PENGATURAN PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC

Download [1.61 MB]

PENGATURAN PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC

Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah
Teknik Otomasi
Dosen Pengampu : Eka Maulana, S.T., M.T., M.Eng.

OLEH:

Rudito Prayogo
105060300111021
ruditoprayogo@rocketmail.com

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG

DESEMBER 2012

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan rahmat serta hidayah-Nya sehingga penyusunan tugas ini dapat diselesaikan dengan baik

tanpa kendala apapun. Tugas ini disusun untuk memenuhi Tugas Mata Teknik Otomasi berjudul

“Pengatutan PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC”. Terima kasih kami haturkan kepada semua

pihak yang membantu kelancaran penyusunan tugas akhir ini.

Demikianlah tugas ini disusun semoga bermanfaat, agar dapat memenuhi tugas mata kuliah

Teknik Otomasi.

Malang, Desember 2012

Penyusun

1. Deskripsi Sistem

1.1. Pengertian

PWM (Pulse Width Modulation)

Pulse Width Modulation (PWM) secara umum adalah sebuah cara
memanipulasi lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu
perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda. Beberapa
Contoh aplikasi PWM adalah pemodulasian data untuk telekomunikasi,
pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan,
audio effect dan penguatan, serta aplikasi-aplikasi lainnya.

Gambar. Sinyal PWM

(Sumber : http://ini-robot.blogspot.com)

Aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya berupa, pengendalian
kecepatan motor DC, Pengendalian Motor Servo, Pengaturan nyala terang
LED.

1.2. Jenis

1.2.1 Analog

Pembangkitan sinyal PWM yang paling sederhana adalah dengan cara
membandingkan sinyal gigi gergaji sebagai tegangan carrier dengan tegangan
referensi menggunakan rangkaian op-amp comparator.

Teknik Otomasi | 1

Rangkaian PWM analog

Sumber : http://www.maulanurulkhakam.com

Cara kerja dari komparator analog ini adalah membandingkan gelombang
tegangan gigi gergaji dengan tegangan referensi seperti yang terlihat pada
Gambar dibawah

Pembentukan sinyal PWM
Sumber : http://www.maulanurulkhakam.com
saat nilai tegangan referensi lebih besar dari tegangan carrier (gigi
gergaji) maka output comparator akan bernilai high. Namun saat tegangan
referensi bernilai lebih kecil dari tegangan carrier, maka output
comparator akan bernilai low. Dengan memanfaatkan prinsip kerja dari
komparator inilah, untuk mengubah duty cycle dari sinyal output cukup
dengan mengubah-ubah besar tegangan referensi. Besarnya duty-cycle
rangkaian PWM ini

Teknik Otomasi | 2

1.2.2 Digital

Pada metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh
resolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM
tersebut memiliki resolusi 28= 256, maksudnya nilai keluaran PWM ini
memiliki 256 variasi, variasinya mulai dari 0 – 255 yang mewakili duty
cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut.

1.3. Kelebihan PWM dengan PLC

Keuntungan utama dari PWM adalah bahwa daya yang hilang dalam
perangkat switching sangat rendah. PWM juga bekerja dengan baik pada kontrol
digital. PWM juga telah digunakan dalam beberapa sistem komunikasi dimana
siklus tugasnya telah digunakan untuk menyampaikan informasi melalui saluran
komunikasi. Dan keuntungan PWM menggunakan PLC adalah proses
pengaturannya lebih mudah

1.4. Kekurangan PWM dengan PLC

Kekurangan dari PWM yang menggunakan PLC adalah,bahwa harga PLC
lebih mahal.

2. Cara Kerja dan Pengendalian

2.1. Konsep Dasar PWM

Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang
tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar Pulsa PWM berbanding
lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, Sinyal
PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetap namun duty cycle bervariasi
(antara 0% hingga 100%)

Teknik Otomasi | 3

Gambar. Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM

Sumber : http://ini-robot.blogspot.com

Dari persamaan diatas diketahui bahwa perubahan duty cycle akan merubah
tegangan keluaran atau tegangan rata-rata seperti gambar dibawah ini

Gambar. Vrata-rata Sinyal PWM

(Sumber : http://ini-robot.blogspot.com)

Pulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik untuk
mendapatkan signal analog dari sebuah piranti digital. Sebenarnya Sinyal PWM

Teknik Otomasi | 4

dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat menggunakan metode analog
dengan menggunakan rankaian op-amp atau dengan menggunakan metode
digital.

