Remote Sensor Untuk PLC
Remote Sensor Untuk PLC Menggunakan Mikrokontroler
Dalam instalasi sebuah pabrik, sering dijumpai ada banyak sensor yang letaknya berjauhan dengan PLC induk, hal ini diselesaikan dengan memakai input module yang dilengkapi sarana komunikasi yang harganya cukup mahal, alat ini dipakai untuk ‘mendekatkan’ sensor-sensor tersebut dengan maksud menekan biaya.
Meskipun masalahnya hanya sekedar mengirimkan keadaan on/off dari sensor, tapi karena informasi itu harus diteruskan dalam jarak yang cukup jauh, sering-sering sampai sejauh ratusan meter dan dilakukan di pabrik yang secara kelistrikan merupakan lingkungan yang sangat ‘kotor’, perancangan alat semacam ini memerlukan perhatikan khusus.
Hal pertama yang harus dipersiapkan adalah metode pengiriman sinyal, harus diusahakan agar sinyal bisa sampai tujuan dengan benar, dan yang lebih penting lagi gangguan yang diterima sepanjang perjalanan tidak sampai dianggap sebagai sinyal! Untuk tujuan ini salauran untuk mengirim sinyal harus dipersiapkan secara baik dan memerlukan beaya tidak sedikit. Karena pertimbangan beaya inilah, sinyal sensor ditransmisikan dalam bentuk data seri, sehingga dengan satu saluran bisa dipakai untuk mengirim keadaan on/off dari beberapa sensor sekali gus.
Di samping itu keadaan lingkungan yang ‘kotor’ sangat potensial mengganggu kinerja peralatan elektronik, khususnya peralatan elektronik digital. Gangguan listrik ‘kotor’ tersebut biasanya merambah alat lebih sistem catu daya, sehingga catu daya alat semacam ini harus dirancang cukup baik.
Dengan pertimbangan-pertimbangan di atas, Remote Sensor untuk PLC ini dibangun dengan menggunakan AT89C2051, terutama mendayagunakan UART yang dimilikinya untuk transmisi data seri. Dipakai saluran 20 mA Current Loop sebagai saluran transimisi data seri, meskipun saluran ini termasuk kuno tapi saluran ini sangat handal terhadap ganguan listrik.
Saluran 20 MA Current Loop
Saluran 20 mA Current Loop (saluran arus 20 mA) asalnya dipakai menyalurkan sinyal telex semasa mesin telex masih merupakan mesin mekanis murni sebelum awal tahun 1960-an, waktu itu dipakai arus sebesar 60 mA dipakai untuk menghidup/matikan relay dalam mesin itu. Saluran ini bisa dipakai dalam jarak yang sangat jauh sampai puluhan kilometer dengan kecepatan transmisi telex yang sangat rendah, hanya 50 Baud. Pada tahun 1962 mesin Teletype Model ASR33 mulai memakai saluran arus 20 mA yang menjadi standard sampai sekarang.
Dalam perkembangannya, kini arus sebesar 20 mA itu tidak dipakai untuk menghidup/matikan relay, tapi untuk menyala/padamkan LED dalam opto-coupler. Saluran arus 20 mA ini bisa dipakai menyalurkan data sampai sejauh 3000 feet dengan kecepatan 19200 Baud, tapi bisa dipakai untuk jarak yang lebih jauh lagi kalau kecepatan transmisinya diturunkan.
Gambar 1 memperlihatkan rangkaian dasar saluran arus 20 mA, dalam gambar ini bagian Pengirim disebelah kiri dan bagian Penerima di bagian kanan terletak didua tempat berlainan yang jaraknya jauh, dan catu daya bagian Pengirim sama sekali terpisah dengan catu daya bagian Penerima (digambarkan dengan simbol ground yang berlainan). IC Voltage Regulator LM317 dengan tahanan 56 Ohm membentuk sebuah rangkaian sumber arus 20 mA, transistor NPN dipakai sebagai saklar pemutus arus, dan opto-coupler 4N31 sebagai detektor arus.
Jika Data Seri di bagian penerima = ‘1’, transistor NPN yang berfungsi sebagai saklar arus akan mengalirkan arus dari LM317 ke ground melalui LED dalam 4N31 yang berada di bagian penerima. Arus ini akan menyalakan LED dalam 4N31 dan akibatnya transistor dalam 4N31 mengalirkan arus dari Vcc dan membuat Data Serti di bagian penerima menjadi ‘1’ pula. Jika Data Seri di bagian Pengirim =’0’, arus dari LM317 tidak disalurkan melalui 4N31, akibatnya Data Seri di bagian penerima juga menjadi ‘0’.
Bisa dibayangkan, sebesar-besaran gangguan listrik yang diterima oleh saluran arus ini, hampir tidak mungkin bisa membangkitkan arus yang cukup besar yang sampai bisa mengganggu nyala/padam LED dalam 4N31. Disinilah letak kekebalan saluran arus 20 mA terhadap gangguan listrik yang diterima sepanjang perjalanan saluran.
Untuk menghemat beaya, IC LM317 dan resistor 56 Ohm bisa digantikan dengan tahanan sekitar 500 Ohm. Tapi harus diperhatikan, makin panjang saluran nilai resistandi (tahanan) dari kabel akan makin besar pula.
Gambar 1. Saluran arus 20 mA
Sistem Catu Daya
‘Kotoran listrik’ yang mengganggu peralatan elektronik seperti yang disebutkan di atas, dalam literatur disebut dengan istilah yang berlainan, ada yang menyebut sebagai ‘Surge Voltage’; ‘Switching Transients’ atau ‘electrical overstress’, dalam artikel ini disebut sebagai ‘tegangan kejut’.
