Ringkasan (Nota Pengajian Kejuruteraan Elektrik Dan Elektronik Tingkatan 5 Bab 2:)

Panduan ini merangkumi konsep asas sistem elektronik digit dan Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC). Ia bermula dengan perbezaan antara isyarat analog dan digital, meneroka sistem nombor perduaan, get logik, litar jujukan seperti flip-flop dan pendaftar, dan kemudian beralih kepada struktur, fungsi, dan pengaturcaraan PLC.

1. Asas Elektronik Digit

Elektronik digit ialah bidang yang mengkaji litar yang menggunakan kuantiti digital. Berbeza dengan kuantiti analog yang mempunyai nilai berterusan (seperti suhu dan masa), kuantiti digital mempunyai nilai diskret, biasanya diwakili oleh logik ‘0’ dan ‘1’.

Sistem Nombor dan Penukaran

• Nombor Asas Sepuluh (Perpuluhan): Sistem nombor yang biasa kita gunakan (0-9).

• Nombor Asas Dua (Perduaan/Binari): Sistem yang digunakan oleh sistem digital, hanya menggunakan digit 0 dan 1.

• Penukaran: Dokumen sumber menunjukkan kaedah untuk menukar nombor antara asas sepuluh dan asas dua. Contohnya, nombor perpuluhan 24₁₀ bersamaan dengan nombor perduaan 11000₂.

Get Logik

Get logik ialah blok binaan asas bagi sistem digital, membolehkan komputer menjalankan operasi aritmetik dan membuat keputusan.

Litar Logik Jujukan: Flip-Flop

Flip-flop ialah peranti ingatan asas dalam sistem digital yang boleh menyimpan satu bit data (0 atau 1). Ia digunakan dalam pembilang, pendaftar, dan logik kawalan. Empat jenis utama ialah:

1. Flip-flop SR: Mempunyai masukan Set (S) dan Reset (R).

2. Flip-flop D: Mempunyai satu masukan data (D).

3. Flip-flop JK: Versi yang lebih serba boleh daripada SR, dengan masukan J dan K.

4. Flip-flop T: Mempunyai masukan Togol (T) yang menukar keadaan keluaran.

Pendaftar Anjakan dan Pembilang

• Pendaftar Anjakan: Litar yang terdiri daripada flip-flop, digunakan untuk menyimpan dan memindahkan data binari. Jenis-jenisnya termasuk SISO, SIPO, PISO, dan PIPO.

• Pembilang (Counter): Litar jujukan yang digunakan untuk membilang denyut jam.

2. Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC)

PLC dibangunkan pada tahun 1968 oleh jurutera di General Motors sebagai alternatif kepada sistem kawalan geganti yang kompleks dan tidak fleksibel. Ia direka untuk mengawal mesin dan proses industri dengan mudah melalui atur cara yang boleh diubah suai.

Komponen Asas PLC

1. Unit Pemproses (CPU): Otak PLC yang memproses isyarat masukan, melaksanakan atur cara, dan mengawal keluaran.

2. Unit Ingatan:

    ◦ ROM (Ingatan Baca Sahaja): Menyimpan atur cara sistem pengendalian PLC secara kekal.

    ◦ RAM (Ingatan Capaian Rawak): Menyimpan data sementara seperti status masukan/keluaran dan nilai pemasa/pembilang.

3. Bekalan Kuasa: Membekalkan kuasa kepada semua komponen dalam PLC.

4. Peranti Masukan/Keluaran (I/O): Antara muka yang menyambungkan PLC dengan peranti luaran.

    ◦ Masukan: Suis, penderia, punat tekan.

    ◦ Keluaran: Motor, lampu, solenoid.

5. Peranti Pengaturcaraan: Digunakan untuk menulis, memuat naik, dan mengubah suai atur cara PLC. Contohnya ialah konsol pengaturcaraan dan komputer.

Saiz dan Jenis PLC

PLC dikelaskan mengikut bilangan masukan/keluaran (I/O) yang boleh diuruskan.