Dengan metode analog setiap perubahan PWM-nya sangat halus, sedangkan
menggunakan metode digital setiap perubahan PWM dipengaruhi oleh resolusi
dari PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam
PWM tersebut. Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM ini
memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256 variasi mulai dari 0 – 255
perubahan nilai yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut

Gambar. Duty Cycle dan Resolusi PWM

Sumber : http://kecoakacau.blogspot.com)

2.2.Perhitungan duty cycle PWM
Dengan cara mengatur lebar pulsa “on” dan “off” dalam satu perioda
gelombang melalui pemberian besar sinyal referensi output dari suatu PWM
akan didapat duty cycle yang diinginkan. Duty cycle dari PWM dapat
dinyatakan sebagai

DutyCycle=ton/(ton+toff)x100%

Teknik Otomasi | 5

Duty cycle 100% berarti sinyal tegangan pengatur motor dilewatkan
seluruhnya. Jika tegangan catu 100V, maka motor akan mendapat tegangan
100V. pada duty cycle 50%, tegangan pada motor hanya akan diberikan 50%
dari total tegangan yang ada, begitu seterusnya.

Sumber : http://ini-robot.blogspot.com

Perhitungan Pengontrolan tegangan output motor dengan metode PWM cukup
sederhana.

Dengan menghitung duty cycle yang diberikan, akan didapat tegangan output
yang dihasilkan. Sesuai dengan rumus yang telah dijelaskan pada gambar.

Average voltage merupakan tegangan output pada motor yang dikontrol oleh
sinyal PWM. a adalah nilai duty cycle saat kondisi sinyal “on”. b adalah
nilai duty cycle saat kondisi sinyal “off”. V full adalah tegangan maximum pada
motor. Dengan menggunakan rumus diatas, maka akan didapatkan tegangan
output sesuai dengan sinyal kontrol PWM yang dibangkitkan.

Teknik Otomasi | 6

3. Inisialisasi Input Output

3.1. Pengenalan PLC

Terdapat banyak PLC yang ada di dunia ini, namun yang akan dibahas dalam
makalah ini adalah PLC Omron jenis CP1L kategori L,dengan 12 input dan 8
output

Gambar. CP1L

Sumber : Google

PLC yang kategori L,atau yang akan digunakan adalah yang sebelah
kiri yaitu yang memiliki 12 input dan 8 output (yang kecil). Adapun bagian-
bagiannya yang akan dipakai dalam makalah ini ,

1 5
1
6

Gambar.Penampang mekanik alat PLC

Sumber : Program Manual OMRON

Teknik Otomasi | 7

Keterangan

1. Peripheral USB Port
Untuk menyambungkan PLC dengan computer,dimana computer
digunakan untuk memprogram dan memonitor jalannya PLC.
2. Analog Adjuster
Digunakan untuk mengatur nilai antara 0-255 dimana nilai tersebut
ditempatkan pada alamat memori A642CH.
3. External Analog Setting Input Conector
Menerima masukan analog dari luar antara 0-10 volt, dan ditempatkan
pada alamat memori A643CH ,yang di dalamnya nilai akan dirubah 0-
256.
4. Operation Indicator
Mengindikasi status dari CP1L yaitu status, operating mode, errors, and
peripheral USB communication status.
5. Power Supply, Ground, and Input Terminal Block
Digunakan untuk menyambungkan ke power supply,ground dan input
misal saklar,dll.
6. Input Indicator
Lampu indikator yang menunjukan input aktif atau tidak,namun tidak
untuk input analog, pada Omron CP1L kategori L alamat input adalah
dari I0.00 – I0.11.
7. Output Indicator
Mengindikasikan apabila output aktif atau tidak.
8. External Power Supply and Output Terminal Block
– External Power Supply
Mempunyai keluaran 0 – 24 VDC,digunakan untuk menyuplai suatu
devices.
– Outupu Terminal
Untuk keluaran dari PLC. Pada Omron CP1L kategori L alamat
output dari Q100.00 – Q100.07.
3.2.Pengenalan Software
Untuk memprogram suatu PLC maka diperlukan suatu program yang
mendukukung PLC itu sendiri, disini untuk memprogram OMRON

Teknik Otomasi | 8

CPL1L,digunakan software CX-ONE, dan untuk mebuat ladder diagram
menggunkan Cx-Programmer.

Gambar. CX-Progammer

Adapun gambar jendela baru dari Cx-Programmer.

Gambar. Jendela Baru Cx-Programmer

Teknik Otomasi | 9

3.3 Inisialisasi I/O
Untuk Insialisasi I/O pada PWM menggunakan PLC OMRON CP1L,
– Input Analog
a. A642CH terdapat pada modul PLC
b. A643CH input analog external
Input analog ini digunakan untuk mengatur duty ratio secara
manual dari luar program pada Cx-Programmer.
– Output Analog
a. Q100.01
b. Q100.03
Pada OMRON CP1L, telah disediakan alamtak husus output
untuk PWM,dan pada OMRON CP1L kategori L hanya memiliki
2 alamat untuk keluarannya,yaitu yang telah dituliskan di atas.

