WIRING PLC SEDERHANA MENGGUNAKAN LEVEL TRANSMITTER LR 250 sebagai ANALOG INPUT dan PUSH BUTTON | INSTRUMENT PART 14

Mungkin saya akan sharing sedikit terkait dengan wiring PLC sederhana menggunakan transmitter. 

        Sebelum saya menjelaskan konfigurasi, saya akan menjelaskan setup percobaan. Pada bagian terdahulu (PART 7 Instrumen) , saya pernah membuat program PLC untuk flowmeter (flowrate dan totalizer). Karena pada saat itu saya masih menggunakan PLC Simulator, pada bagian ini saya akan menggunakan LR 250 sebagai analog input (nialai analog level dianggap mewakilkan analog flowrate), dan dua buah digital input berupa tombol untuk medemonstrasikan nilai digital pulse tottalizer dan tombol reset totalizer. Untuk digital output nya menggunakan lampu sebagai indikator apabila nilai flowrate analog melebihi batas yang ditetapkan.

1. PLC S7-1200 CPU 1212C DC/DC/RLY

PLC pin terminal

penjelasan pin CPU ada pada datasheet/manual di bawah :

penjelasan pin PLC

2. Analog Input 4xU/I 2 Wire connected to SIMATIC ET 200 SP

Penjelasan pin AI module seperti gambar di bawah ;

analog input pin terminal module

3. Terminal Block

Terminal block digunakan hanya untuk meminimalisir banyaknya kabel dalam satu pin. satu terminal block memiliki 4 pin (lubang) dari atas ke bawah. Pin 1 dari atas terhubung ke pin 4 (paling bawah). Untuk pin 2 terhubung ke pin 3.

terminal block

4. Transmitter 

Wiring untuk 2 wire transmitter yang paling umum dikenal adalah sinking dan sourcing. Perbedaannya seperti gambar di bawah :

sinking vs sourcing

5. Push Button

Disini saya menggunakan 2 push button, yang berfungsi sebagai tombol pulse totalizer (digital input) dan reset totalizer (digital input).

6. Lampu

Lampu disini sebagai digital output, dimana lampu akan logic 1 ketika nilai flow (analog input) sudah melebihi batas nilai diberikan transmitter.

7. Relay

Disini saya menggunakan relay berjenis SPST. Relay merupakan komponen umum yang digunakan sebagai safety apabila nilai arus terlalu besar yang dapat merusak perangkat CPU PLC.

8. Wiring

wiring

Dari wiring di atas, dapat dijelaskan :

* Wiring menggunakan mode sourcing trasnmitter

* common yang digunakan merupakan common ground (setiap pin digital input CPU merupakan ground)

* kabel merah = merupakan kabel fasa, kabel biru = merupakan kabel netral.

* kabel hijau = kabel profinet

* pada looping 2 wire transmitter, seharusnya ada 2 kabel yang terhubung ke modul PLC (AI Remote I/O). Dapat dilihat pada modul AI Remote I/O. Namun pada kebanyakan kasus, PLC sudah di grounding melalui CPU. Dapat dilihat pada modul AI Remote I/O, seharusnya pin UV0 dan I0+ terhubung ke Power supply dan transmitter. Namun hanya IO+ (terminal positif yang terhubung), karena grounding UV0 sudah melalui CPU PLC.

setup simulasi

Hasil percobaan saya seperti gambar di bawah :

Tengkyuuuuu.....

MODBUS MEMANG GILAAAA!!!!! | INSTRUMENT PART 13

Protokol komunikasi apa yang paling gila dalam trilogi protokol komunikasi? 

Saya akan menjawab MODBUS.

Ini didasarkan pada sisi pemrograman PLC MODBUS yang membutuhkan lebih banyak waktu dipelajari, dipahami, dan diresapi wkwkwk. Pada bagian ini, saya akan menjelaskan percobaan yang telah saya coba bersama mentor saya (walau yang lebih banyak berpikir sebenarnya bukan saya sih wkwkwkwkwkwk).

The most insane Protocol

Dulu saya berpikir bahwa ilmu dan seni PLC itu sederhana wkwkwk, ya paling intinya buat program berdasarkan kasus lah wkwk. Setelah saya diajari lebih dalam oleh mentor saya, saya mulai sadar bahwa PLC itu bukan soal pemrograman melulu. Saya diajari cara konfigurasi PLC (power supply yang dibutuhkan berapa ampere, modul komunikasi yang dibutuhkan seri apa, modul analog digital Input/outputnya seri apa) juga diajari cara pengkabelan PLC (PLC nya sebagai sinking atau sourcing ke transmitter, wiring relay dari PLC seperti apa) dan inti dari segala inti adalah terkait pemrograman (cara pemrograman analog input/digital input/digital output/analog output gimana, pemrograman menggunakan trilogi protokol komunikasi gimana) wkwkwk. Intinya PLC itu rumit lah wkwkwkwk.

