Contoh : mul r21,r20 ; r1:r0=r21*r20
Operasi Logika1. and : Untuk meng-and-kan dua register Contoh :
and r23,r27 ; r23=r23 and r272. andi : Untuk meng-and-kan register
dengan konstanta immediate Contoh : andi r25,0b111100003. or :
Untuk meng-or-kan dua register Contoh : or r18,r17 ; r18=r18 or
r174. ori : Untuk meng-or-kan register dengan konstanta immediate
Contoh : ori r15,0xfe5. inc : Untuk menaikkan satu isi sebuah
register Contoh : inc r146. dec : Untuk menurunkan satu isi sebuah
register Contoh : dec r157. clr : Untuk mengosongkan (membuat jadi
nol) isi register Contoh : clr r15 ; r15=0x008. ser : Set all bit
in register. Membuat jadi satu isi register Contoh : ser r16 ;
r16=0xff
Instruksi Percabangan1. sbic (skip if bit in I/O is cleared) :
Skip jika bit I/O yang diuji clear2. sbis (skip if bit in I/O is
set) : Skip jika bit I/O yang diuji set3. sbrc (skip if bit in
register is clear) : Skip jika bit dalam register yang diuji
clear4. cp (compare) : Membandingkan isi dua register5. mov (move)
: Meng-copy isi dua register6. cpi (compare with immediate) :
Membandingakan isi register dengan konstanta tertentu.7. breq
(branch if equal) : Lompat ke label tertentu jika suatu hasil
perbandingan adalah sama.8. brne (branch if not equal) : Lompat ke
label tertentu jika suatu hasil perbandingan adalah tidak sama.9.
rjmp (relative jump) : Lompat ke label tertentu.10. rcall (relative
call) : Memanggil subroutin.11. ret (return) : Keluar dari
subrutin.
2.2Programmable Logic Controller (PLC)2.2.1Sejarah PLCPLC
pertama kali diperkenalkan pada tahun 1960-an.Alasan utama
perancangan PLC adalah untuk menghilangkan beban ongkos perawatan
dan penggantian sistem control mesin berbasis relay. Bedford
Associates (Bedford, MA) mengajukan usulan yang di beri nama
MODICON (kepanjangan dari Modular Digital Controller) untuk
perusahaan-perusahaan mobil di Amerika. Sedangkan perusahaan lain
mengajukan sistem berbasis computer (PDP-8). MODICON 084 merupakan
PLC pertama di dunia yang di gunakan pada produk komersial.Saat
kebutuhan produksi berubah maka demikian juga dengan sistem
control-nya. Hal ini menjadi sangat mahal jika perubahannya terlalu
sering. Karena relai merupakan alat mekanik,maka tentu saja
memiliki umur hidup atau mesa penggunaanya terbatas,yang akhirnya
membutuhkan jadwal perawatan yang ketat. Pelacakan kerusakan atau
kesalahan menjadi cukup membosankan jika banyak relai yang
digunakan. Bayangkan saja sebuah panel yang dilengkapi monitor
ratusah hingga ribuan relai yang terkandung dalam sistem
tersebut.Dengan demikian pengontrolan baru (the new controller) ini
harus memudahkan para teknisi perawatan dan teknisi lapangan
melakukan pmrograman. Umur alat harus menjadi lebih panjang dan
program proses dapat dimodipikasi atau dirubah dengan lebih mudah.
Serta harus mampu bertahan dalam lingkungan industri yang
keras.Jawabannya penggunaan teknik pemrograman yang telah banyak
digunakan. (Masalah kebiasaan dan pada dasarnya bahwa People do not
like to change) dan mengganti bagian-bagian mekanik dengan
teknologi solid-state (IC atau mikro elektronika atau
sejenisnya).Pada pertengahan tahun 1970-an,teknologi PLC yang
dominan adalah sekuenser mesin kondisi dan CPU berbasis bit-slice.
Proses AMD 1901 dan 1903 cukup popular digunakan dalam MODICON dan
PLC A-B. Mikroprosesor konvensional kekurangan daya dalam
menyelesaikan secara cepat logika PLC untuk semua PLC, kecuali PLC
kecil. Setelah mikroprosesor konvensional mengalami perbaikan dan
pengembangan, PLC yang besar-besar mulai banyak menggunakan-nya.
Bagai manapun juga, hingga saat ini masih ada yang berbasis pada
AMD 2903.Kemampuan komunikasi pada PLC mulai muncul pada awal-awal
tahun 1973. Sistem yang pertama adalah Modbus-nya MODICON. Dengan
demikian PLC bias melakukan komunikasi dengan PLC lain dan bias
ditempatkan lebih jauh dari lokasi mesin sesungguhnya yang
dikontrol. Sekarang komampuan komunikasi ini dapat digunakan untuk
mengirimkan dan menerima berbagai macam tegangan untuk membolehkan
dunia analog ikut terlibat. Tetapi bagaimanapun juga, saat itu
merupakan tahun sangat hebat untuk PLC.Pada tahun 1980-an dilakukan
usaha untuk menstandarisasi komunikasi dengan protokol otomasi
pabrik milik General Motor (General Motors Manufacturing Automation
Protocol) (MAP). Juga merupakan waktu untuk memperkecil ukuran PLC
dan pembuatan prangkat lunak pemrograman melalui pemrograman
simbolik dengan komputer PC dari pada pemrograman terminal
pemrograman atau menggunakan pemrograman genggam (Handheld
Perogrammer). Sekarang, PLC terkecil seukuran dengan sebuah control
relai tunggal (seperti produk ZEN Programmabel Relay dari
Omron).Tahun 1990-an dilakukan reduksi protokol baru dan
moderinisasi lapisan fisik dari protocol-reotokol popular yang
bertahan pada tahun 1980-an. Standar terakhir (ICE 1131-3) berusaha
untuk menggabungkan bahasa pemrograman PLC dibawah satu standar
internasional sekarang bisa dijumpai PLC-PLC yang dapat diprogram
dalam diagram fungsi blok, daftar intruksi, C dan teks terstruktur
pada saat bersamaan.
2.2.2Komponen Komponen PLCPLC seseungguhnya merupakan sistem
mikrokontroler khusus untuk industry, artinya seperangkat perangkat
lunak dan keras yang di adaptasi untuk keperluan aplikasi dalam
dunia industri.Elemen-elemen dasar sebuah PLC
Gambar 2.6 Elemen Elemen Dasar PLC
A. Unit Pengolahan Pusat (CPU - Central Prosesing Unit)Untuk
pengolah pusat atau CPU merupakan otak dari sebuah kontroler PLC,
CPU itu sendiri biasanya merupakan sebuah mikrokontroler (persi
mini mikro komputer lengkap). Pada awalnya merupakan mikrokontroler
8-bit seperti 8051, namun saat ini bias merupakan mikrokontroler
16-atau 32-bit. Biasanya, untuk produk-produk PLC buatan Jepang,
mikrokontrolernya adalah Hitachi dan Fujitsu, sedangkan untuk
produk Eropa banyak menggunakan Siemens dan Motorola untuk
produk-produk Amerika. CPU ini juga menangani komunikasi dengan
piranti eksternal, interkonrktivitas antara bagian-bagian internal
PLC, eksekusi program, manajemen memori, mengawasi atau masukan dan
memberikan sinyal ke keluaran (sesuai dengan proses atau program
yang dijalankan). Kontroler suatu PLC memiliki memiliki suatu rutin
kompleks yang digunakan untuk memeriksa memori agar dapat
dipastikan memori PLC tidak rusak, hal ini dilakukan karna alasan
keamanan. Hal ini bias dijumpai dengan adanya indikator lampu pada
badan PLC sebagai indikator terjadinya kesalahan atau
kerusakan.
B. MemoriMemori sistem (saat ini banyak yang mengimplementasikan
prnggunaan teknologi Flash) digunakan oleh PLC untuk sistem kontrol
proses. Selain berfungsi untuk menyimpan sistem operasi juga
digunakan untuk menyimpan program yang harus dijalankan dalam
bentuk biner, hasil terjemahan diagram tangga yang dibuat oleh
pengguna atau pemrogram. Isi dar memori Flesh tersebut dapat
berubah (bahkan dapat juga dikosongkan atau dihapus) jika memang
dikehendaki seperti itu tetapi yang jelas dengan penggunaan
teknologi flash, proses penghapusan dan penginstalan kembali memori
dapat dilakukan dengan mudah (dan cepat). Pemrograman PLC biasanya
dilakukan melalui kanal serial komputer yang bersangkutan. Memori
pengguna dibagi menjadi beberapa blok yang memiliki fungsi khusus.