Pengaturcaraan PLC

Dua bahasa pengaturcaraan utama yang dibincangkan ialah:

• Rajah Tangga (Ladder Diagram): Bahasa grafik yang menyerupai litar kawalan geganti, terdiri daripada rel kuasa menegak dan “anak tangga” (rung) mendatar yang mengandungi arahan.

• Kod Mnemonik (Mnemonic Code): Bahasa berasaskan teks di mana setiap arahan diwakili oleh kod singkatan.

Arahan Asas PLC

Soalan Lazim (FAQ)

1. Apakah itu Pengawal Logik Boleh Atur Cara (PLC) dan apakah fungsi utamanya? PLC, atau Pengawal Logik Boleh Atur Cara, direka bentuk untuk memudahkan kawalan mesin dan proses dalam industri. Fungsi utamanya adalah untuk mengawal peranti masukan (seperti suis dan penderia) dan peranti keluaran (seperti motor elektrik, lampu, dan injap) melalui atur cara yang boleh dimuat naik ke dalam ingatannya. Ini membolehkan operasi sesebuah mesin dikendalikan dan diubah suai dengan mudah.

2. Apakah perbezaan utama antara sistem kawalan yang menggunakan PLC dengan sistem logik geganti terdawai keras? Perbezaan utama terletak pada fleksibiliti dan kemudahan pengubahsuaian. Dalam sistem logik geganti terdawai keras, sebarang pengubahsuaian pada sistem kawalan memerlukan pendawaian semula yang rumit. Sebaliknya, dengan PLC, pengubahsuaian sistem kawalan boleh dilakukan hanya dengan mengubah suai atur cara PLC tanpa perlu membuat pendawaian semula. Ini menjadikan proses pencarisilapan (troubleshooting) terhadap pincang tugas mesin lebih mudah dan pantas.

3. Bagaimanakah PLC dikelaskan dan apakah faktor terpenting dalam pemilihannya? PLC dikelaskan mengikut saiz dan bilangan masukan/keluaran (I/O) yang boleh disambungkan. Jenis-jenisnya termasuk Nano, Mikro, Kecil, Sederhana, dan Besar. Faktor yang terpenting dalam pemilihan PLC ialah bilangan masukan dan keluaran yang diperlukan oleh sesebuah aplikasi. Sebagai contoh, PLC Nano boleh menampung kurang daripada 15 titik I/O, manakala PLC Besar boleh menguruskan sehingga 4096 titik I/O. Pemilihan yang bijak mengikut keperluan teknikal dan komersial dapat menjimatkan kos pembiayaan projek.

4. Apakah komponen-komponen asas yang membentuk sebuah sistem PLC? Sistem PLC terdiri daripada beberapa komponen utama, iaitu:

• Pemproses (CPU): Otak PLC yang melaksanakan atur cara dan membuat keputusan logik.

• Unit Ingatan (ROM & RAM): ROM menyimpan atur cara sistem pengendalian secara kekal, manakala RAM menyimpan data pengguna dan status I/O secara sementara.

• Bekalan Kuasa: Membekalkan kuasa elektrik kepada semua komponen dalam PLC.

• Peranti Masukan: Peranti seperti penderia, suis, dan pemasa yang menghantar isyarat kepada PLC.

• Peranti Keluaran: Peranti seperti lampu, motor, dan solenoid yang menerima arahan daripada PLC.

• Peranti Pengaturcaraan: Konsol pengaturcaraan atau komputer yang digunakan untuk menulis, memuat naik, dan mengubah suai atur cara PLC.

5. Apakah peranan PLC dalam Revolusi Industri 4.0 dan “Smart Factory”? Dalam konteks Revolusi Industri 4.0 dan “Smart Factory”, PLC dilihat sebagai pusat kawalan utama dan pemproses pusat untuk semua keputusan masa nyata dalam sesuatu proses pembuatan. PLC merupakan bahagian penting dalam Industrial Internet of Things (IIoT). Ia boleh berkomunikasi dengan peralatan komputer lain untuk mengumpul data, memantau peranti, dan menyediakan laporan penderia daripada kedua-dua saluran awan (cloud) dan PLC secara serentak. Ini membolehkan analisis “big data” untuk tujuan penyelenggaraan pencegahan dan pengoptimuman prestasi, seterusnya mewujudkan proses perkilangan yang lebih cekap.

Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)

1. Soalan: Sebuah motor pengadun perlu beroperasi hanya apabila kedua-dua suis tekanan dan suis suhu mencapai tahap yang dikehendaki. Terangkan bagaimana anda akan membuat pendawaian bagi setiap peranti masukan (suis) dan keluaran (motor) pada modul PLC untuk merealisasikan sistem ini.

Jawapan: Untuk sistem ini:

• Peranti Masukan: Suis tekanan dan suis suhu akan disambungkan ke tamatan masukan pada modul masukan PLC. Contohnya, suis tekanan disambungkan ke alamat masukan IN 0 (00000) dan suis suhu ke IN 1 (00001). Kedua-dua suis ini perlu disambungkan kepada bekalan kuasa peranti luaran (cth: 24 V DC) dan modul masukan PLC.

• Peranti Keluaran: Motor pengadun akan disambungkan ke tamatan keluaran pada modul keluaran PLC, contohnya pada alamat OUT 0 (10000). Pendawaian motor juga memerlukan sambungan kepada bekalan kuasa yang bersesuaian dengan spesifikasinya (cth: 230 V AC).

• Logik Atur Cara: Dalam atur cara PLC (rajah tangga), kedua-dua masukan (00000 dan 00001) akan disambung secara sesiri (logik AND). Ini memastikan bahawa keluaran motor (10000) hanya akan diaktifkan apabila kedua-dua suis tekanan DAN suis suhu berada dalam keadaan aktif (tertutup).

2. Soalan: Dalam projek mini “LED berkelip”, mengapa penting untuk membandingkan keputusan daripada simulasi perisian dengan uji kaji perkakasan? Bincangkan kemungkinan punca perbezaan (ralat) antara kedua-dua keputusan tersebut.

Jawapan: Perbandingan antara simulasi dan uji kaji perkakasan adalah penting untuk mengesahkan keberfungsian dan ketepatan reka bentuk litar. Simulasi menyediakan persekitaran ideal tanpa batasan fizikal, manakala uji kaji perkakasan mendedahkan prestasi litar dalam keadaan dunia sebenar. Kemungkinan punca perbezaan (ralat) termasuk:

• Toleransi Komponen: Komponen fizikal (perintang, pemuat) mempunyai had toleransi (cth: ±5%), menyebabkan nilainya sedikit berbeza daripada nilai ideal yang digunakan dalam simulasi.

• Keadaan Persekitaran: Suhu dan hingar elektrik dalam persekitaran makmal boleh mempengaruhi prestasi komponen elektronik, sesuatu yang tidak wujud dalam simulasi.

• Kualiti Sambungan: Sambungan yang longgar atau rintangan pada papan reka dan wayar penyambung boleh menyebabkan susutan voltan atau isyarat yang tidak stabil.

• Limitasi Perisian: Model komponen dalam perisian simulasi mungkin tidak 100% tepat mewakili ciri-ciri komponen sebenar, terutamanya bagi komponen bukan linear.

3. Soalan: Jelaskan kepentingan arahan TIM (Pemasa) dan CNT (Pembilang) dalam proses automasi industri, dengan menggunakan contoh sistem lengan motor yang bergerak berulang kali antara dua suis had.

Jawapan: Arahan TIM dan CNT adalah kritikal dalam automasi untuk mengawal jujukan dan tempoh masa operasi.

• Arahan TIM (Pemasa): Dalam contoh lengan motor, arahan TIM digunakan untuk membuat lengan motor berhenti seketika di suis had kanan selama 30 saat. Tanpa pemasa, adalah mustahil untuk melaksanakan operasi berasaskan masa seperti lengahan, pemanasan, atau penyejukan secara automatik. Ia membolehkan proses berlaku untuk tempoh yang ditetapkan sebelum jujukan seterusnya dimulakan.