Master and Slave Analogy

Salah satu analogi yang paling sering digunakan adalah istilah master-slave. Master disini tentunya merupakan PLC (karena seperti yang kita tahu otaknya ya PLC). Satu master (PLC) bisa punya banyak slave, ataupun 2 master/lebih bisa punya banyak slave (redundant system). Slave hanya akan menuruti semua perintah mastrer hanya jika komunikasi diantara master dan slave terjadi secara benar.

Kali ini saya akan sharing pengetahuan mengenai komunikasi menggunakan protokol  MODBUS. Jika sebelumnya pada protokol HART lebih difokuskan pada variabel apa yang ingin ditarik, pada MODBUS lebih difokuskan pada slave address and parameter address apa yang ingin kita tarik. Pada percobaan kali ini saya menggunakan 2 buah slave (instrument) yang support untuk komunikasi MODBUS. Disini saya memilih Level Transmitter MultiRanger dengan sensornya Probe LU untuk slave 1, dan powermeter SENTRON PAC 3100 untuk slave 2. Jikalau pada part sebelumnya saya sudah mencoba menggunakan SENTRON PAC dan berhasil untuk membaca data MODBUS, maka disini saya menambah parameter berupa :

1. penambahan slave menjadi 2 slave

2. tidak hanya bisa membaca data dari slave (read), tapi saya akan mencoba memberikan perintah ke slave (write)

Oke langsung saja masuk ke intinya.....

1. Wiring

wiring modul profibus, slave 1, slave 2

Dalam kabel MODBUS seperti yang pernah saya bilang, walaupun portnya menggunakan konektor DB9, namun jumlah kabel data nya hanya 2. Perlu selalu diingat, bahwa dalam komunikasi MODBUS, wiring slave dikoneksikan secara serial. Jadi urutannya PLC --> slave x --> slave y --> slave z. Tidak bisa slave x --> plc ; slave y --> plc ; slave z --> plc (tidak bisa paralel). Lebih jelasnya seperti gambar di bawah

Modbus wiring from master to N-Slave

2. Program PLC

2A. Blok diagram MAIN

main-1

main-2

main-3

2B. Blok Diagram Status

Blok diagram status

Diagram status digunakan sebagai blok fungsi dari blok main. Yang penting disini adalah melihat tipe data nya saja disesuaikan dengan aturan TIA Portal. Dapat dilihat pada menu HELP TIA PORTAL.

2C. Blok Diagram Receive Data

Blok Diagram Receive Data

Blok Diagram Receive Data merupakan blok dimana data-data yang akan di read ataupun di write akan disimpan. Data ini merupakan fungsi yang diarahkah ke data_ptr setiap blok diagram modbus_master pada main program. Data-data ini sejatinya mengandung data address dari masing-masing slaveHal terpenting disini juga adalah tipe datanya disesuaikan dengan datasheet. Misalnya pada datasheet powermeter ditulikan tipe data Real, maka kita harus membuat tipe data Real juga.

3 Penjelasan Program Ladder 

Flowchart Modbus dengan 2 slave

Flowchart untuk keseluruhan ladder diagram adalah seperti di atas. Intinya ada pada program CTU (counter up). Reset value CTU kita setting sebanyak slave yang mau kita kontrol. Karena disini saya punya 2 slave dan counter up memiliki initial value = 0, maka slave 1 = ctu (0), dan slave 2 = ctu(1). Sehingga ketika semua slave sudah selesai mengambil data, maka pengambilan data akan te-reset ke ctu = 0  (slave 1). 

Intinya :

PLC menyala --> tarik semua data slave 1 hingga selesai (CTU = 0)--> tarik semua data slave 2 hingga selesai (CTU=1) --> tarik kembali data slave 1 dst.....

3A. Program Main

Setiap kali kita ingin menggunakan MODBUS, kita ambil blok diagram MODBUS RTU pada blok komunikasi di sebelah kanan

Function Block Modbus RTU

Blok yang dibutuhkan adalah Modbus_Com_Load dan Modbus_Master. 

Penjelasan Ladder Diagram bagian 2.A MAIN  adalah sebagai berikut :

SLAVE 1 = POWERMETER SENTRON ,  SLAVE 2 = MULTI RANGER XPS LEVEL TRANS

# network_1 setup modbus (blok Modbus_Com_Load)

penjelasan blok modbus_com_load

req = merupakan request atau input apa yang bisa memproses blok tersebut. Disini saya menggunakan fisrt scan yang artinya ketika program dieksekusi PLC, maka program akan berjalan terus tanpa ada kondisi yang menghentikan

port =  diisi dengan port komunikasi RS-485

baudrate = diisi dengan 9600, baudrate ini harus diinput ke semua slave PLC dengan nilai yang sama agar komunikasi bisa terjadi

MB_DB, DONE, ERROR, STATUS diisi dengan variabel yang dibuat dari fumction blok lain.

