Bahasa Ladder (Ladder Language)

Diagram Ladder atau diagram tangga adalah skema khusus yang biasa digunakan untuk mendokumentasikan sistem logika kontrol di lingkungan industri. Disebut “tangga” karena mereka menyerupai tangga, dengan dua rel vertikal kanan – kiri (power supply) dan banyak “anak tangga” (garis horizontal) yang mewakili rangkaian kontrol.

Diagram Ladder menggambarkan program dalam bentuk grafik. Diagram ini dikembangkan dari kontak-kontak relay yang terstruktur yang menggambarkan aliran arus listrik. Dalam diagram ladder terdapat dua buah garis vertikal dimana garis vertikal sebelah kiri dihubungkan dengan sumber tegangan positif catu daya dan garis sebelah kanan dihubungkan dengan sumber tegangan negatif catu daya.

Program ladder ditulis menggunakan bentuk pictorial atau simbol yang secara umum mirip dengan rangkaian kontrol relay. Program ditampilkan pada layar dengan elemen-elemen seperti normally open contact, normally closed contact, timer, counter, sequencer dll ditampilkan seperti dalam bentuk pictorial. Ladder diagram tersusun dari dua garis vertikal yang mewakili rel daya. Diantara garis vertikal tersebut disusun garis horizontal yang disebut rung (anak tangga) yang berfungsi untuk menempatkan komponen kontrol sistem. 

Untuk menggambar ladder ada beberapa hal yang menjadi acuan dasar, di antaranya adalah sebagai berikut:

1. Pada diagram ladder, garis vertikal sebelah kiri bisa kita analogikan sebagai sisi positif dari sumber tegangan, sedangkan garis vertikal sebelah kanan adalah sisi negative dari sumber tegangan. Arus listrik akan mengalir dari kiri ke kanan melalui rangkaian logika pada setiap baris.
2. Setiap baris mewakili satu rangkaian logika proses control.
3. Cara membaca diagram ini adalah dari kiri ke kanan dan dari atas ke bawah.
4. Saat PLC diaktifkan, proses scanning berkerja pada semua baris program sampai selesai. Dimulai dari kiri ke kanan baris paling atas, lalu turun ke baris di bawahnya kemudian dilanjutkan dari kiri ke kanan seterusnya hingga ujung kanan baris terbawah. Proses ini sering disebut dengan cycle dan waktu yang diperlukan untuk 1 kali proses adalah cycle time atau scan time.
5. Setiap baris umumnya harus dimulai dengan input dan diakhiri setidaknya oleh 1 buah output. Seperti yang sudah kita bahasa pada artikel – artikel sebelumnya, input yang akan memberi perintah pada PLC melalui kontak, sedangkan output memberi perintah/mengendalikan perangkat yang dihubungkan pada PLC.
6. Input dan output diidentifikasi berdasarkan alamatnya, setiap penamaan alamat tergantung dari produsen PLC. Alamat ini yang akan digunakan sebagai penyimpanan kondisi pada memori PLC.
7. Beberapa kontak dapat muncul lebih dari satu kali pada baris – baris berbeda, mereka akan aktif secara bersamaan jika memiliki alamat yang sama. Tetapi tidak demikian dengan output atau relay yang disebelah kiri. Mereka hanya boleh ditulis 1 kali.

Prinsip Kerja

Dalam dunia kendali, Ladder Diagram sudah menjadi hal yang tidak asing lagi. Ladder Diagram adalah metoda pemrograman yang umum digunakan pada PLC. Ladder Diagram merupakan tiruan dari logika yang diaplikasikan langsung oleh relay. Ladder Diagram banyak mengurangi kerumitan yang dihadapi oleh teknisi untuk menyelesaikan tujuannya. Tapi bagaimanakah Ladder Diagram itu bekerja? atau dengan kata lain, bagaimana sebenarnya representasi dari Ladder Diagram itu sehingga bisa menyusun logika-logika boolean?