Beberapa bagian memori digunakan untuk menyimpan setatus masukan
dan keluaran. Status yang sesungguhnya dari masukan maupun keluaran
disimpan dalam logika atau bilangan 0 dan 1 (dalam lokasi bit
memori tertentu). Masing-masing masukan atau keluaran berkaitan
dengan sebuah bit dalam memori. Sedangkan bagian dari memori
digunakan untuk menyimpan isi variable-variabel yang digunakan
dalam program yang dituliskan. Misalnya, nilai pewaktu atau nilai
pencacah bias dicampur dalam bagian memori ini.
C. Catu Daya PLCCatu daya listrik digunakan untuk memberikan
pasokan catu daya keseluruh bagian PLC (termasuk CPU, memori dan
lain-lain). Kebanyakan PLC bekerja dengan catu daya 24 VCD atau 220
VAC. Beberapa PLC catu daya-nya tepisah (sebagai modul tersendiri).
Yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan yang medium
atau kecil, catu daya sudah menyatu penggunaan harus menentukan
berapa besar arus yang diambil dari modul keluaran/masukan untuk
memastikan catu daya yang bersangkutan menyediakan sejumlah arus
yang memeng dibutuhkan. Tipe modul yang berbeda menyediakan
sejumlah besar arus listrik yang berbeda.Catu daya listrik ini
biasanya tidak digunakan untuk memberikan catu daya langsung ke
masukan maupun keluaran, artinya masukan dan keluaran murni
merupakan saklar (baik relai maupun optoisolator). Pengguna harus
menyediakan catu daya terpisah untuk masukan dan keluaran PLC.
Dengan cara demikian, maka lingkungan industry dimana PLC digunakan
tidak akan merusak PLC-nya itu sendiri karena memiliki catu daya
terpisah antara PLC dengan jalur-jalur masukan dan keluaran.D.
Masukan Masukan PLCKecerdasan sebuah sistem terotomasi sengat
tergantung pada kemampuan sebuah PLC untuk membaca sinyal dari
berbagai macam jenis sensor dan piranti-piranti masukan lainnya.
Untuk menditeksi atau kondisi atau setatus suatu keadaan atau
proses yang sedang terjadi, misalnya, berapa cacah barang yang
sudah diproduksi, ketinggian permukaan air, tekanan udara dan
lainnya, maka dibutuhkan sensor-sensor yang tepat untuk
masing-masing kondisi atau keadaan yang akan dideteksi tersebut.
Dengan kata lain, sinyal-sinyal masukan tersebut dapat berupa
logika (ON atau OFF) maupun analog. PLC kecil biasanya hanya
memiliki jalur masukan digital saja, sedangkan yang besar mampu
menerima masukan analog melalui unit khusus yang terpadu dengan
PLC-nya. Salah satu nilai analog yang sering dijumpai adalah sinyal
arus 4 hingga 20 mA (atau mV) yang diperoleh dari berbagai macam
sensor.Lebih canggih lagi, peralatan ini dapat dijadikan masukan
untuk PLC, seperti citra pada kamera, robot (misalnya, robot bisa
mengirim sinyal ke PLC sebagai suatu informasi bahwa robot tersebut
selesai memindahkan suatu objek dan lain sebagainya) dan
lain-lain.
E. Pengaturan atau Antarmuka MasukanAntarmuka masukan berada di
antara jalur masukan yang sesungguhnya dengan unit CPU. Tujuannya
adalah melindungi CPU dan sinyal-sinyal yang tidak dikehendaki yang
biasanya merusak CPU itu sendiri. Modul antarmka masukan ini
berfungsi untuk mengonversi atau mengubah sinyal-sinyal yang sesuai
dengan tegangan kerja CPU yang bersngkutan (misalnya, masukan dari
sensor dengan tegangan kerja 24 VCD harus dikonversikan menjadi
tegangan 5 VCD agar sesuai demngan tegangan kerja CPU). Hal ini
dengan mudah bisa dilakukan menggunakan rangkaian opto-isolator
.
Gambar 2.7 Rangkaian antarmuka masukan PLC
F. Keluaran Keluaran PLCSistem terotomasi tidaklah akan kengkap
jika tidak ada fasilitas keluaran atau fasilitas untuk
menghubungkan dengan alat-alat eksternal (yang dikendalikan).
Beberapa alat atu piranti yang banyak digunakan adalah motor,
selnoida, relai, lampu indikator, speaker dan lain sebagainya.
Keluaran ini dapat berupa analog maupun digital. Keluaran digital
berlaku seperti sebuah saklar, menghubungkan dan memutuskan jalur.
Kekurangan analog digunakan untuk menghasilkan sinyal analog
(misalnya, perubahan tegangan untuk pengendalian motor secara
regulasi linear sehingga diperoleh kecepatan putar tertentu).
G. Pengaturan Atau Antarmuka KeluaranSebagai mana pada antarmuka
masukan, keluaran juga membutuhkan antarmuka yang sama yang
digunakan untuk memberikan perlindungan antara CPU dengan peralatan
eksternal, cara kerjanya juga sama yang menyalakan dan mematikan
LED didalam optosiolator sekarang adalah CPU, sedangkan yang
membaca status photo transistor, apakah menghantarkan arus atau
tidak, adalah peralatan atau piranti aksternal.
Gambar 2.8 Rangkaian antarmuka keluaran PLC
H. Jalur Eksekusi atau TambahanSetiap PLC biasanya memiliki
jumlah masukan dan keluaran yang terbatas. Jika diinginkan, lumlah
ini dapat ditambah menggunakan sebuah modul keluaran dan masukan
tambahan (I/0 wxpansion atau I/0 extansion module).
2.2.3Tipe PLCUnit PLC dibuat dalam banyak model/tipe. Pemilihan
suatu tipe harus mempertimbangkan:1. Jenis Catu DayaPLC adalah
sebuah peralatan elektronik. Dan setiap peralatan elektronik untuk
dapat beroperasi membutuhkan catu daya. Ada dua jenis catu daya
untuk disambungkan ke PLC yaitu AC dan DC.2. Jumlah I/O (Input /
Output)Pertimbangan lain untuk memilih unit PLC adalah jumlah
terminal I/O nya. Jumlah terminal I/O yang tersedia bergantung
kepada merk PLC. Misalnya PLC merk OMRON pada satu unit tersedia
terminal I/O sebanyak 10, 20, 30, 40 atau 60. Jumlah terminal I/O
ini dapat dikembangkan dengan memasang Unit I/O Ekspansi sehingga
dimungkinkan memiliki 100 I/O. Pada umumnya, jumlah terminal input
dan output megikuti perbandingan tertentu, yaitu 3:2. Jadi, PLC
dengan terminal I/O sebanyak 10 memiliki terminal input 6 dan
terminal output 4.3. Tipe Rangkaian OutputPLC dibuat untuk
digunakan dalam berbagai rangkaian kendali. Bergantung kepada
peralatan output yang dikendalikan, tersedia tiga tipe rangkaian
output yaitu: output relay, output transistor singking dan output
transistor soucing.Di bawah ini diberikan tabel yang menunjukkan
jenis catu daya, jumlah I/O,b dan tipe rangkaian output.
Gambar 2.9 Beberapa Jenis PLC dan terminal in dan out
2.2.4Spesifikasi PLC CPM1APenggunaan PLC harus memperhatikan
spesifikasi teknisnya. Mengabaikan hal ini dapat mengakibatkan PLC
rusak atau beroperasi secara tidak tepat (mal-fungsi).Berikut ini
diberikan spesifikasi unit PLC yang terdiri atas spesifikasi umum,
spesifikasi input, dan spesifikasi output.