# network_2 slave 2 data level

penjelasan blok modbus-com_master

Blok program ini untuk memanggil slave-2 (multiranger level transmitter)

en = 1, artinya blok program multiranger aktif setelah counter up bernilai 1 atau setelah PLC mengambil semua data power meter (slave-1)

mb_addr = 2, karena xps (level transmitter)  dalam percobaan ini merupakan slave-2.

mode = 1, mode 1 merupakan perintah write ke slave, sementara mode = 0 merupakan perintah read data dari slave

data addr = diisi dengan 41010 sesuai dengan datasheet Multiranger

Multiranger data address

data ptr = diisi dengan fungsi xps yang telah didefinisikan di blok receive data 2C. Tipe data diisi dengan integer.

Done, Busy, Error, Status diisi dengan fungsi yang telah didefinisikan di blok status 2B.

# network_3 slave 1 data kWh

Salah satu data utama dari power meter adalah data pengukuran kWh.

en = 0, artinya blok program POWERMETER aktif sesaat setelah PLC dinyalakan.

mb_addr = 1, karena power meter dalam percobaan ini merupakan slave-1

mode = 0, karena kita ingin read data dari slave power meter

data addr = diisi dengan 40802 sesuai dengan datasheet power meter (data addr = offset + initial value)

kebanyakan initial value bernilai 40000/40001, jadi 40001+802 = 40802

power meter kWh data address

data len = 4, karena jumlah register pada data kWh di atas tertulis 4

data ptr = diisi dengan fungsi kWh yang telah didefinisikan di blok receive data 2C. Tipe data diisi dengan LReal. Disini lah letak seni PLC, untuk menentukan tipe data saja kita harus mencoba berkali-kali. Karena beda tipe data, beda pula hasil yang akan ditampilkan.

# network_4 slave 1 data kvarh

network 4 sama dengan network 3, yang beda tentunya adalah data_addr = 40805 dan data_ptr disimpan pada fungsi yang berbeda

# network_5 slave 1 27 data

Disini saya akan mengambil langsung data power sebanyak 27 data sekaligus.

en = 0, artinya blok program POWERMETER aktif sesaat setelah PLC dinyalakan.

mb_addr = 1, karena power meter dalam percobaan ini merupakan slave-1

mode = 0, karena kita ingin read data dari slave power meter

data addr = merupakan data address pertama yang diisi dengan 40002 sesuai dengan datasheet power meter (data addr = offset + initial value = 40001 + 1)

kebanyakan initial value bernilai 40000/40001, untuk powermeter bernilai 40001... jadi 40001+1 = 40002

power meter important data address

data len = 53, karena jumlah register (offset) pada data powermeter diatas sebanyak 53

data ptr = diisi dengan fungsi powermeter yang telah didefinisikan di blok receive data 2C. Tipe data diisi dengan Array. Array [0....53] memiliki arti bahwa pengambilan data dilakukan dari ofset 0 hingga 53 secara langsung. Karena data yang ditarik lumayan banyak, maka membutuhkan waktu yang sedikit lama. Selama PLC mengambil 26 data ini, maka fungsi status_comm_master_busy = 1 atau aktif. Jikalau sudah selesai, maka status _comm_master_done = 1.

# network_6 write to powermeter

Jika sebelumnya kita hanya membaca nilai dari slave, sekarang kita akan memberikan perintah ke slave (mode write). Karena kita tahu bahwa variabel kWh merupakan active energi total (total konsumsi energi listrik yang terpakai), maka kita akan mencoba mereset nilai kWh tersebut. Kebetulan pada SENTRON PAC 3100 memiliki mode reset yang bisa diberikan dari PLC. Dapat dilihat pada kolom paling kanan, mode W memiliki arti mode write dari PLC ke Powermeter.

power meter reset function data address

en = 0, artinya blok program POWERMETER aktif sesaat setelah PLC dinyalakan.

mb_addr = 1, karena power meter dalam percobaan ini merupakan slave-1

mode = 1, karena kita ingin write data dari master (plc) ke power meter

data addr = diisi dengan 460005 sesuai dengan datasheet power meter (data addr = offset + initial value)

Ada yang aneh disini, kenapa data addr bukan 60004, 60005 atau 100005 (40001 + 60004)?