Sebelum membahas ke permasalahan utama, ada baiknya kita mengerti dulu apa itu relay. Relay adalah peralatan sederhana yang menggunakan medan magnetik untuk mengontrol saklar, seperti pada gambar berikut.

G.1 Relay

Ketika tegangan diberikan pada masukan koil, arus yang tercipta menghasilkan medan magnetik. Medan inilah yang akan menarik saklar metal ke arahnya dan akan menyentuh bagian saklar yang lain. Akibat dari mekanisme ini adalah rangkaian yang sebelumnya rangkaian terbuka menjadi rangkaian tertutup. Sifat relay yang seperti ini (menjadi rangkaian tertutup setelah diberikan tegangan) disebut dengan normally open. Dengan demikian, normally closed relay adalah relay yang akan menjadi rangkaian terbuka setelah diberikan tegangan. Umumnya, relay digambarkan oleh diagram skematik menggunakan sebuah lingkaran yang menggambarkan koil masukan. Kontak output ditunjukkan oleh dua garis paralel. Kontak normally open digambarkan dengan 2 garis dan akan terbuka (non-conducting) apabila tidak diberikan energi. Normally closed adalah yang sebaliknya dan digambarkan oleh dua garis dengan garis diagonal yang memotong kedua garis tersebut. Saat tidak diberikan energi, keadaan relay adalah tertutup (conducting).

Relay digunakan agar keadaan satu sumber (terbuka atau tertutup) energi dapat mengatur keadaan sumber energi (terbuka atau tertutup) lainnya yang biasanya memiliki arus yang lebih besar dan kedua sumber energi ini saling terisolasi satu sama lain (tidak terhubung secara langsung). Relay merupakan komponen utama dalam PLC. Contoh sederhana dari penggunaan relay ditunjukkan oleh gambar berikut.

G.2 Analogi Ladder Diagram

Pada sistem ini, relay pertama pada gambar kiri bersifat normally closed dan akan mengalirkan arus terus hingga terdapat tegangan yang diaplikasikan pada relay ini (input A). Relay kedua adalah normally open dan tidak akan mengalirkan arus sampai ada tegangan yang diaplikasikan ke relay ini (input B). Jika arus mengalir pada kedua relay yang pertama, maka arus juga akan mengalir pada relay ketiga dan akan menutup saklar pada output C. Rangkaian seperti ini umum digambarkan pada skematik Ladder Diagram pada gambar tersebut. Secara logika, diagram ini dapat dibaca sebagai berikut: C akan “on” ketika A “off” dan B “on”.

Dalam logika Boolean dirumuskan sebagai C = A’.B 

G.3 Skematik Gerbang Digital yang Ekivalen

Gambar berikut ini merupakan contoh yang lebih kompleks pada aplikasi dalam PLC, dengan 2 buah tombol pada input.

G.4 Contoh Aplikasi dalam PLC

Dasar Bahasa Ladder

Sebuah diagram tangga atau Iadder diagram terdiri dari sebuah garis menurun ke bawah pada sisi kiri dengan garis-garis bercabang ke kanan. Garis yang ada di sebelah sisi kiri disebut sebagai palang bis (bus bar), sedangkan garis-garis cabang (the branching lines) adalah baris instruksi atau anak tangga. Sepanjang garis instruksi ditempatkan berbagai macam kondisi yang terhubungkan ke instruksi lain di sisi kanan. Kombinasi logika dari kondisi-kondisi tersebut menyatakan kapan dan bagaimana instruksi yang ada di sisi kanan tersebut dikerjakan.

Contoh Diagram tangga

Sebagaimana ditunjukkan pada gambar diatas tersebut, sepanjang garis instruksi bisa bercabang-cabang lagi kemudian bergabung lagi. Garis-garis pasangan vertikal (seperti lambang kapasitor) itulah yang disebut kondisi. Pasangan garis vertikal yang tidak ada garis diagonalnya disebut sebagai Normal Terbuka – Normally Open atau NO serta terkait dengan instruksi LOAD (LD), AND atau OR. Sedangkan pasangan garis vertikal yang ada garis diagonal-nya dinamakan Normal Tertutup – Normally Close atau NC serta terkait dengan instruksi-instruksi LD NOT, AND NOT atau OR NOT. Angka-angka yang terdapat pada masing-masing kondisi di gambar 1 tersebut merupakan bit operan instruksi. Status bit yang berkaitan dengan masing-masing kondisi tersebut yang menentukan kondisi eksekusi dari instruksi berikutnya.

