Unit 11

J4125 / UNIT 11 / 1 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

UNIT 11

SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA (PLC)

OBJEKTIF

OBJEKTIF AM : Di akhir unit ini pelajar akan dapat memahami dan mengetahui perkara asas dalam sistem kawalan Pengawalan Boleh Aturcara (Programmable Logic Controller). OBJEKTIF KHUSUS : Di akhir unit ini pelajar akan dapat : Mentakrifkan ‘PLC’  Mengenal Komponen-komponen ‘PLC’  Menerangkan Prinsip operasi ‘PLC’  Membentuk Litar asas dan aturcara ‘PLC’

J4125 / UNIT 11 / 2 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

INPUT

11.0

PENGENALAN Macamana agaknya, proses tuangan dalam sistem automasi tu dapat menentukan sendiri isipadu logam lebur yang nak di tuang ke dalam acuan tu ye…….

Pernahkah anda melihat proses pembuatan di dalam industri yang menggunakan automasi secara otomatik ? Bagaimana agaknya ia dapat menentukan langkah selanjutnya yang perlu dilakukan setelah sesuatu proses dijalankan ? Jawapannya adalah Pengawal Logik Boleh Aturcara (PLC). Pengawal logik boleh aturcara (PLC) adalah sejenis sistem kawalan yang digunakan untuk mengawal sesuatu proses di dalam satu sistem automasi . Ia merupakan peranti pengawal logik yang mula dicipta pada tahun 1968 oleh sekumpulan jurutera dari General Motor Corp. USA bila syarikat tersebut memerlukan alternarif baru bagi menggantikan sistem kawalan geganti (relay) yang kompleks. Perkembangan selanjutnya menghasilkan sistem yang boleh membuat sambungan mudah signal binary. Signal-signal disambung mengikut arahan dalam aturcara kawalan. PLC yang kini mampu melaksanakan pelbagai tugas.

11.1Takrif Pengawal Logik Bolehaturcara (PLC)

J4125 / UNIT 11 / 3 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA Mengikut NEMA (National Electrical Manufacturer Association U.S), Pengawal Logik Bolehaturcara (PLC) ditakrifkan sebagai satu sistem elektronik yang beroperasi secara digital, direkabentuk dalam persekitaran industri, yang menggunakan ‘memori boleh aturcara’ untuk storan dalaman bagi arahan-arahan yang ditentukan oleh pengguna untuk menjalankankan fungsi-fungsi khusus seperti logik, penjujukan, pemasa, pembilang ‘counter’ dan arithmetik. Ia digunakan bagi mengawal pelbagai jenis mesin atau proses melalui ‘input’ dan ‘output’ digital. PLC adalah mudah untuk diintegrasikan ke dalam sistem kawalan industri dan mudah digunakan untuk fungsi-fungsi yang diinginkan.

Peranti Pengaturcaraan

Bekalan Kuasa

CPU

Memori

Modul masukan/keluaran

Peranti masukan

Rajah 11.1 : Komponen PLC

Peranti keluaran

J4125 / UNIT 11 / 4 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

Peranti pengaturcaraan (Programming device)

Modul masukan (Input module)

Modul keluaran (Output module)

Peranti masukan (Input device)

Peralatan yang digunakan untuk memasukkan aturcara PLC

Menukarkan isyarat masukan daripada input module kepada isyarat yang boleh diproses oleh PLC dan menghantarkan kepada unit kawalan pusat. Melaksanakan tugas sebaliknya iaitu menukarkan isyarat PLC kepada isyarat yang sesuai untuk ‘output device’ contohnya penggerak.

Peralatan yang digunakan dalam sistem yang menerimaiyarat dari luar contohnya pelbagai jenis suis dan penderia-penderia luaran lain dan menghantarnya ke input module untuk diterjemahkan.

Peranti keluaran (Output device)

Peralatan yang menerima isyarat dari ‘output module’ dan kemudian menjalankan arahan yang dibuat oleh aturcara ‘PLC’ kepada sistem. Ia terdiri dari pelbagai jenis motor, solenoid, lampu, pemanas dan sebagainya.

Unit pemperosesan pusat (CPU)

Peralatan yang menerima isyarat dari ‘output module’ dan kemudian menjalankan arahan yang dibuat oleh aturcara ‘PLC’ kepada sistem. Ia terdiri dari pelbagai jenis motor, solenoid, lampu, pemanas dan sebagainya.