Jawaban singkatnya sebenarnya hanya bisa try and error. Namun ketika sudah buntu seperti saya, kita bisa lihat penjelalasan pada TIA Portal. Sesuai dengan datasheet address di atas, tertulis function code 0 x 06. Maka dapat dilihat initial valuenya bisa berupa 40001 atau 400001. Setelah saya coba memasukkan address 100005, fungsi reset tidak berfungsi. Kemudian kita ganti dengan initial valu 400001, sehingga address nya menjadi 460005 dan boooommmmmm, fungsi resetnya berfungsi. Disinilah letak kegilaan MODBUS, banyak nilai-nilai yang susah untuk dijelaskan disini wkwkwk.

Penjelasan TIA Portal untuk offset data

data len = 1 karena register yang dibutuhkan hanya 1.

data_ptr = diisi dengan fungsi reset yang telah didefinisikan di blok receive data 2C.

# network_7 

network 7 merupakan blok move biasa, dimana ketika PLC dinyalakan, maka fungsi move akan bernilai 0.

 # network_8

Ketika step = 0, maka PLC akan mengeksekusi pengambilan semua data pada slave-1. Ketika Status_com_master_busy slave-1 = tidak, maka coil akan close, dan step kemudian akan bernilai 1. Ketika step bernilai 1, PLC akan mengeksekusi blok pengambilan data slave-2.

 # network_9

Ketika step bernilai 1, dan pengambilan data slave-2 (XPS) sudah done, maka akan mentriger output %M10.0. %M10.0 ini nanti akan mentrigger blok CTU Network 10.

 # network_10

Disetting nilai reset = 2 karena hanya ada 2 slave. Ketika PLC selesai mengambil data slave 1 (step = 0 ), kemudian gantian mengambil data slave 2 (step =1), maka step akan te-reset kembali menjadi 0 (kembali mengambil data slave 1), begitu seterusnya secara bergantian dan real time.

 # network_11 reset kWh powermeter

Ketika kita memberikan perintah reset ke powermeter melalui PLC, maka data address reset 460005 (pada data_ptr) akan mendapat nilai 0. Sesuai dengan datasheet, reset = 0 menanadakan bahwa semua data penggunaan energi akan ter-reset menjadi 0.

 # network_12 nonaktifkan reset kWh powermeter

Ketika perintah reset tidak diberikan PLC, maka data_ptr_reset akan mendapat nilai 7. Nilai ini sebenarnya bebas, asalkan diluar rentang nilai reset powermeter

reset value start from 0 - 4

Hasil

Saya kebetulan tidak sempat untuk mendokunmentasikan hasil percobaannya, namun kira-kira hasilnya persis seperti ini. Namun bedanya percobaan kali ini sudah digunakan untuk pembacaan data 2 slave dan sudah mampu memberikan perintah ke slave untuk me-reset nilai di bawah menjadi 0

Pembacaan data PowerMeter

Bisa saya simpulkan komunikasi dengan protokol MODBUS ini sedikit begitu rumit. Alasan saya ada 2 ;

1. Data address terkadang mengandung initial value yang nilainya sedikit abstrak wkwk

2. Tipe data juga harus di try and error, karena terkadang beda tipe data beda pula hasil pembacaan wkwk

Thankyouu.....

Protokol Komunikasi HART menggunakan LR 250 Radar Transmitter Siemens | INSTRUMENT PART 12

HART Communication Protocol

Didalam dunia industri, dikenal beberapa protokol komunikasi. Beberapa yang paling umum digunakan adalah komunikasi analog (4 mA -20 mA), komunikasi HART, kominikasi MODBUS, komunikasi PROFIBUS. Pada bagian ini, saya akan mencoba menjelaskan 3 protokol komunikasi, yaitu HART, Modbus, dan Profibus. Saya secara teoritis tidak begitu paham ilmunya wkwk mungkin saya akan coba jelaskan secara praktikal saja menggunakan software TIA Portal V.16 dengan bantuan level transmitter radar LR 250 Siemens sebagai inputnya.

Protokol Komunikasi HART

Highway Addresable Remote Transducer (HART) merupakan protokol komunikasi yang menggunakan 2 komunikasi sekaligus ; yaitu komunikasi analog (4 mA- 20 mA), dan komunikasi digital FSK (frequency shift keying).

Prinsipnya adalah sebagai berikut : 4 mA-20 mA merupakan sinyal analog biasa pada umumnya. Ketika kita menggunakan transmitter level dengan span 0 m - 10 m, maka 0 m setara dengan 4 mA, 5 m setara dengan 12 mA, dan 10 m setara dengan 20 mA (linear).