Gambar 2.10 Spesifikasi Digital Point Input
Tabel 2.5 Spesifikasi InputButirSpesifikasi
Tegangan input24 VDC +10%/-15%
Impedansi input2,7 k
Arus input8 mA
Tegangan/arus on17 VDC input, 5 mA
Tegangan/arus off5 VDC maks, 1 mA
Tunda on10 ms
Tunda off10 ms
Konfigurasi rangkaian input
Tabel 2.6 Spesifikasi OutputButirSpesifikasi
Kapasitas Switching maksimum2 A, 250 VAC (cos = 1)2 A, 24
VDC
Kapasitas Switching minimum10 mA, 5 VDC
Usia kerja relayListrik : 150.000 operasi (beban resistif 24
VDC) 100.000 operasi (beban induktif)Mekanik : 20.000.000
operasi
Tunda ON15 ms maks
Tunda OFF15 ms maks
Konfigurasi rangkaian output
2.2.5Keunggulan Sistem Kendali PLCSistem kendali PLC memiliki
banyak keunggulan dibandingkan dengan sistem kendali
elektromagnetik sebagai berikut:1. Pengawatan sistem kendali PLC
lebih sedikit.2. Modifikasi sistem kendali dapat dengan mudah
dilakukan dengan cara mengganti program kendali tanpa merubah
pengawatan sejauh tidak ada tambahan peralatan input/output.3.
Tidak diperlukan komponen kendali seperti timer dan hanya
diperlukan sedikit kontaktor sebagai penghubung peralatan output ke
sumber tenaga listrik.4. Kecepatan operasi sistem kendali PLC
sangat cepat sehingga produktivitas meningkat.5. Biaya pembangunan
sistem kendali PLC lebih murah dalam kasus fungsi kendalinya sangat
rumit dan jumlah peralatan input/outputnya sangat banyak.6. Sistem
kendali PLC lebih andal.7. Program kendali PLC dapat dicetak dengan
cepat.
2.2.6 Penerapan Sistem Kendali PLCSistem kendali PLC digunakan
secara luas dalam berbagai bidang antara lain untuk
mengendalikan:1. Traffic light.2. Lift.3. Konveyor.4. Sistem
pengemasan barang.5. Sistem perakitan peralatan elektronik.6.
Sistem pengamanan gedung.7. Robot.8. Pemrosesan makanan dan lain
lain.2.2.7 Langkah Langkah Desain Sistem Kendali PLCPengendalian
sistem kendali PLC harus dilakukan melalui langkah-langkah
sistematik sebagai berikut:1. Memilih PLC dengan spesifikasi yang
sesuai dengan sistem kendali.2. Memasang Sistem Komunikasi.3.
Membuat program kendali.4. Mentransfer program ke dalam PLC.5.
Memasang unit.6. Menyambung pengawatan I/O.7. Menguji coba
program.8. Menjalankan program.2.2.8 Teknik Pemograman
PLC1.Unsur-unsur ProgramProgram kendali PLC terdiri atas tiga unsur
yaitu : alamat, instruksi, dan operand. Alamat adalah nomor yang
menunjukan lokasi, intruksi, atau data dalam daerah memori.
Instruksi harus disusun secara berurutan dan menempatkanya dalam
alamat yang tepat sehingga seluruh instruksi dilaksanakan mulai
dari alamat terendah hingga alamat tertinggi dalam program.
Intruksi adalah perintah yang harus dilaksanakan PLC. PLC hanya
dapat melaksanakan instruksi yang ditulis menggunakan ejaan yang
sesuai. Oleh karena itu, pembuat program harus memperhatikan tata
cara penulisan instruksi. Operand adalah nilai berupa angka yang
ditetapkan sebagai data yang digunakan untuk suatu instruksi.
Operand dapat dimasukkan sebagai konstanta yang menyatakan nilai
angaka nyata atau merupakan alamat data dalam memori.2.Bahasa
PemogramanProgram PLC dapat dibuat dengan menggunakan beberapa cara
yang disebut bahasa pemograman. Bentuk program berbeda-beda sesuai
dengan bahasa pemograman yang digunakan. Bahasa pemograman tersebut
antara lain : diagram ladder, kode mneumonik, diagram blok fungsi,
teks terstruktur. Beberapa merk PLC hanya mengembangkan program
diagram ladder dan kode mneumonik.a. Diagram LadderDiagram ladder
terdiri atas sebuah garis vertikal di sebelah kiri yang disebut bus
bar, dengan garis bercabang ke kanan yang disebut rung. Sepanjang
garis instruksi, ditempatkan kontak-kontak yang
mengendalikan/mengkondisikan instruksi lain di sebelah kanan.
Kombinasi logika kontak-kontak ini menentukan kapan dan bagaimana
instruksi di sebelah kanan dieksekusi. Contoh diagram ladder
ditunjukan pada gambar di bawah ini :
Gambar 2.11 Contoh Diagram Ladder
b. Kode Mneumonik Kode Mneumonik memberikan informasi yang sama
persis seperti halnya diagram ladder. Sesungguhnya, program yang
disimpan di dalam memori PLC dalam bentuk mneumonik memori PLC
dalam bentuk iagardam ladder.
Gambar 2.12 Contoh Kode Mneumonik
3. Instruksi Diagram LadderInstruksi diagram ladder adalah
instruksi sisi kiri yang mengkondisikan instruksi lain di sisi
kanan. Pada program diagram ladder instruksi ini disimbolkan dengan
kontak-kontak seperti pada rangkaian kendali elektromagnet.
Instruksi diagram ladder terdiri atas enam instruksi ladder dan dua
instruksi blok logika. Instruksi blok logika adalah instruksi yang
digunakan untuk menghubungkan bagisn yang lebih kompleks.Instruksi
LOD dimulai dengan dengan barisan logic yang dapat diterapkan
menjadi ladder diagram rung. Instruksi LOD digunakan setiap kali
rung baru dimulai.
Tabel 2.7 Gerbang Logika
4. Console Pemrograman
Gambar 2.13 Contoh Program consoleConsole pemrograman merupakan
bagian penting, console merupakan alat yang dipergunakan untuk
menginput program yang telah ditulis ke dalam PLC, dengan kata lain
console merupakan alat yang dipergunakan untuk memasukkan program
ke dalam memori PLC, adapun bentuk dari console dapat dilihat pada
gambar di atas yang kanan. CPU PLC dapat diset ke 3 mode/posisi
PROGRAM, MONITOR, atau RUN yang dapat dilihat dari tampilan
Programming Console (PC).2.2.9 Contoh Pemogramana. TimerTimer,
adalah instruksi yang jika instruksi ini diberikan input ON
kepadanya, maka setelah selang waktu yang ditentukan,
outputtimerini akan berubah dari keadaan awal OFF menjadi ON sampai
dengan inputtimerdimatikan (ON->OFF).Untuk lebih jelasnya, lihat
gambar dibawah ini:
Gambar 2.14 Contoh Pemograman Menggunakan Intruksi Timer
Gambar di atas adalah diagramladdersederhana untuk menghidupkan
suatu lampu menggunakan timer. Dariladderdi atas, maka jika saklar
0.00 dihidupkan, makatimerakan mulai bekerja, dan lampu belum
hidup. Setelah selang waktu 2 sekon (20 x 100 ms) maka TIM000 akan
ON dan membuat lampu 10.00 HIDUP. Lampu akan langsung mati jika
saklar dimatikan.
b. CounterCounter, adalah instruksi yang jika diberikan input ON
setelah beberapa kali seperti yang diinginkan oleh programmer, maka
outputcounterakan berubah dari keadaan awal OFF menjadi ON sampai
dengan kita memberikan input ON pada bagian resetcounter.Untuk
lebih jelasnya, lihat gambar di bawah ini:
Gambar 2.15 Contoh Pemograman Menggunakan Intruksi Counter
Gambar di atas adalah diagram ladder sederhana untuk
menghidupkan suatu lampu menggunakan counter. Dariladderdi atas,
jika kita menekan tombol 1 (0.00) sebanyak 3 kali maka CNT000 akan
ON dan membuat lampu 10.00 HIDUP. Jika kita terus menekan tombol 1
sampai beberapa kali, misalnya sepuluh kali. maka tetap saja CNT000
akan terus ON. Yang bisa mematikan CNT000 atau dengan kata lain
mematikan lampu adalah tombol 2. Cukup menekan tombol 2 sekali,
maka lampu akan OFF. Jadi pada program diatas, lampu akan menyala
setelah kita menekan tombol 1 sebanyak 3 kali dan lampu akan mati
jika kita menekan tombol 2. Jika kita sudah menekan tombol 1
sebanyak 2 kali, namun setelah itu kita menekan tombol 2, maka jika
ingin menghidupkan lampu, harus mulai dari awal lagi, yaitu dengan
menekan tombol 1 sebanyak 3 kali, karena yang 2 kali tadi sudah
direset oleh tombol 2.