Komponen-komponen unit kawalan adalah seperti berikut

J4125 / UNIT 11 / 5 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

Arithmetic logic unit (ALU) – melaksanakan operasi arithmetik dan logik dengan data yang dihantar. Accumulator (AC) – register khusus yang ditugaskan terus kepada ALU. Ia menyimpan data yang akan diproses dan hasil sesuatu operasi. Register arahan - menyimpan arahan yang dipanggil dari memori aturcara sehingga ia di decodekan dan dilaksanakan (executed ) Command ( arahan ) – memiliki bahagian operasi dan bahagian alamat. Bahagian operasi menentukan operasi logik mana yang akan dilaksanakan. Bahagian address mendefinasikan operasi (isyarat masukan, flag dsbnya ) di mana operasi logik akan dilaksanakan. Program counter – senarai daftar yang mengandungi address bagi arahan seterusnya yang akan diproses. Unit kawalA Arahan – menentukan dan mengawal keseluruhan turutan logik operasi yang diperlukan untuk melaksanakan arahan.

Sistem kawalan ini mempunyai beberapa kriteria iaitu : i. ii. iii. iv.

Pengaturcaraan yang mudah Aturcara boleh diubah tanpa gangguan terhadap sistem. Lebih kecil, murah dan mempunyai kebolehpercayaan yang tinggi berbanding dengan sistem kawalan geganti. Ringkas dan kos senggaraan rendah

J4125 / UNIT 11 / 6 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

Setiap sistem atau mesin memerlukan pengawal (controller). Bergantung kepada jenis teknologi yang digunakan, pengawal boleh dibahagikan kepada pengawal jenis pneumatik, hidraulik, elektrik dan elektronik. Biasanya gabungan jenis-jenis teknologi tersebut digunakan. Perlu juga dibezakan di antara kaedah kawalan terdawai keras (seperti pendawaian komponen elektromekanikal atau elektronik) dan ‘PLC’. Kawalan terdawai keras digunakan di dalam peralatan atau mesin yang tidak memerlukan pengaturcaraan semula oleh pengguna contohnya di dalam mesin basuh, kamera video dan kereta. Jika pengguna memerlukan pengawal yang boleh diubah mengikut keperluan peralatan yang digunakan, maka ‘PLC’ lebih sesuai digunakan. Ia boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi dan melalui aturcara yang disimpan di dalam memorinya, ia memberi pengguna kaedah mudah untuk mengubah, menambah dan mengoptimakan proses kawalan.

11.4.

J4125 / UNIT 11 / 7 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA Mula

Melukis cartalir am bagi sistem kawalan

Menyenaraikan titik ‘input’ dan ‘output’ pada ‘PLC’

Menterjemah cartalir kepada bahasa pengaturcaraan seperti ‘ladder diagram’.

Menulis aturcara di dalam alat pengaturcaraan ’ ‘PLC’pengaturcaraan seperti ‘ladder diagram’.

Membuat simulasi bagi atrucara Membetulkan aturcara Tidak

Adakah program betul ? Ya Sambungkan semua ‘input device’ dan ‘output device’ pada PLC

(bersambung ….) (sambungan…)

J4125 / UNIT 11 / 8 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA Periksa semua sambungan ‘input device’ dan ‘output device’

Aturcara dijalankan Aturcara dibaiki Tidak

Adakah aturcara betul ? Ya Simpan aturcara di dalam EPROM

Bahan dan alatan disenaraikan secara sistematik

Tamat

J4125 / UNIT 11 / 9 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

Nyatakan takrif bagi Pengawal Logik Bolehaturcara mengikut ‘National Electrical Manufacturer Association U.S (NEMA ) ‘.

Namakan lima (5) komponen utama yang terdapat pada sistem kawalan logik bolehaturcara.

i.

………………………………………………………….

ii.

………………………………………………………….

iii.

………………………………………………………….

iv.

………………………………………………………….

v.

………………………………………………………….

J4125 / UNIT 11 / 10 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

Jawapan 11a.1 Mengikut NEMA (National Electrical Manufacturer Association U.S), Pengawal Logik Bolehaturcara (PLC) ditakrifkan sebagai satu sistem elektronik yang beroperasi secara digital, direkabentuk dalam persekitaran industri, yang menggunakan ‘memori boleh aturcara’ untuk storan dalam bagi arahan-arahan berorientasikan pengguna untuk mengimplimentasikan fungsi khusus seperti logik, penjujukan, pemasa, pembilang (counter) dan arithmetik, bagi mengawal pelbagai jenis mesin atau proses melalui ‘input’ dan ‘output’ digital. PLC dan ‘pheriperal’ berkaitan supaya mudah diintegrasikan ke dalam sistem kawalan industri dan mudah digunakan untuk fungsi-fungsi yang dimaksudkan.

i.