Protokol HART menggunakan sinyal analog 4-20mA sebagai sinyal yang ditumpangi dari hasil mengkonversi pengukuran di Transmitter. Kemudian protokol HART yang menumpang dijalur analog 4-20mA menggunakan modulasi digital untuk berkomunikasi dengan cara mengirimkan data serial yang di modulasi dengan FSK (Frequency Shift Keying). Data analog di konversi kedalam digital kemudian dikirimkan melalui serial line dan dimodulasi. Sebelumnya, FSK adalah sebuah metode penyisipan data melalui gelombang sinyal  dengan cara menyisipkan frekuensi. pada komunikasi HART, Frekuensi yang digunakan adalah 2200 Hz dan 1200Hz. frekuensi 2200Hz diterjemahkan sebagai ‘0’ dan 1200Hz diterjemahkan sebagai ‘1’.

HART signal

note : 4-20mA bukanlah HART protokol melainkan Analog Signaling Standard (juga terdapat 10-50mA), dan HART menggunakan 4-20mA untuk salah satu signaling nya.

Percobaan komunikasi HART

from left to right : PLC, Remote I/O and HART module, Scalance Hub

Remote I/O and HART Module

Setiap kali kita ingin menggunakan protokol komunikasi, yang perlu diingat adalah bahwa kita harus mempunyai modul komunikasi yang melekat pada PLC. Disini saya menggunakan modul komunikasi HART dengan seri 6ES7134-6TD00-0CA1 yang melekat pada remote I/O ET 200 SP. Modul ini sebenarnya seperti modul analog input, namun memiliki fitur HART. Jadi yang perlu diingat bahwa tidak semua modul analog input dapat digunakan untuk komunikasi secara HART.

6ES7134-6TD00-0CA1 pin input

Berdasarkan datasheet modul AI HART ini, dapat dilihat bahwa satu modul ini dapat menerima 8 input analog dengan rincian : 4 input HART dan 4 input analog. Untuk wiringnya sama seperti biasa menggunakan looping 2 wire transmitter. Disini level transmitter kita hubungkan ke pin UV0 dan I0+ (channel 0). 

Ciri khas HART

Pada komunikasi HART, dikenal 4 istilah variabel :

1. Primary Variable

2. Secondary Variable

3. Tertiary Variable

4. Quaternary Variable

Setiap transmitter mempunyai 4 variabel tersebut. Kita ambil contoh pressure transmitter yang bisa digunakan untuk aplikasi mengukur tekanan, mengukur level fluida, mengukur laju aliran, dan mengukur volume fluid yang telah melewati aliran. Primary variable transmitter tersebut belum tentu merupakan tekanan, tapi bisa jadi level, laju aliran, atau bahkan fluid's volume. Jadi variabel primary, secondary, atau tertiary itu dapat dilihat pada settingan transmitter. Untuk level transmitter, nanti mungkin akan saya jelaskan variabelnya.

TIA Portal V.16

Seperti biasa, langkah yang dilakukan adalah :

1. Konfigurasikan PLC, remote I/O, dan semua fisik module yang ada

Remote I/O Module (left) and HART Analog Input Module (right)

2. Enable/centang semua parameter pada modul HART

HART Configuration

Klik kanan pada modul HART --> pilih properties --> Pilih Input 0-3 --> pilih Input --> Pilih channel 0 --> centang semua variabel dan HART function di pilihan paling bawah

3. Atur tag data yang mau diambil

Pada satu modul HART, maksimal ada 8 input. Yang bisa diambil datanya secara HART hanya 4 input, karena 4 input lainnya hanya bisa 4-20 mA. Satu input  punya 4 variabel, sehingga total variabel adalah sebanyak 4 x 4 = 16 variabel. Namun HART membatasi bahwa dari 4 input, tidak semua variabel dapat diambil datanya. HART hanya mampu mengambil maksimal 4 data, biasanya data penting berupa primary variabel. Jadi kalau misalnya ada 4 transmitter terhubung ke modul HART, kita maksimal hanya bisa mengambil 4 primary variable dari masing2 transmitter. Kalau misalnya yang terhubung cuman 2 transmitter? Ya kalian bisa pilih mau narik 2 data lainnya berupa apa. Misalnya kita mau secondary variable transmitter tersebut ditarik ya juga bisa.

Setting HART Tag dengan variabel apa yang mau kita ambil. Disini karena saya hanya mau mencoba dengan 1 transmitter level, maka saya mengambil 4 variable tranmistter tersebut.

4 variabel maksimum untuk 1 modul HART

4. PLC Tag

PLC Tag

Pada plc tag, biasanya akan muncul secara otomatis 4 tag : PV, SV, TV, dan QV. Untuk nomor tag nya akan muncul secara otomatis dan bisa kita edit.