2.3 HMI (Human Machine Interface)HMI (Antarmuka manusia-mesin)
adalah komponen perangkat tertentu yang mampu menangani interaksi
antara manusia dan mesin. Antarmuka terdiri dari perangkat keras
dan perangkat lunak yang memungkinkan input dari pengguna harus
diterjemahkan sebagai sinyal untuk mesin yang memberikan hasil yang
dibutuhkan kepada pengguna. Teknologi HMI (antarmuka manusia-mesin)
telah digunakan dalam industri yang berbeda seperti elektronik,
hiburan, militer, medis, dll. HMI membantu dalam mengintegrasikan
manusia ke dalam sistem teknologi yang kompleks.
Gambar 2.16 Human Machine Interface (HMI)Di HMI, interaksi pada
dasarnya terdiri dari dua jenis, yaitu, manusia ke mesin dan mesin
ke manusia. Sejak teknologi HMI meluas, antarmuka yang terlibat
dapat mencakup sensor gerak, keyboard dan perangkat peripheral,
interface pengenalan suara dan interaksi lain di mana informasi
dipertukarkan menggunakan penglihatan, suara, panas dan mode
kognitif dan fisik lainnya yang dianggap sebagai bagian dari
HMIs.Meskipun dianggap sebagai bidang teknologi mandiri, teknologi
HMI dapat digunakan sebagai adaptor untuk teknologi lainnya. Dasar
bangunan HMIs sangat tergantung pada pemahaman kemampuan fisik,
perilaku dan mental manusia. Dengan kata lain, ergonomi membentuk
prinsip-prinsip di balik HMIs. Selain meningkatkan pengalaman
pengguna dan efisiensi, HMIs dapat memberikan kesempatan yang unik
untuk aplikasi, belajar dan rekreasi. Bahkan, HMI membantu dalam
akuisisi cepat keterampilan bagi pengguna. Sebuah HMI baik mampu
memberikan interaksi yang realistis dan alami dengan perangkat
eksternal.Keunggulan yang disediakan perusahaan HMIs termasuk
adalah pengurangan kesalahan, peningkatan sistem dan efisiensi
pengguna, meningkatkan keandalan dan pemeliharaan, peningkatan
penerimaan pengguna dan kenyamanan pengguna, pengurangan pelatihan
dan keterampilan pengoperasian, pengurangan stres fisik atau mental
bagi pengguna, pengurangan kejenuhan tugas, meningkat ekonomi
produksi dan produktivitas. Touchscreens dan switch membran dapat
dianggap sebagai contoh HMIs. Teknologi HMI juga banyak digunakan
dalam virtual dan layar datar, pengenalan pola, internet dan akses
komputer pribadi, input data untuk perangkat elektronik, dan
informasi fusion. Badan profesional seperti GEIA dan ISO memberikan
standar dan pedoman yang berlaku untuk HMI.
Gambar 2.17 Diagram Blok HMI
Jadi apabila operator mengoperasikan HMI atau menginput masukan
yang dia inginkan maka HMI akan mentransfer data tersebut ke PLC
kemudian PLC akan memprogram atau memproses data tersebut yang
kemudian ditransfer ke penggerak atau driver, di dalam penggerak
data akan menghasilkan output yang berupa motor.
2.3.1Fungsi HMIFungsi dari HMI adalah sebagai berikut:1.
Memberikan informasi plant yang up-to-date kepada operator melalui
graphical user interface.2. Menerjemahkan instruksi operator ke
mesin.3. Memonitor keadaan yang ada di plant.4. Mengatur nilai pada
parameter yang ada di plant.5. Mengambil tindakan yang sesuai
dengan keadaan yang terjadi.6. Memunculkan tanda peringatan dengan
menggunakan alarm jika terjadi sesuatu yang tidak normal.7.
Menampilkan pola data kejadian yang ada di plant baik secara real
time maupun historical (Trending history atau real time).
2.3.2Bagian Bagian Utama Pada HMIHMI terdiri dari beberapa
bagian, yaitu:1. Tampilan Statis dan DinamikPada tampilan HMI
terdapat dua macam tampilan yaitu Obyek statis dan Obyek dinamik,a.
Obyek statis, yaitu obyek yang berhubungan langsung dengan
peralatan atau database. Contoh : teks statis, layout unit
produksi.b. Obyek dinamik, yaitu obyek yang memungkinkan operator
berinteraksi dengan proses, peralatan atau database serta
memungkinkan operator melakukan aksi kontrol. Contoh : push
buttons, lights, charts.2. Manajemen Alarm Suatu sistem produksi
yang besar dapat memonitor sampai dengan banyak alarm. dengan
banyak alarm tersebut dapat membingungkan operator. Setiap alarm
harus di-acknowledged oleh operator agar dapat dilakukan aksi yang
sesuai dengan jenis alarm. Oleh karena itu dibutuhkan suatu
manajemen alarm dengan tujuan mengeleminir alarm yang tidak
berarti. Jenis-jenis alarm yaitu:a) Absolute Alarm1. High dab
High-High2. Low dan Low-Lowb) Deviation Alarm1. Deviation High2.
Deviation Lowc) Rate of Change Alarms1. Positive Rate of Change2.
Negative Rate of Change3. Trending Perubahan dari variable proses
kontinyu paling baik jika dipresentasikan menggunakan suatu grafik
berwarna. Grafik yang dilaporkan tersebut dapat secara summary atau
historical.4. ReportingDengan reporting akan memudahkan pembuatan
laporan umum dengan menggunakan report generator seperti alarm
summary reports. Selain itu, reporting juga bisa dilaporkan dalam
suatu database, messaging system, dan web based monitoring.
Pembuatan laporan yang spesifik dibuat menggunakan report generator
yang spesifik pula. Laporan dapat diperoleh dari berbagai cara
antara lain melalui aktivasi periodik pada selang interfal tertentu
misalnya kegiatan harian ataupun bulanan dan juga melalui operator
demand.
2.3.3Fitur Fitur yang Terdapat Dalam HMI PT. PLN
Keterangan:
1. Untuk menampilkan gambar fungsi dummy breaker2. Untuk
menampilkan gambar geografis 20 KV Bandung Raya3. Untuk menampilkan
Menu Single Line Diagram 20 KV4. Untuk menampilkan Single Line
SCADATEL Connection5. Untuk menampilkan Konfigurasi Sistem Master
SCADATEL6. Untuk menampilkan Menu Alarm List 7. Untuk menampilkan
Menu Event Summary 8. Untuk menampilkan fungsi Sistem Summaries
32
9 . Untuk on / off fungsi sound alarm
10. Untuk fungsi capture gambar
11. Untuk fungsi Edit fungsi XIS (Historical Data) 12. Untuk
melihat pengaturan View Area
13. Untuk fungsi pengaturan Control Area
14. Untuk fungsi pergantian Shift (shift change) 15. Untuk
fungsi keluar dari Sistem SCADATEL (Log Out)
16. Untuk fungsi Log Out (bila akan ganti user)
17. Untuk melihat fungsi Database Management Tools (DMT)
18. Untuk fungsi Mode Selector (melihat model dari fungsi window
popup)19. Untuk mengarahkan tampilan baru kearah kanan, kiri atau
tengah dari monitor (tombol navigasi)20. Untuk fungsi geser
kiri,kanan,atas,bawah secara bebas 21. Untuk fungsi geser
kiri,kanan,atas,bawah secara vertikal atau horizontal22. Untuk
menampilkan fungsi help
2.3.4Perancangan HMISistem HMI yang sangat handal yang
memberikan keamanan, hemat biaya, konsisten dan kinerja intuitif
bergantung pada penerapan teknik praktik terbaik di seluruh desain
dan tata letak panel, produksi, pengujian, dan proses jaminan
kualitas. Sama seperti penting, pengetahuan yang mendalam dan
kepatuhan terhadap semua ergonomis, keamanan, dan standar industri
yang relevan harus menginformasikan setiap langkah dari desain dan
siklus manufaktur. Definisi yang jelas tentang persyaratan
fungsional, tingkat operator keahlian, dan komunikasi / interaksi
dengan sistem lain memberikan titik awal dalam proses desain
pengetahuan intensif.Berikut ini merupakan langkah-langkah unutk
merancang sistem HMI :1. Kebutuhan fungsional/operasional.2.
Menetapkan operator.3. Pemilihan teknologi kontrol terbaik.4.