• Instruksi LOAD (LD) dan LOAD NOT (LD NOT)

Kondisi pertama yang mengawali sembarang blok logika di dalam diagram tangga berkaitan dengan instruksi LOAD (LD) atau LD NOT. (LD NOT). Masing-masing instruksi ini membutuhkan satu baris kode mnemonik. Contoh untuk instruksi ini ditunjukkan pada gambar dibawah

Contoh instruksi LD dan LD NOT

Sebagaimana ditunjukkan pada gambar diatas, karena hanya instruksi LOAD atau LD NOT saja yang ada di garis instruksi (instruction line), maka kondisi eksekusi untuk instruksi yang di sebelah kanan-nya adalah ON jika kondisi-nya ON. Untuk contoh diagram tangga tersebut, instruksi LD (yaitu untuk normal terbuka), kondisi eksekusi akan ON jika IR000.00 juga ON; sebaliknya, untuk instruksi LD NOT (yaitu untuk normal tertutup), kondisi eksekusi akan ON jika IR000.00 dalam kondisi OFF.

• Instruksi AND dan AND NOT

Jika terdapat dua atau lebih kondisi yang dihubungkan secara seri pada garis instruksi yang sama, maka kondisi yang pertama menggunakan instruksi LD atau LD NOT dan sisanya menggunakan instruksi AND atau AND NOT. Pada gambar dibawah ditunjukkan sebuah penggalan diagram tangga yang mengandung tiga kondisi yang dihubungkan secara seri pada garis instruksi yang sama dan berkaitan dengan instruksi LD, AND NOT dan AND. Dan sama seperti sebelumnya, masing-masing instruksi tersebut membutuhkan satu baris kode mnemonik.

Contoh penggunaan AND dan AND NOT

Instruksi yang digambarkan paling kanan sendiri (gambar diatas) akan memiliki kondisi eksekusi ON jika ketiga kondisi di kiri-nya semuanya ON, dalam hal ini IR000.00 dalam kondisi ON, IR010.00 dalam kondisi OFF dan LR00.00 dalam kondisi ON.

Instruksi AND dapat dibayangkan akan menghasilkan ON jika kedua kondisi yang terhubungkan dengan instruksi ini dalam kondisi ON semua, jika salah satu saja dalam kondisi OFF, apalagi dua-duanya OFF, maka instruksi AND akan selalu menghasilkan OFF juga.

• Instruksi OR dan OR NOT

Jika dua atau lebih kondisi dihubungkan secara paralel, artinya dalam garis instruksi yang berbeda kemudian bergabung lagi dalam satu garis instruksi yang sama, maka kondisi pertama terkait dengan instruksi LD atau LD NOT dan sisanya berkaitan dengan instruksi OR atau OR NOT. Pada gambar IV.6 ditunjukkan tiga buah kondisi yang berkaitan dengan instruksi LD NOT, OR NOT dan OR. Sekali lagi, masing-masing instruksi ini membutuhkan satu baris kode mnemonik.

Contoh penggunaan OR dan OR NOT

Blok instruksi ini akan memiliki kondisi ekskusi ON jika cukup salah satu dari ketiga kondisi dalam keadaan ON, misalnya IR000.00 dalam kondisi OFF, IR0100.00 dalam kondisi OFF atau LR00.00 dalam kondisi ON.

Dalam hal ini instruksi OR dapat dibayangkan akan selalu menghasilkan kondisi eksekusi ON jika salah satu saja dari dua atau lebih kondisi yang terhubungkan dengan instruksi ini dalam kondisi ON.