5. Radar Tranmsitter LR 250

Pada level transmitter pada umunya, ada 5 istilah penting yang sering digunakan. Ada level, space,  distance, span, dan blanking

Important Parameters on Level Transmitter

Level adalah ketinggian fluida (from bottom to blanking point)

Distance adalah jarak total dari tranmitter ke dasar wadah fluida

Space adalah jarak dari dasar fluida ke maksimum span  / Space = Span - level

span adalah jarak dari dasar fluida ke blanking point

Blanking point adalah titik minimum ke nilai batas transmitter. Rata-rata nilai blanking level transmitter di kisaran 0,5 meter. Maksudnya adalah, ketika jarak total dari transmitter ke dasar tangki adalah 10 meter, maka ketika tinggi fluida melebihi 9.5 meter, maka transmitter akan error. Ini seperti treshold value jarak terdekat maksimum yang dapat memburamkan pembacaan transmitter. Disini saya seeting blanking point sebesar 0,5 meter. 

Pada LR250, saya setting distance sebesar 1,85 meter.

LR 250 menggunakan papan penghalang sebagai pengganti fluida

Hasil Percobaan

Oiya seperti yang sudah saya bilang pada bagian sebelumnya, kegunaan modul komunikasi itu adalah agar PLC langsung menerima sekotak informasi tanpa perlu menerjemahkan sinyal dari transmitter. Sehingga disini saya tidak perlu menggunakan program ladder.

Hasil monitoring TIA Portal

Berdasarkan hasil pembacaan level transmitter di atas, diperoleh nilai PV = 0,744. PV di atas merupakan level terbaca. Sementara diperoleh nilai SV =  1,35. Nilai PV adalah level fluida, sementara nilai SV adalah variabel span , dan TV = 1,85 merupakan variabel distance (span + blanking space). Untuk mengganti variabel ini, kita harus setting transmitter langsung secara manual. 

pembacaan level transmitter

Dapat dilihat, transmitter juga menampilkan primary variable yaitu level. Tanda panah pada transmitter menandakan bahwa data transmitter sedang dikirim ke PLC. Kesamaan nilai pembacaan transmitter dengan nilai monitoring yang ditampilkan PLC menandakan bahwa pertukaran informasi dengan modul komunikasi HART telah berhasil.

Using PLC for Electric Motor Controlling | INSTRUMENT PART 8

Motor 3 Phase

Izinkan saya di part ini membagikan sedikit pemahaman saya tentang penggunaan PLC pada aplikasi motor. Seperti yang kita tahu, motor listrik dibagi menjadi 2 , yaitu motor 1 phase dan motor 3 phase. Saya gak begitu paham sih sebenarnya konstruksi detail dalam device motor ini, yang saya paham motor listrik satu phase menggunakan tegangan 220 VAC, dan untuk 3 phase menggunakan tegangan 380 VAC. Motor 3 phase biasanya digunakan pada industri-industri besar yang membutuhkan penggerak bertorsi besar.

Star configuration 3 Phase Alternating Current

dimana 

Vphase-phase = 380 VAC

Vphase-netral = 220 V.AC

Rangkaian motor dibawah ini menggunakan motor 3 phase semua yak.

1. Rangkaian Forward Reverse Motor sederhana

Rangkaian forward reverse motor digunakan pada motor 3 phase untuk menggerakkan putaran motor secara berlawanan. Beberapa aplikasi forward reverse seperti pada mesin cuci, lift, penggerak gerbang/pintu untuk buka tutup, dan lainnya. Dulunya sebelum ada PLC, ya tentunya hanya menggunakan relay sebagai device logic nya. Oiya saya mau cerita sedikit pengetahuan saya mengenai relay dan kontaktor yang sebenarnya fungsinya sama. 

Relay dan kontaktor sama-sama menggunakan prinsip medan magnet untuk memutuskan dan mengalirkan arus. Bedanya, relay diaplikasikan untuk menghantarkan arus kecil sementara kontaktor digunakan untuk menghantarkan arus tinggi. Di dalam relay ataupun kontaktor, dikenal istilah pole dan throw. 

Beberapa jenis relay diantaranya :

1. SPST (Single Pole Single Throw)

2. SPDT ( Single Pole Double Throw)

3. DPST (Double Pole Single Throw)

4. DPDT ( Double Pole Double Throw)

Relay/contactor configuration

Karena kita ingin mengontrol motor 3 phase, dimana motor 3 phase menggunakan 3 terminal (R S T), maka kita harus menggunakan Three Pole Single Throw ( 3 jalur  dan 1 buangan). 

Prinsip Rangkaian Forward Motor 3 phase : 

Pada putaran Forward, kita tinggal menghubungkan RST phasa sumber dengan RST phasa motor sesuai dengan phasanya. Artinya R ke R, S ke S, dan T ke T. 