Antaramuka masukan dan keluaran

ii.

Unit pemprosesan unit ( CPU )

iii.

Ingatan

iv.

Bekalan kuasa

v.

Peranti kemasukan aturcara.

J4125 / UNIT 11 / 11 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

1. Arahan berbentuk pepasangan yang dipanggil ‘statement list’. 2. Bahasa berorientasikan masalah (problem oriented) seperti teks berstruktur (structured text) 3. Carta alir seperti diwakili oleh carta fungsi jujukan ( sequential function chart ) seperti function block diagram. 4. Ladder Diagram untuk menghasilkan aturcara Mnemonik.

a. Rajah Tangga (‘Ladder diagram’) Bahasa pengaturcaraan grafik diperolehi dari gambarajah litar bagi kawalan relay /geganti terdawai. Ladder diagram terdiri dari dua rail sentuh di kiri dan kanan diagram. Rail sentuh ini disambung kepada

J4125 / UNIT 11 / 12 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA elemen ‘switching’ ( sesentuh NO dan NC ) menerusi laluan arus dan elemen gelung (coil) L

input

input

output

N

10000 Ladder Diagram’ b. Function block diagram (FBD) Fungsi-fungsi atau blok fungsi diwakili secara grafik dan disambung ke dalam network. Ia berasal dari diagram logik bagi rekabentuk litar elektronik. Part_type A Part_type B

OR

AND

Part_ present type Drill_ok type Function block diagram’ c. ‘Instruction list’ (IL) Statement list – text assembly seperti model ringkas. Senarai arahan diperolehi dari arahan kawalan operator dan operand. Contoh : LD, OR, AND, OR NOT. LD OR AND OUT d. ‘Structured text’ (st) Bahasa aras tinggi berdasarkan Pascal yang mengandungi expression dan arahan. Arahan boleh didefinasikan seperti IF...THEN.......ELSE, pengulangan seperti FOR, WHILE dan function block invocations.

J4125 / UNIT 11 / 13 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA Sleeve_in : = ( Part_TtypeA OR part_TypeB) AND Part_present AND Drill_ok e. ‘Sequential function chart’ (SFC) Bahasa untuk menstrukturkan pemprograman kawalan berorientasikan jujukan. Elemen yang terdapat di dalamnya adalah seperti steps, transitions, alternative dan parallel branching. Pemilihan bahasa PLC di atas adalah bergantung kepada empat faktor iaitu: a. Pengetahuan pengaturcara b. Masalah proses yang dihadapi c. Tahap yang menjelaskan proses d. Struktur system kawalan

Input point

output point

J4125 / UNIT 11 / 14 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA 240V L• N•

•0000 •0001

• 10000 • 10001

•0014 •0015 com •

• 10014 • 10015 com •

• E• 24 V +• -•

A

Merujuk Rajah 11.4 di atas, titik L (live) akan disambung kepada ‘output device’ A dan seterusnya ke titik ‘output point’ 10000. Titik N (neutral) disambung ke titik comm bagi ‘output point’. Titik + (positif) disambung ke titik ‘input point’ 0000. manakala titik – (negatif) disambung ke titik comm bagi ‘input point’. Sekiranya terdapat ‘output device’ tambahan yang perlu disambung, ia perlu disambung secara selari dengan ‘output device’ A ke titik ‘output point’ 10001.

Aturcara bagi sambungan litar di rajah 11.4 yang ditulis menggunakan bahasa ‘ladder diagram’. L

N

J4125 / UNIT 11 / 15 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA 01 10000 00 10000

END

Atrucara mnemonik bagi ‘ladder diagram’ di atas mengikut bahasa ‘Instruction List’

LD OR AND NOT OUT END

00 10000 01 10000

J4125 / UNIT 11 / 16 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

Senaraikan lima (5) bahasa pengaturcaraan Pengawal Logik Bolehaturcara (PLC). i.

………………………………………………………………..

ii.

………………………………………………………………..

iii.

………………………………………………………………..

iv.

………………………………………………………………..

v.

………………………………………………………………..

Nyatakan empat (4) kriteria-kriteria yang ada pada sistem kawalan. i.

………………………………………………………………

ii.

………………………………………………………………

iii.