Terhubung dengan sistem HMI.5. Pertimbangan keselamatan.6. Sistem
HMI berstandar dan Internasional2.3.5 Keuntungan HMIBerikut ini
keuntungan menggunakan sistem kontrol HMI :1. Pengoperasiannya
dapat diandalkan pada semua aplikasi2. Sistem HMI memungkinkan
semua elemen tubuh manusia, seperti menyentuh, melihat, mendengar
untuk menjalankan fungsi kontrol dan menerima balasan untuk
pengaturan.3. HMI didesain baik dengan langsung menampilkan
tampilan perangkat yang mau diatur secara virtual setiap saat.4.
Keefektifan dalam menemukan permasalahan pada sistem.5. Melakukan
pengawasan tanpa langsung terjun ke lapangan.
2.3.6 Aplikasi HMIBerikut ini beberapa aplikasi HMI :1. Gas
Turbine (steam cooling system)
Gambar 2.18 Aplikasi HMI Pada Gas Turbin
2. Spray drayer section (power and energy monitoring)
Gambar 2.19 Aplikasi HMI Pada Bagian Spray Drayer3. Video
monitoring of process controlGambar 2.20 Aplikasi HMI Pada Video
Monitoring
4. Tank temperature level diagnostics
Gambar 2.21 Aplikasi HMI Pada Diagnosa Temperatur
2.3.7 Sejarah HMIProduk HMI berasal dari kebutuhan untuk membuat
mesin lebih mudah untuk beroperasi, sambil menghasilkan output yang
optimal. Pendahulu dari HMI termasuk Interface Batch (1945-1968),
Command-Line User Interface (1969-sekarang), dan Graphical User
Interface (1981-sekarang). Batch Interface adalah antarmuka
pengguna non-interaktif, di mana pengguna menentukan rincian untuk
proses batch di muka, dan menerima output ketika semua proses
dilakukan. Proses batch ini tidak memungkinkan untuk input tambahan
setelah proses telah dimulai, yang bermasalah di garis manufaktur
modern. Command-Line Interface adalah mekanisme yang berinteraksi
dengan sistem operasi komputer atau perangkat lunak dengan
mengetikkan perintah untuk melakukan tugas-tugas tertentu. Konsep
antarmuka baris perintah berasal ketika mesin teletip yang
terhubung ke komputer di tahun 1950-an, dan menawarkan hasil pada
permintaan kejatuhan besar Batch Antarmuka karena tidak bisa
memberikan hasil pada permintaan. Contoh dasar Command-Line
Interface adalah jendela Disk Operating System "DOS" yang
mendominasi tahun 1980-an. Seiring waktu, interface menjadi sangat
kompleks dan sangat mudah digunakan. Salah satu antarmuka tersebut
akan menjadi Graphical User Interface (GUI). Graphical User
Interface memungkinkan orang untuk berinteraksi dengan program
dengan cara lebih dari mengetik, seperti komputer, perangkat
genggam seperti MP3 Players, Portable Media Players atau perangkat
Gaming, peralatan rumah tangga, dan peralatan kantor dengan gambar,
bukan perintah teks. Human Machine Interface berasal langsung dari
Graphical User Interface, dan berasal dari kebutuhan untuk
mengontrol dan mengoperasikan mesin jauh lebih efektif. Human
Machine Interface sebelumnya dikenal sebagai Man Machine Interface,
kini memimpin jalan dalam pengendalian proses manufaktur sebagai
perangkat yang sangat user friendly.2.3.8Fungsi dari HMI Yaitu:1.
Memberikan informasi plant yang up-to-date kepada operator melalui
graphical user interface.2. Menerjemahkan instruksi operator ke
mesin3. Engineering Development Station Bagian-bagian dari Human
Machine Interface (HMI) Meliputi;1. Tampilan Statis dan Dinamik2.
Manajemen Alarm3. Trending4. Reporting2.3.9Tampilan Statis dan
Dinamik Pada tampilan HMI terdapat dua macam tampilan yaitu objek
statis dan objek dinamik1. Objek statis, yaitu objek yang
berhubungan langsung dengan peralatan atau database. Contoh : teks
statis, layout unit produksi2. Objek dinamik, yaitu objek yang
memungkinkan operator berinteraksi dengan proses, peralatan atau
database serta memungkinkan operator melakukan aksi kontrol. Contoh
: push buttons, lights, charts2.3.10 Manajemen Alarm Suatu sistem
produksi yang besar dapat memonitor sampai dengan banyak alarm.
dengan banyak alarm tersebut dapat membingungkan operator. Setiap
alarm harus di-acknowledged oleh operator agar dapat dilakukan aksi
yang sesuai dengan jenis alarm. Oleh karena itu dibutuhkan suatu
manajemen alarm dengan tujuan mengeleminir alarm yang tidak
berarti. Jenis-jenis alarm yaitu;1. Absolute Alarm High dab
High-High Low dan Low-Low 2. Deviation Alarm Deviation High
Deviation Low3. Rote of Change Alarms Positive Rate of Change
Negative Rate of Change2.3.11Trending Perubahan dari variable
proses kontinyu paling baik jika dipresentasikan menggunakan suatu
grafik berwarna. Grafik yang dilaporkan tersebut dapat secara
summary atau historical.2.3.12Reporting Dengan reporting akan
memudahkan pembuatan laporan umum dengan menggunakan report
generator seperti alarm summary reports. Selain itu, reporting juga
bisa dilaporkan dalam suatu database, messaging system, dan web
based monitoring. Pembuatan laporan yang spesifik dibuat
menggunakan report generator yang spesifik pula. Laporan dapat
diperoleh dari berbagai cara antara lain melalui aktivasi periodik
pada selang interfal tertentu misalnya kegiatan harian ataupun
bulanan dan juga melalui operator demand. Human machine interface
(HMI) adalah sebuah interface yang membolehkan interaksi antara
seorang manusia dan sebuah mesin. Human machine interface sangat
bervariasi, dari control panel untuk nuclear power plants hingga
screen dan input button pada sebuah cell phone. Merancang interface
tersebut adalah sebuah tantangan, dan membutuhkan usaha untuk
membuat fungsi interface, dapat diakses, mudah untuk digunakan dan
logic. Beberapa engineer khusus untuk mengembangkan humen machine
interface dan mengubah cara bagaimana orang berinteraksi dengan
masin dan sistem.Dua komponen dibutuhkan pada sebuah human machine
interface. Yang pertama adalah sebuah input. User membtuhkan
beberapa cara untuk memberitahu mesin apa yang harus dilakukan,
atau untuk menentukan mesin. Contoh dari input device meliputi
keyboard, toggle, switch, touch screen, joystick, dan mouse.
Seluruh device tersebut dapat diutilisasi untuk mengirimkan command
kedalam sebuah system atau bahkan set interlink dari
sistem.Interface juga membutuhkan sebuah output, yang membolehkan
mesin untuk tetap mengupdate user pada progress command, atau untuk
menggunakan command pada space fisik. Pada sebuah computer, user
memiliki sebuah screen yang dapat mendisplay informasi. Sebuah
robot dapat memindahkan untuk merespon command dan menstore data
pada sebuah hard drive sehingga orang dapat melihat bagaimana robot
tersebut merespon.
2.4 SCADAJadi SCADA atau Supervisory Control and Data Acquition
adalah sebuah sistem yang dirancang untuk sebuah pengendalian dan
pengambilan data dalam pengawasan (Operator/Manusia). biasanya
SCADA digunakan untuk pengendalian suatu proses pada industri.
Ada dua elemen dalam Aplikasi SCADA, yaitu:
1. Proses, sistem, mesin yang akan dipantau dan dikontrol - bisa
berupa power plant, sistem pengairan, jaringan komputer, sistem
lampu trafik lalu-lintas atau apa saja.
2. Sebuah jaringan peralatan cerdas dengan antarmuka ke sistem
melalui sensor dan luaran kontrol. Dengan jaringan ini, yang
merupakan sistem SCADA, membolehkan Anda melakukan pemantauan dan
pengontrolan komponen-komponen sistem tersebut.
Anda dapat membangun sistem SCADA menggunakan berbagai macam
teknologi maupun protokol yang berbeda-beda.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) umumnya mengacu
pada sistem kontrol industri: sistem komputer yang memantau dan
mengkontrol industri, infrastruktur, atau fasilitas berbasis
proses.
2.4.1Arsitektur SCADABerikut merupakan gambaran umum arsitektur
SCADA.