Prinsip Rangkaian Reverse Motor 3 phase : 

Sedangkan bila kita ingin membuat rangkaian Reversenya, kita tinggal mengubah hubungan phasanya. Misalnya R ke T, S tetap ke S, dan T ke R. Atau bisa juga R ke R, S ke T, dan T ke S. Artinya ada 2 phasa yang diubah hubungannya

Ketika dihubungkan dengan PLC maka rangkaiannya seperti gambar di bawah ini. Oiya ketika kita menggunakan PLC, selalu harus menggunakan relay atau kontaktor bertingkat. Fungsinya tentunya kalau terjadi lonjakan arus, maka komponan PLC tidak langsung kena. Istilahnya mendingan beli relay baru ketimbang PLC baru wkwkwk.

PLC, relay, dan Motor 3 phase electrical wiring

Untuk program Laddernya kita bikin dulu alur nya :

Flowchart Forward Reverse Motor

maka ladder diagram nya adalah 

Forward Reverse 3 phase motor Ladder Diagram

2. Rangkaian Star-Delta

Rangkaian star delta digunakan untuk mengantisipasi lonjakan arus yang tinggi ketika motor pertama kali dinyalakan. Rangkaian dimulai dengan konfigurasi star (bintang) kemudian setelah beberapa detik baru menuju delta. Konfigurasi star membutuhkan arus yang tidak besar namun kecepatan putaran yang dihasilkan kecil. Setelah arus konsumsi stabil, konfigurasi delta akan dihubungkan ke motor, dimana arus yang mengalir lebih tinggi dan kecepatan putar juga besar. Untuk rangkaian star, terminal R S T tinggal dihubungkan saja. Sementara untuk rangkaian delta, kaki terminal harus dibalik, misalnya  R ke T, T ke S, dan S ke R.

Electrical Wiring Star Delta

Disini digunakan 3 kontaktor, dimana K1 untuk menyuplai tegangan dari sumber, K2 untuk mengaktifkan rangkaian star, dan K3 untuk mengaktifkan rangkaian delta. Mula-mula K1 dan K2 akan Close dan program timer akan berjalan. Ketika timer logic =1, maka K2 akan open, dan K3 akan close. Oiya sistem star delta selalu menggunakan 2 buah DOL sebagai pengaman ketika terjadi lonjakan suhu. 

Sekarang tinggal dibuat rangkaian ladder PLC nya :

Star Delta 3 phase motor Ladder Diagram

PLC bisa dikatakan mikrokontroler yang powerful. Banyak fitur yang sudah ditanam didalamnya, seperti timer, mathematics operation, data logging dan sebagainya.

Membuat PLC dan HMI program untuk flowmeter | INSTRUMENT PART 7

PLC and HMI Programming Using TIA PORTAL V16 SIEMENS

Dah lama nih gak nulis tentang instrumen lagi. Di bagian ini saya akan mencoba membuat program PLC dan HMI untuk pengukuran laju aliran menggunakan flow transmitter tentunya. Oiya saya mau cerita sedikit tentang instrumen khususnya PLC  wkwk. Dulu pas kuliah seperti yang pernah saya sampaikan, peminatan saya sebenarnya abu-abu wkwk. Abu-abu dalam artian saya selalu cari aman kalau ngambil mata kuliah. Berhubung PLC merupakan mata kuliah peminatan dan saya dari dulu merupakan orang yang benci segala sesuatu yang berbau "programming", akhirnya saat itu saya putuskan untuk tidak ambil matkul PLC wkwk. Nah baru setelah lulus, saya mengikuti pelatihan PLC di CITA (Center for Instrumentation and Automation) Institut Teknologi Bandung. Awalnya saya mengikuti dengan sedikit sulit (karna saya lemah di logika wkwk), namun tetap bisa mengikuti pelah-pelan lah wkwk.

ITB 2019

Berhubung Siemens tidak memiliki produk data logger, sementara banyak sekali permintaan transmitter yang juga mengikutsertakan data logger untuk penyimpanan data, mentor saya mencoba alternatif menggunakan PLC. Kenapa tidak pakai SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ? Ya jawabannya karena konsumen tidak punya SCADA, tapi ingin punya data logger untuk transmitter khusus yang datanya dianggap perlu. Solusinya tentunya menggunakan Mikrokontroler yang mempunyai memori, walaupun memori PLC ya terbatas dan ada variannya. Oiya saya sampaikan kembali bahwa transmitter itu hanya bisa mengukur dan mengirim data, tapi tidak bisa menyimpan data real time.

Selama saya mengerjakan tugas kecil-kecilan ini, saya sangat antusias. Jujur tugas ini lebih sulit dari skripsi saya yang tak seberapa itu wkwk. Saya juga berterima kasih kepada mentor saya (Bang Hutagaol) yang begitu banyak mengajarkan saya ilmu instrumentasi. Oiya untuk software nya sendiri menggunakan TIA Portal V16 punyanya SIEMENS tentunya. Dulunya software PLC itu namanya SIMATIC S7, dan software SCADA nya namanya WinCC. Sekarang SIEMENS menggabungkan keduanya dalam satu software namanya TIA PORTAL. 