4. Ladder Diagram
4.1 Ladder Diagram Dasar Untuk PWM

Gambar. Ladder Diagram PWM

Keterangan :

–

Port specifier : untuk menentukan alamat output yang diguhakan,
jika “#0”, maka output yang digunakan adalah
Q100.01, jika “#1”, maka output yang digunakan
Q100.03.

–

Frequency

: Untuk mengatur frekuensi dari pulsa yang

dibagkitkan,

nilai

bisa

diatur

sesuai

keinginan,satuannya Hertzh (Hz),cara penulisannya

Teknik Otomasi | 10

“&….” Untuk decimal
heksadesimal.

atau “#…..” untuk

–

Duty Ratio

: Untuk mengatur bearapa duty ratio yang diinginkan.

Dalam Ladder Diagram PWM tidak memerlukan coil atau output ( –( ) )
karena keluaran dari PWM beruba tegangan antara 0 – 24 VDC,yang
dikeluarkan lewat Q100.01 atau Q100.03 sesuai dengan port specifier.

4.2. Ladder Diagram Pengaturan Duty Ratio dari dalam Program
Yang dimaksud pengaturan ini adalah pengaturan pada Duty Rationya,
kareana inti pengaturan PWM adalah pada duty raitonya seperti yang
dijelaskan pada sub bab 2.2.

Gambar. Ladder Diagram

Jika melihat pada gambar maka tegangan yang dihasilkan adalah 50%
dari 24VDC, yaitu 12VDC. Jika ngin merubah,maka bisa dirubah nilainya
pada alamat D0.

Teknik Otomasi | 11

Gambar. Box Project

Jika kita klik 2x pada tanda merah, maka muncul blok sperti ini.

Di dalam memori D0 tersebut kita bisa mengatur nilai 0 – 100.

4.3. Ladder Diagram Pengaturan Duty Ratio dari Input Analog

Pengaturan duty ratio menggunakan input analog dapat dilihat pada
ladder diagram berikut,

Teknik Otomasi | 12

Yang dimaksud dengan pengaturan duty ratio dari luar adalah untuk
mengatur nilai pada duty ratio disini diperlukan suatu input yang nilainya
berupa tegangan yang nanti nilainya akan ditempatkan pada alamat register
A643CH,dan nilai tersebut langsug akan dikonversikan menjadi 0-256 pada
register tersebut.

Telah dibahas bahwa duty ratio memiliki kisaran nilai antara 0-
100,untuk itu nilai yang ada pada A643CH harus dikalibrasikan menjadi 0-
100,dengan cara perhitungan aritmatika.

Gambar diatas adalah gambar lengkap laddernya, untuk lebih rinci
akan dibahas satu persatu masing line dari tiap ladder.

Gambar. Line 0

Input diletakkan pada A643CH yang kemudian dengan fungsi MOV
akan dipindah ke memori D1,data di MOV supaya memudahkan dalam proses
aritmatikanya.

Teknik Otomasi | 13

Gambar. Line 1

Pada ladder ini proses aritamtika pertama dimulai,yaitu nilai pada
D1 akan dikalikan nilai pada D2 yang telah diberi nilai 100,dan hasil dari
perkalian akan diletakkan pada D3.

Gambar. Line 2

Pada langkah ini nilai yang berada pada D3 akan dibagi dengan nilai
yang telah disikan pada D20 sebesar 256,dan hasil nilainya akan ditempatkan
pada D5.

Gambar. Line 3

Ini adalah langkah terakhir dimana pada ladder PWM pada duty
ratio ditempatkan D5,yang secara otomatis nilai dari kalibrasi menjadi nilai
dari duty ratio.

Teknik Otomasi | 14

5. Simulasi CX-One

Untuk melakukan semulasi pertama yang disiapkan adalah
menyiapkan semua alat dan menyusunnya. Adapun alat-alat yang digunakan
adalah ,
– PC yang telah terinstal CX-One
– Omron CP1L
– Catu daya 0-24 VDC
– Catu daya -15 – +15 VDC
– Set Point Potensiometer
– Multimeter
– DATA Q
– Jumper dan Kabel

Setelah itu merangkai alat-alat,sehingga terlihat seperti gambar
berikut ,

Gambar . Rangkaian Percobaan

Setelah rangkaian selesai saatnya membuat Ladder Diagram dari PWM.

Teknik Otomasi | 15

5.1. Simulasi Pengaturan Duty Ratio dari Program

Ladder Diagram dengan duty ratio 0