Gambar 2.22 Arsitektur SCADA1. HMI (Human Machine Interface) HMI
Adalah subsistem dari SCADA yang berfungsi menampilkan data dari
hasil pengukuran di RTU ataupun menampilkan proses yang sedang
terjadi pada keseluruhan sistem. HMI merupakan sebuah software pada
computer berbasis grafis yang berfungsi untuk mempermudah
pengawasan (Supervisory) kepada sang operator. HMI mengubah
data-data dan angka kedalam animasi, grafik/trend, dan bentuk yang
mudah diterjemahkan oleh sang operator.
2. MTU (Master Terminal Unit) MTU atau Master Terminal Unit
merupakan sebuah sistem komputer(bisa komputer bisa PLC ataubahkan
microcontroller) yang bertugas memberikan data kepada HMI dari RTU.
di lain sisi MTU ini juga bertugas mengambil data dari tiap-tiap
RTU (jika RTU lebih dari 1) untuk diterjemahkan dan di berikan ke
HMI. sistem pengambilan data dari tiap-tiap RTU disebut Polling.
terkadang MTU dan HMI dapat dijadikan 1 bagian, ketika MTU
menggunakan komputer yang sama dengan HMI.
3. RTU (Remote Terminal Unit) RTU atau Remote Terminal Unit
adalah subsistem SCADA yang berfungsi sebagai terminal-terminal
(semacam stasiun data) dari hasil pengukuran, pengendalian,
pemantauan status dan lain-lain. RTU juga berfungsi menerjemahkan,
mengkonversi, menghitung sinyal dari transducer seperti pengukuran
arus listrik, Flow, Static Pressure, Differensial Pressure,
temperatur, dan lain-lain. dari hasil pengukuran tersebut hal yang
dilakukan RTU adalah melakukan kendali(jika merupakan sistem
kendali) kemudian mentransmit data ke MTU atau langsung mentransmit
ke MTU jika sistem di RTU bukan untuk pengendalian (Controlling).
RTU juga dapat berfungsi sebagai pengatur set point yang dikirimkan
dari HMI/MTU ke RTU tersebut.
4. PLC atau Device Lainnya PLC atau Programmable Logic
Controller adalah sebuah controller logic yang dapat diProgram
sesuai kebutuhan kita. PLC pada sistem SCADA biasanya di tempatkan
pada RTU, jadi PLC merupakan subsistem dari RTU. PLC ini bertugas
melakukan pengolahan/pengambilan data dari transducer/sensor
transmitter yang juga memungkinkan untuk melakukan pengendalian
pada sistem di RTU tersebut misal digunakan untuk pengaturan bukaan
Valve.
5. Sistem Komunikasi (Antar MTU dan RTU) Sistem Komunikasi,
merupakan sebuah cara untuk mengkomunikasikan data dari RTU ke MTU.
pada RTU yang terletak jauh dari pusat control (MTU) maka sistem
komunikasi biasanya menggunakan Radio. pada industri tertentu ada
yang lebih memilih menggunakan GSM Radio yang biasanya untuk RTU
yang sangat jauh tidak terjangkau dengan radio biasa atau bisa
menggunakan radio biasa namun harus menggunakan beberapa repeater
agar radio pada RTU dapat berkomunikasi dengan Radio pada MTU.
SCADA terdiri atas gabungan perangkat keras dan perangkat lunak.
Perangkat keras terutama untuk membangunsistem jaringan, controller
( mis: PLC ) dan sistem komputer, sedangkan perangkat lunak dapat
berupa apllikasi HMI (Human Machine Interface), OPC (OLE for
Process Control) dan applikasilain untuk kebutuhan data loging
(yang dalam perkembangannya semua applikasi ini sudahmenjadi satu
dengan applikasi HMI-nya).
1. Arsitektur Perangkan Keras Sistem SCADA dapat diasumsikan
sebagai sebuah jaringan komputer baik itu LAN ataupun W AN , karena
dalam implementasi system ini selalu menggunakan jaringan sebagai
sarana komunikasi utamanya. Secara umum arsitektur perangkat keras
dapat dibagi menjadi dua bagian / layer yaitu Client Layer yang
berisikan aplikasi HMI (Human Machine Interface) dan Data Server
Layer yang mengendalikan kebanyakan data proses dan aktifitas
pengontrolan. Data server berinteraksi dengan peralatan dilokasi
melalui process controller, seperti PLC (Prorammable Logic Control)
dan beberapa perangkat keras control lainnya. Controller ini
berhubungan dengan data server melalui sistem jaringan demikian
halnya data server dengan client.
2. Arsitektur Perangkat Lunak Sistem SCADA adalah aplikasi
Multi-Tasking atau aplikasi yang dapat menjalankan beberapaoperasi
dalam sekali waktu, sistem ini juga umumnya berbasis Real Time Data
Base (RTDB).Data server yang digunakan adalah server yang
responsible terhadap pengumpulan data dan pengendaliannya (seperti
: pengecekan alarm, perekaman data, dsb). Arsitektur perangkat
lunak secara lengkap dapat digambarkan sebagai berikut : Arsitektur
perangkat lunak SCADA mempunyai tiga bagian utama yaitu, SCADA
Development & Environment, SCADA Server, dan SCADA Client.
2.4.2 Sistem Komunikasi 1. RS 232
2. Private Network (LAN/RS-485)
3. Switched Telephone Network
4. Leased lines
5. Internet
6. Wireless Communication systems
Komunikasi antara server-client atau server-server pada umumnya
menggunakan TCP/IP protocol dengan berbasis event-driven (dimana
laju program ditentukan oleh event atau kejadian seperti klik pada
mouse) dan publish-subscribe (dimana pengirim pesan atau publisher
tidak memprogram pesan kepada penerima atau subscriber yang
spesifik, melainkan menggolongkan pesan-pesan tersebut ke beberapa
kelas, dimana tiap subscriber pun akan menerima semua pesan yang
termasuk dalam kelas yang di subscribe atau diikuti). Data server
mengendalikan kontroler sesuai dengan polling rate yang ditentukan
pengguna, yang mungkin berbeda untuk parameter yang berbeda.
Kontroler melewatkan parameter yang diminta menuju server data.
Produk yang menyediakan communication driver yang umum digunakan
oleh PLC adalah Modbus. Satu server data dapat mencakup beberapa
protokol komunikasi, sebanyak jumlah slot untuk interface
cardspenghubung komputer dengan jaringan ethernet.
Gambar 2.23 Komunikasi Sistem SCADA
2.4.3Jenis Jenis SCADA1. Basic SCADA
One machine process
One RTU and MTU
Gambar 2.24 Basic SCADA
2. Integrated SCADA
Multiple RTUs
DCS
Gambar 2.25 Integrated SCADA
3. Networked SCADA
Multiple SCADA
Gambar 2.26 Networked SCADA
2.4.4 Implementasi SistemKetika pertama kali merencanakan dan
mendesain sebuah sistem SCADA, perhatian lebih perlu diberikan
untuk mengintegrasikan sistem SCADA baru kedalam jaringan
komunikasi yang telah ada dalam rangka mengurangi biaya yang besar
pada penagaturan infrastruktur dan fasilitas komunikasi. Hal ini
mungkin akan melibatkan beberapa LAN yang sudah ada, sistem telepon
pribadi atau sistem radioyang digunakan pada mobile comunication
.Seorang engineer yang berhati-hati harus dapat meyakinkan bahwa
sistem SCADA yang telah terpasang pada jaringan komunikasi tidak
akan terdegradasi atau terinterferensi dengan fasilitas yang telah
ada.
Gambar 2.27 Tampilan panel dari perangkat lunak SCADA beserta
diagram bloknya
Jika sebuah sistem akan di implementasikan maka perhatian lebih
perlu diberikan pada kualitas sistem yang terpasang. Tidak ada
perusahaan yang memiliki budget tak terbatas. Meningkatkan
perhatian terhadap permasalahan ekonomi, performansi dan kebuthan
yang saling terintegrasi adalah merupan hal yang penting dalam
memperoleh keyakinan dan kepuasaan pada sistem yang digunakan pada
saat diakhir proyek yang dijalankan. Perhatian terhadap
ketersediaan dari jaringan komunikasi dan ketahanan uji peralatan
sangatlah penting ketika mengharapkan terselenggarkannya
perencanaan dari suatu sistem.Dari semua faktor yang telah
disebutkan, mereka akan saling terkait satu sama laindalam sebuah
pendekatan yang sistematis agar orang dapt mendesain,
menspesifikasi, memasangkan, dan melakukan perawatan pada senuah
telemetri dengan efektif serta dapat mengakusisi sistem yang sesuai
dengan lingkungan industri mana yang tepat untuk dipasangkan.