Sumber dari tegangan kejut ini bisa berasal dari alam maupun dari peralatan listrik yang ‘berisik’. Yang berasal dari alam adalah tegangan kejut yang diakibatkan oleh petir, tegangan kejut semacam ini sangat kuat dan paling merusak, pada musim hujan banyak modem menjadi rusak karena induksi petir pada saluran kabel telekom.
Tegangan kejut yang sifatnya sesaat, selalu ditimbulkan pada saat aliran arus listrik terputus, makin besar arus tersebut makin besar pula tegangan kejut yang terjadi. Pada rangkaian-rangkaian yang bersifat induktip, (misalnya motor listrik, relay, tranfo) saat arus terputus, medan maknit pada kumparannya yang mendadak hilang akan mengakibatkan tegangan lawan sebagai ujud dari pelepasan enerji yang tersimpan di dalam kumparan. Amplitudo tegangan semacam ini bisa sangat besar, meskipun waktu terjadinya sangat pendek.
Di arena pabrik yang penuh dengan mesin-mesin listrik dengan daya besar, ‘kotoran listrik’ sangat mengganggu kinerja peralatan elektronik, karena ‘kotoran listrik’ ini masuknya lebih sitem catu daya, maka rangkaian catu daya yang peralatan elektronik yang dipakai dilingkungan pabrik biasanya dirancang dengan filter-filter yang cukup baik, dengan maksud untuk menangkal ‘tegangan kejut’.
Gambar 2 memperlihatkan contoh rangkaian catu daya yang dilengkapi dengan filter penangkal tegangan kejut. Rangkaian ini tidak jauh berbeda dengan rangkaian catu daya pada umumnya, hanya saja dibagian perata tegangan ditambahkan induktor L1 dan L2 sebagai penangkal tegangan kejut. Induktor ini dibuat dengan melilitkan berapa kali kabel email diameter 0,5 – 1 mm pada cicin ferit yang banyak dijual dipasar.
Kalau perlu kabel yang menghubungkan jala-jala listrik dengan primer trafo dililitkan dulu ke cincin ferit, dan antara kedua ujung gulungan primer trafo diparalelkan sebuah Metal Oxide Varistor.
Gambar 2. Catu daya dengan penangkal ‘tegangan kejut’
Rangkaian Remote Sensor Untuk PLC Dengan Mikrokontroler AT89C2051
Sistem Remote Sensor dibentuk dengan dua bagian yang rangkaiannya persis sama, seperti rangkaian di Gambar 3. Meskipun rangkaian kedua bagian itu sama persis, tapi program yang diisikan dalam Flash PEROM berlainan, sehingga yang satu akan berfungsi sebagai pengirim dan satu lagi sebagai penerima.
Kedua bagian dihubungkan lewat konektor JP2, yakni kaki nomor 1 dari Pengirim dihubungkan ke kaki nomor 3 dari Penerima, kaki nomor 2 Pengirim ke kaki nomor 4 Penerima, sebaliknya kaki nomor 1 dan 2 dari Penerima dihubungkan ke kaki nomor 3 dan 4 Pengirim, seperti digambarkan dalam Gambar 4.
Di bagian Pengirim, konektor JP1 dihubungkan ke 8 buah sensor, keadaan on/off dari masing-masing sensor setelah dibaca oleh AT89C2051 lewat Port 1 (P1.0..P1.7) diubah menjadi data seri dan dikirim lewat TxD (kaki P3.1). Arus dari sumber tegangan 12 Volt mengalir melalui resistor R1 menuju ke LED dalam 4N31 yang ada di bagian Penerima lewat kaki nomor 1 JP2, kembali dari bagian Penerima arus diterima dikaki nomor2 JP2 dan dialirkan ke ground oleh saklar arus Q1. Data seri dari AT89C2051 dipakai untuk mengatur saklar arus Q1 (transistor NPN).
LED D1 dipakai sebagai indikator yang menyatakan Pengirim bekerja dengan baik, untuk keperluan tersebut nyala dari LED dikedipkan lewat kaki P3.4 AT89C2051 sekali dalam satu detik, dengan demikian kalau sampai Pengirim terkena ganggung ‘kotoran listrik’, maka LED D1 tidak akan bisa berkedip lagi.
Pengirimkan data seri tidak dilakukan terus menerus, tapi hanya dilakukan kalau Penerima meminta kiriman data. Permintaan pengiriman data bagian Penerima dikirimkan sebagai data seri yang diterima bagian Pengirim lewat RxD (kaki P3.0) melalui saluran arus 20 mA, mekanisme kerja saluran arus 20 mA persis sama dengan yang dibahas di atas, hanya saja arahnya terbalik.
Timer 0 yang ada di dalam AT89C2051 dipakai untuk mengatur agar sekali dalam satu detik bagian Penerima mengirimkan permintaan agar bagian Pengirim mengirimkan data Sensor. Setelah menerima data dari bagian Pengirim, data tersebut diumpakan ke Port 1 (kaki P1.0..P1.7) yang selanjutnya akan diterima oleh PLC lewat konektor JP1.
Dalam hal bagian Pengirim tidak bekerja dengan baik karena gangguan listrik, ataupun karena kabel penghubung bagian Pengirim dan bagian Penerima terputus, maka detik berikutnya setelah meminta data, bagian Penerima data belum juga menerima kiriman. Hal ini mengindikasikan terjadinya kesalahan pada sistem, dan LED D1 di bagian Penerima akan berhenti berkedip.
Gambar 3. Rangkaian Remote Sensor
Gambar 4. Diagram Pengabelan
Penggunaan remote sensor untuk PLC ini dapat ditemui pada pabrik dengan sistem PLC induk yang berjauhan dari ruang operator.