1). Pahami Alur Proses

Sebelum kita merancang dan membuat program, kita harus paham dulu alur proses di dalam transmitter (dalam hal ini flow transmitter). Karena di dalam flow transmitter ada 2 fitur, yaitu pengukuran flow (m3/jam) dan fitur akumulasi totalizer (m3), maka kita perlu membuat kedua alur tersebut.

Alur untuk fitur flow : Transmitter mengirimkan sinyal analog input ke PLC berupa 4-20 mA, PLC akan mengkonversi sinyal tersebut kedalam bit, kemudian di scaling kan menggunakan span, untuk didapatkan nilai laju aliran. Kalau belum paham alurnya seperti ini :

Banyak instrumen menggunakan 16 bit, yang berarti 2^(16-1) =  0 - 32768. Namun scaling span bit yang banyak digunakan orang di muka bumi ini adalah 0 - 27648. Di beberapa forum dijelaskan bahwa batas nilai efektifnya sebesar 85% dari nilai maksimal 32768.

Misalnya instumen (flow transmitter) memberikan sinyal 12 mA (50% span arus) ke PLC, maka nilai bit yang yang diterima PLC adalah 50% * 27648 = 13824. Nah untuk pembacaan aktual nilai flowrate sebenarnya, maka diperlukan span flow transmitter itu sendiri. Misalnya flow transmitter A memiliki Qmax (max flowrate) = 400 m3/jam, maka ketika transmitter mengeluarkan sinyal 12 mA, maka nilai flowrate saat itu adalah = 400 m3/jam * 50% = 200 m3/jam. Begitulah alur pengukuran flow ( menggunakan analog input berupa arus).

Alur untuk totalizer : Alur totalizer adalah menggunakan prinsip pulse. Pulse disini dimaknakan seperti input clock (digital) ke PLC. Itulah sebabnya untuk pengukuran totalizer menggunakan pulse.

Prinsipnya seperti ini : Pada flow transmitter, tertera nilai volume per pulse, misalnya transmitter A menggunakan 10 liter per pulse. Artinya setiap 10 liter aliran yang telah melewati transmitter, maka transmitter akan mengirimkan logic 1 ke PLC. Misalnya nilai totalizer di transmitter adalah sebesar 34567 liter dengan settingan 10 liter/pulse. Ini berarti PLC telah menerima sebanyak 3456 pulse dari transmitter. Namun saat itu PLC hanya bisa membaca sebesar 34560 liter. Kenapa bukan 34567? Karena kelipatan minimum pulse nya adalah sebesar 10 liter, sehingga 7 liter itu tidak terbaca PLC. Kenapa tidak dibikin 1 liter/pulse? Ya jawabannya karena otak PLC juga terbatas menerima pulse dalam satu satuan waktu.

2. Buat diagram Ladder

Setelah memahami alur proses, kita bisa membuat diagram dengan lebih tenang wkwk. Untuk pengukuran flow karena menggunakan analog input, kita bisa membuat diagram Norm X dan Scale X. Nah yang ribet ini untuk pengukuran totalizer. Saya juga dibantu oleh mentor ketika membuat program ini, karena pengetahuan saya yang terbatas terkait fitur-fitur block PLC wkwk.

Selama saya menegerjakan tugas ini, banyak sekali hal baru yang saya dapat diluar dari pengetahuan pas pelatihan dulu. Misalnya terkait penggunaan diagram block dan function block yang ternyata mempunyai seni nya sendiri dalam PLC Programming.

Diagram Block

Function Block

Main Program

3. Buat program untuk screen HMI

Untuk HMI sebenarnya lebih ke arah kreativitas dan estetika tampilan aja sih. Disini yang saya tampilkan adalah : Nilai pembacaan transmitter, setup, dan grafik real time pengukuran. Setup merupakan salah satu fitur yang penting ya dalam HMI, karena di setup lah user administrator bisa merubah hal penting, seperti satuan.

Main screen

Setup Screen

Graph Screen on HMI

Oiya pada TIA PORTAL ini kita bisa mensimulasikan hasil program kita, untuk mengecek apakah program yang kita buat sudah benar atau belum. Nama softwarenya adalah PLC SIMULATOR yang juga include dengan TIA PORTAL V16. Jadi kita bisa langsung mensimulasikan program PLC dan HMI tanpa perlu dihubungkan ke fisik PLC. Sejauh ini saya masih hanya membuat program untuk pengukuran, untuk data loggernya mungkin saya share di lain waktu wkwk.

Saya sudah mencoba mensimulasikannya, dan hasilnya bisa dilihat di link :

https://youtu.be/4T2MlJPup6o