2.4.5 Perkembangan SCADASCADA telah mengalami perubahan
generasi, dimana pada awalnya desain sebuah SCADA mempunyai satu
perangkat MTU yang melakukan Supervisory Control dan Data
Acquisition melalui satu atau banyak RTU yang berfungsi sebagai
(dumb) Remote I/O melalui jalur komunikasi Radio, dedicated line
Telephone dan lainnya. Generasi berikutnya, membuat RTU yang
intelligent, sehingga fungsi local control dilakukan oleh RTU di
lokasi masingmasing, dan MTU hanya melakukan survey control yang
meliputi beberapa atau semua RTU. Dengan adanya local control,
operator harus mengoperasikan masing masing local plant dan
membutuhkan MMI local. Banyak pabrikan yang mengalihkan komunikasi
dari MTU RTU ke tingkatan MMI (Master) MMI (Remote) melalui
jaringan microwave satelit. Ada juga yang mengimplementasi
komunikasinya pada tingkatan RTU. Dengan majunya teknologi dan
internet saat ini, konsep SCADA diatas berubah menjadi lebih
sederhana dan memanfaatkan infrastruktur internet yang pada saat
ini umumnya sudah dibangun oleh perusahaanperusahaan besar seperti
PT PLN. (Persero). Apabila ada daerahdaerah atau wilayah yang belum
terpasang infrastruktur internet, saat ini dipasaran banyak bisa
kita dapatkan Wireless LAN device yang bisa menjangkau jarak sampai
dengan 40 km (tanpa repeater) dengan harga relatif murah. Setiap
Remote Area dengan sistem kontrolnya masingmasing yang sudah
dilengkapi dengan OPC (OLE for Process Control; OLE = Object
Linking & Embedding) Server, bisa memasangkan suatu Industrial
Web Server dengan Teknologi XML yang kemudian bisa dengan mudah
diakses dengan Web Browser biasa seperti yang kita gunakan untuk
kegiatan browsing sehari - hari. Beberapa penelitian mengenai
Mobile SCADA telah dilakukan. Lembaga penelitian High Beam Research
di Chicago telah mengembangkan sistem ini untuk keperluan
pengendalian sistem pengairan dan sistem pemompaan. Sistem SCADA
yang dikembangkan menggunakan RTU, suatu perangkat pengendalian
dengan media komunikasi radio. Pada sistem ini terdapat suatu
sistem pengendalian berbasis komputer yang terletak pada sebuah
Control Center. Sistem seperti ini sangat efektif digunakan untuk
memantau operasi-operasi secara Remote, namun pada suatu area yang
terbatas. Sistem ini dilaporkan mampu menghemat biaya secara
signifikan karena dapat menghemat tenaga manusia dan menghemat
energi. Penelitian lain adalah yang dilakukan lembaga riset CSIRO,
Canberra, Australia. Sistem Mobile SCADA yang dikembangkan
menggunakan GPRS sebagai media komunikasinya dan menggunakan
mikroprosesor yang murah untuk mesin SCADA, sehingga dihasilkan
sistem SCADA yang murah dan fleksibel (Mayer dan Taylor, 2002).
Penelitian tersebut lebih dikhususkan untuk sistem SCADA pada
jaringan sensor. Jaringan sensor adalah suatu sistem yang terdiri
dari banyak microcontroller kecil yang mempunyai alat sensor, yang
bekerja bersama pada jaringan nirkabel. Penelitian tersebut
dimaksudkan untuk mengembangkan suatu sistem Mobile SCADA dengan
protokol atau aturan-aturan kendali yang nantinya akan menjadi
landasan bagi pembuatan perangkat lunak sistem. Protokol ini
nantinya harus dibuat sedemikian rupa sehingga perangkat lunak
serta perangkat keras yang dibangun dalam sistem ini bersifat
generik, mudah digunakan, mudah dirawat, mudah beradaptasi, dan
Mobile sehingga tepat digunakan oleh industri menengah ke bawah di
Indonesia. Selain itu sistem Mobile SCADA ini menggunakan media
komunikasi Paket Data CDMA.
2.4.6 Fungsi SCADABerikut ini merupakan fungsi dasar dan utama
SCADA :1. Fungsi Dasar SCADA a) Telemetering (TM) Mengirimkan
informasi berupa pengukuran dari besaran-besaran listrik pada suatu
saat tertentu, seperti : tegangan, arus, frekuensi. Pemantauan yang
dilakukan oleh dispatcher diantaranya menampilkan daya nyata dalam
MW, daya reaktif dalam Mvar, tegangan dalam KV, dan arus dalam A.
Dengan demikian dispatcher dapat memantau keseluruhan informasi
yang dibutuhkan secara terpusat. b) Telesinyal (TS) Mengirimkan
sinyal yang menyatakan status suatu peralatan atau perangkat.
Informasi yang dikirimkan berupa status pemutus tegangan, pemisah,
ada tidaknya alarm, dan sinyal-sinyal lainnya. Telesinyal dapat
berupa kondisi suatu peralatan tunggal, dapat pula berupa
pengelompokan dari sejumlah kondisi. Telesinyal dapat dinyatakan
secara tunggal (single indication) atau ganda (double indication).
Status peralatan dinyatakan dengan cara indikasi ganda. Indikasi
tunggal untuk menyatakan alarm. c) Telekontrol (TC) Perintah untuk
membuka atau menutup peralatan sistem tenaga listrik dapat
dilakukan oleh dispatcher secara remote, yaitu hanya dengan menekan
salah satu tombol perintah buka/tutup yang ada di dispatcher.2.
Fungsi Utama SCADA a) Akuisisi Data Informasi pengukuran dari
sistem tenaga listrik seperti tegangan, daya aktif, dan frekuensi
disimpan dan diproses secara real time, sehingga setiap ada
perubahan nilai dari pengukuran dapat langsung dikirim ke master
station. b) Konversi Data Data pengukuran dari sistem tenaga
listrik seperti tegangan, daya aktif, dan frekuensi yang diperoleh
tranducer awalnya berupa data analog untuk kemudian data tersebut
dikirim oleh tranduser ke RTU. Oleh RTU data yang awalnya berupa
data analog diubah menjadi data digital. Sehingga data yang
dikirimkan ke master station berupa data digital. c) Pemrosesan
Data Setiap data yang dikirim oleh RTU akan diolah di master
station, sehingga data tersebut bisa langsung ditampilkan ke layar
monitor dan dispatcher bisa membaca data-data tersebut. d)
Supervisory Data Dispatcher dapat mengawasi dan mengontrol
peralatan sistem tenaga listrik. Supervisory control selau
menggunakan operasi dua tahap untuk meyakinkan keamanan operasi,
yaitu pilihan dan tahap eksekusi.
e) Pemrosesan Event dan Alarm Event adalah setiap kejadian dari
kerja suatu peralatan listrik yang dicatat oleh SCADA. Misalnya,
kondisi normally close (N/C) dan kondisi normally open (N/O).
Sedangkan alarm adalah indikasi yang menunjukkan adanya perubahan
status di SCADA. Semua status dan alarm pada telesinyal harus
diproses untuk mendeteksi setiap perubahan status lebih lanjut
untuk event yang terjadi secara spontan atau setelah permintaan
remote control yang dikirim dari control center. f) Tagging
(Penandaan) Tagging adalah indikator pemberi tanda, seperti tanda
masuk atau keluar. Tagging sangat bermanfaat untuk dispatcher di
control center. Tagging digunakan untuk menghindari beroperasinya
peralatan yang diberi tanda khusus, juga untuk memberi peringatan
pada kondisi yang diberi tanda khusus.g) Post Mortem Review
Melakukan rekonstruksi bagian dari sistem yang dipantau setiap saat
yang akan digunakan untuk menganalisa setelah kejadian. Untuk
melakukan hal ini, control center mencatat terus menerus dan
otomatis pada bagian yang telah didefinisikan dari data yang
diperoleh. Post mortem review mencakup dua fungsi, yaitu pencatatan
dan pemeriksaan.
2.4.7 Infrastruktur SCADASistem SCADA tidak dapat berdiri
sendiri dan memerlukan dukungan dari berbagai macam infrastruktur,
yaitu: 1. Remote Terminal Unit (RTU) Remote Terminal Unit (RTU)
atau Outstation Terminal Unit (OTU) atau Unit Terminal Jarak Jauh
adalah suatu peralatan remote station berupa processor yang
berfungsi menerima, mengolah, dan meneruskan informasi dari master
station ke sistem yang diatur dan sebaliknya, juga kemampuan load
shedding yang dilengkapi database, nama penyulang, identifikasi,
beban. RTU terdiri dari beberapa modul yang ditempatkan pada suatu
backplane dalam rak/cubicle. Modul-modul yang dimaksud adalah modul
power supply, modul CPU, modul communication, modul digital input
(DI), modul digital output (DO), dan modul analog input (AI).