………………………………………………………………

iv.

………………………………………………………………

J4125 / UNIT 11 / 17 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

i.

Ladder diagram( LD)

ii.

Function block diagram (FBD)

iii.

Instruction list (IL)

iv.

Structured text (st)

v.

Sequential function chart (SFC)

Pengaturcaraan yang mudah Aturcara boleh diubah tanpa gangguan terhadap sistem. Lebih kecil, murah dan mempunyai kebolehpercayaan yang tinggi berbanding dengan sistem kawalan geganti. v

Ringkas ( simple ) dan kos senggaraan rendah

J4125 / UNIT 11 / 18 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

1.

Terangkan tiga (3) bahasa pengaturcaraan yang digunakan untuk Pengawal Logik Bolehaturcara (PLC).

2.

Berpandukan rajah litar asas Pengawal Logik Bolehaturcara (PLC), lukiskan ‘Ladder Diagram’ dan hasilkan satu aturcara mnemonik bagi ‘Ladder Diagram’ tersebut.

3.

Rajah di bawah menunjukkan satu litar kawalan yang menggunakan kawalan logik bolehaturcara. Hasilkan satu aturcara mnemonik untuk litar tersebut. 00

01

02

TIMO 200

03

04

05

06

07 250

08

09 5 sec

10

TIMO END

J4125 / UNIT 11 / 19 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA

…….SYABAS DI ATAS KEJAYAAN ANDA…… Pilih mana-mana tiga (3) yang telah anda jawab. 1. Ladder diagram Bahasa pemprograman grafik diperolehi dari gambarajah litar bagi kawalan relay/geganti terdawai. Ladder diagram terdiri dari dua rail sentuh di kiri dan kanan diagram. Rail sentuh ini disambung kepada elemen ‘switching’ ( sesentuh NO dan NC ) menerusi laluan arus dan elemen coil/gelung. 10000 01 00

10000

2. Function block diagram Fungsi-fungsi atau blok fungsi diwakili secara grafik dan disambung ke dalam network. Ia berasal dari diagram logik bagi rekabentuk litar elektronik. Part_type A Part_type B

OR

AND

Part_ present type A Drill_ok type

3. Instruction list Statement list – text assembly seperti model ringkas. Senarai arahan diperolehi dari arahan kawalan operator dan operand. Contoh : LD, OR, AND, OR NOT. LD

J4125 / UNIT 11 / 20 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA OR AND OUT 4. Structured text Bahasa aras tinggi berdasarkan Pascal yang mengandungi ‘expression’ dan arahan. Arahan boleh didefinasikan seperti IF.....THEN.......ELSE, pengulangan seperti FOR, WHILE dan function block invocations. Sleeve_in : = ( Part_TtypeA OR part_TypeB) AND Part_present AND Drill_ok 5. Sequential function chart Bahasa untuk menstrukturkan pemprograman kawalan berorientasikan jujukan. Elemen yang terdapat di dalamnya adalah seperti ‘steps’, ‘transitions’, ‘alternative’ dan ‘parallel branching’. Litar asas bagi Pengawal Logik Bolehaturcara input point 240V L• N•

output point

•0000 •0001

• 10000 • 10001

•0014 •0015 com •

• 10014 • 10015 com •

• E• 24 V +• -•

A Merujuk kepada litar di sebelah titik L (live) akan disambung kepada ‘output device’ A dan seterusnya ke titik ‘output point’ 10000. Titik N(neutral) disambung ke titik comm bagi ‘output point’. Titik + (positif) disambung ke titik ‘input point’ 0000. manakala titik – (negatif) disambung ke titik comm bagi ‘input point’. Sekiranya terdapat ‘output device’ tambahan yang perlu disambung, ia perlu disambung secara selari dengan ‘output device’ A ke titik ‘output point’ 10001. Arahan asas bagi litar di sebelah.

J4125 / UNIT 11 / 21 SISTEM KAWALAN LOJIK BOLEH ATURCARA Ladder Diagram

00

01

10000

10000 END

Atrucara Mnemonik Bagi ‘Ladder Diagram’ Di Atas LD OR AND NOT OUT END

00 10000 01 10000

Atrucara Mnemonik Bagi ‘Ladder Diagram’ tersebut : LD AND LD AND OR BLOCK AND LD AND NOT OUT LD OR AND AND OR OUT

00 01 03 04 02 TIM 0 200 05 08 06 07 09 250

LD OUT TIM 0 END

10 TIM 0 50