Berdasarkan penggunaannya, RTU dengan kapasitas I/O kecil dipasang
pada jaringan Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 20kV.
Sedangkan RTU dengan kapasitas I/O sedang sampai besar dipasang di
GI. RTU secara umum adalah perangkat komputer yang dipasang di
remote station atau dilokasi jaringan yang dipantau oleh control
center. RTU ini merupakan rangkaian proses yang bertugas sebagai
tangan, mata, dan alat pendengar sistem pengendalian dengan tugas
pokok mengumpulkan data-data tentang status peralatan, data-data
pengukuran dan melakukan fungsi remote control. Adapun fungsi utama
dari RTU adalah sebagai berikut: a) Mendeteksi perubahan posisi
saklar (open/close/invalid). b) Mengetahui besaran tegangan, arus,
dan frekuensi di gardu induk. c) Menerima perintah remote control
dari pusat kontrol untuk membuka dan menutup relai. d) Mengirim
data dan informasi ke pusat kontrol yang terdiri dari status
saklar, hasil eksekusi, dan nilai tegangan, arus, dan frekuensi. 2.
Telekomunikasi Telekomunikasi adalah komunikasi jarak jauh antara
RTU dengan master station yang merupakan media untuk saling
bertukar informasi. Komunikasi data digunakan untuk sistem SCADA.
Komunikasi data menggunakan media komputer yang diteruskan menjadi
transmisi elektronik. Beberapa jenis media komunikasi yang
digunakan pada PT. PLN Area Pengatur Distribusi (APD) Jatim
diantaranya: a) Radio Data Komunikasi menggunakan media ini
perlahan mulai ditinggalkan karena termasuk teknologi lama.
Keunggulan dari media ini adalah mampu menjangkau daerah pelosok
yang tidak memungkinkan penanaman kabel bawah tanah seperti fiber
optik. Kelemahan yang paling mencolok dari media komunikasi ini
adalah sangat bergantung pada kondisi cuaca karena transmisi radio
menggunakan udara sebagai jalur transmisinya. b) Fiber Optik Media
komunikasi jenis ini digunakan di daerah perkotaan dan efektif
digunakan untuk komunikasi jarak jauh karena kecepatan transfer
data yang unggul bila dibandingkan dengan media radio data dan
kabel pilot. Pada PT. PLN Area Pengatur Distribusi (APD) Jatim
menggunakan jaringan fiber optik milik ICON+ yang merupakan anak
perusahaan dari PT. PLN.
3. Master Station Mengumpulkan data dari semua RTU di lapangan
dan menyediakan kepada operator tampilan dari informasi dan fungsi
kontrol di lapangan. Master Station merupakan kumpulan perangkat
keras dan lunak yang ada di control center. Desain untuk sebuah
master station tidak akan sama, secara garis besar desain dari
sebuah master station terdiri atas: a) SCADA Server b) Workstation
c) Historical Data d) Projection Mimic, dahulu mesih menggunakan
Mimic Board e) Peripheral pendukung, seperti printer f) Voice
Recorder g) Global Positioning System, untuk referensi waktu h)
Dispatcher Training Simulator i) Aplikasi SCADA dan energy
management system j) Uninterruptable Power Supply (UPS), untuk
menjaga ketersediaan daya listrik k) Automatic transfer switch
(ATS) dan static tranfer switch (STS) untuk mengendalikan aliran
daya listrik menuju master station Sebagai control center,
perangkat yang ada di master station harus memenuhi beberapa
persyaratan berikut: a) Keamanan, kehandalan, dan ketersediaan
sistem komputer. b) Kemudahan, kelangsungan, keakuratan pengiriman,
penyimpanan, dan pemrosesan data. c) Kebutuhan dan kapabilitas
sistem komputer. d) Kemudahan untuk dioperasikan dan dipelihara. e)
Kemampuan untuk dikembangkan. 4. Peralatan Pendukung (Peripheral)
Peralatan pendukung yang digunakan adalah peralatan yang mampu
menunjang operasional peralatan SCADA baik yang ada di master
station maupun yang ada di gardu induk (GI). Peralatan pendukung
yang dimaksud adalah catu daya yang handal dan aman. Apabila catu
daya di GI mati tentu akan menimbulkan berbagai kerugian,
diantaranya beban daya tidak terpantau dan apabila terjadi
gangguan, penanganan terhadap gangguan akan memakan waktu cukup
lama. Peripheral yang terdapat di master station terdiri dari UPS,
battery bank, automatic transfer switch (ATS), power supply PLN,
power supply genset. Sedangkan di gardu induk peralatan pendukung
yang dibutuhkan rectifier/charger dan battery.
2.5 Intruksi Intruksi pada Diagram Ladder1.LD (Load) dan LD NOT
(Load not)
Gambar 2.28 Simbol Diagram Ladder LD dan LD NOT
Loadadalah sambungan langsung darilinedengan logika
pensakelarannya seperti sakelar NO sedangkanLD NOT logika
pensakelarannya adalah seperti sakelar NC. Instruksi ini dibutuhkan
jika urutan kerja pada suatu sistem kendali hanya membutuhkan satu
kondisilogic saja untuk mengeluarkan satu keluaran.
2.ANDdanAND NOT
Gambar 2.29 Simbol Diagram Ladder AND dan AND NOT
Apabila memasukkan logika AND maka harus ada rangkaian yang
berada di depannya, karena penyambungannya seri. Logika
pensaklarannya AND seperti sakelar NO dan AND NOT seperti sakelar
NC. Instruksi tersebut dibutuhkan jika urutan kerja pada suatu
sistem kendali membutuhkan lebih dari satu kondisilogicyang harus
terpenuhi semuanya untuk memperoleh satu keluaran.
3.OR dan OR NOT
Gambar 2.30 Simbol Diagram Ladder OR dan OR NOT
OR dan OR NOT dimasukkan seperti sakelar yang posisinya paralel
dengan rangkaian sebelumnya. Instruksi tersebut dibutuhkan
jikasequence pada suatu sistem kendali membutuhkan salah satu saja
dari beberapa kondisi logicyang terpasang paralel untuk
mengeluarkan satu keluaran. Logika OR logika pensakelarannya adalah
seperti sakelar NO dan OR NOT logika pensakelarannya seperti
sakelar NC.
4.OUT
Gambar 2.31 Simbol Diagram Ladder Out
Out digunakan sebagai keluaran dari beberapa instruksi yang
terpasang sebelumnya yang telah membentuk suatu logika pengendalian
tertentu. Logika pengendalian dari instruksi OUT sesuai dengan
pemahaman pengendalian sistem PLC yang telah dibahas di atas di
mana instruksi OUT ini sebagai koil relai yang mempunyai konak di
luar perangkat lunak. Sehingga jika OUT memperoleh sinyal dari
instruksi program yang terpasang maka kontak di luar perangkat
lunak akan bekerja.
5. AND LD (And Load)
Gambar 2.32 Simbol Diagram Ladder And Load
Penyambungan AND LD terlihat pada gambar tersebut diatas,
dimaksudkan untuk mengeluarkan satu keluaran tertentu.
6.OR LD (OR Load)
Gambar 2.33 Simbol Diagram Ladder OR Load
Sistem penyambungannya seperti gambar di atas pada prisnsipnya
sama dengan AND NOT, di mana untuk memberikan keluaran sesuai
dengan instruksi yang telah terpasang pada gambar tersebut.
7.TIMER (TIM) danCOUNTER(CNT)NilaiTimer/Counterpada PLC
bersifatcountdown(menghitung mundur) dari nilai awal yang
ditetapkan oleh program.Setelah hitungan mundur tersebut mencapai
angka no, maka kontak NO Timer / Counter akan bekerja.
Timermempunyai batas antara 0000 sampai dengan 9999 dalam bentuk
BCD (Binary Code Decimal) dan dalam orde sampai 100 ms. Counter
mempunyai orde angka BCD dan mempunyai batas antara 0000 sampai
dengan 9999.
Gambar 2.34 Simbol Diagram Ladder TIMER dan COUNTER