• Arahan CNT (Pembilang): Arahan CNT digunakan untuk mengira bilangan ulangan pergerakan lengan motor antara suis had kanan (RLS) dan suis had kiri (LLS). Dalam contoh ini, sistem perlu mengulangi pergerakan sebanyak 75 kali. Pembilang menjejaki setiap kitaran lengkap dan apabila kiraan sasaran (75) dicapai, ia akan mencetuskan arahan untuk menghentikan sistem atau menetapkannya semula. Ini penting untuk proses pengeluaran berulang, pengisian, dan pembungkusan.

4. Soalan: Anda ditugaskan untuk memilih PLC bagi sebuah sistem automasi kilang berskala kecil yang memerlukan pemantauan 20 penderia (masukan) dan kawalan 15 motor serta lampu (keluaran). Berdasarkan pengelasan PLC yang diberikan, jenis PLC manakah yang paling sesuai dan mengapa? Bincangkan pertimbangan ekonomi (“PEKA RINGGIT”) dalam membuat pilihan ini.

Jawapan:

• Analisis Keperluan: Jumlah titik masukan/keluaran (I/O) yang diperlukan ialah 20 (masukan) + 15 (keluaran) = 35 titik I/O.

• Pemilihan Jenis PLC: Berdasarkan jadual pengelasan:

    ◦ Nano: Kurang daripada 15 I/O (Tidak sesuai)

    ◦ Mikro: 15 hingga 125 I/O (Sesuai)

    ◦ Kecil: 32 hingga 128 I/O (Sesuai)

    ◦ Sederhana/Besar: Terlalu besar dan mahal. PLC jenis Kecil atau Mikro adalah yang paling sesuai. PLC Kecil (32-128 I/O) memberikan ruang yang mencukupi untuk keperluan semasa (35 I/O) dan mungkin sedikit ruang untuk pengembangan masa depan.

• Pertimbangan Ekonomi (“PEKA RINGGIT”): Daripada perspektif kos, penting untuk memahami keperluan teknikal dan komersial sistem. Memilih PLC yang terlalu besar (Sederhana atau Besar) akan membazirkan wang kerana banyak port I/O dan ciri canggih tidak akan digunakan. Sebaliknya, memilih PLC yang terlalu kecil (Nano) akan menyebabkan sistem tidak dapat berfungsi. Oleh itu, memilih PLC jenis Kecil atau Mikro yang sepadan dengan keperluan aplikasi adalah keputusan yang bijak kerana ia memenuhi fungsi yang diperlukan tanpa kos yang berlebihan, sekaligus menjimatkan pembiayaan projek.

5. Soalan: Keluaran litar logik jujukan, seperti yang digunakan dalam operasi flip-flop PLC, bergantung bukan sahaja pada masukan semasa tetapi juga pada keadaan keluaran sebelumnya. Terangkan bagaimana konsep “ingatan” ini dilaksanakan dalam PLC dan mengapa ia amat penting untuk kawalan jujukan yang kompleks.

Jawapan: Konsep “ingatan” dalam litar logik jujukan dilaksanakan dalam PLC melalui suap balik (feedback) keluaran. Keluaran PLC disuap balik dan dimasukkan semula ke dalam logik masukan. Ini bermakna keadaan keluaran pada satu-satu masa (logik ‘1’ atau ‘0’) dikekalkan atau “diingati” oleh peranti ingatan dalam litar. Keadaan yang disimpan ini, bersama-sama dengan masukan semasa dan isyarat jam, akan menentukan keadaan keluaran yang seterusnya. Kepentingan konsep ingatan ini adalah:

• Mengekalkan Keadaan: Ia membolehkan PLC “mengingati” satu peristiwa walaupun punca peristiwa itu (cth: butang ditekan seketika) telah tiada. Contohnya, menekan butang ‘Mula’ akan menghidupkan motor, dan motor itu akan terus hidup (keadaan ‘ON’ diingati) sehingga butang ‘Henti’ ditekan.

• Membina Jujukan: Operasi yang memerlukan langkah-langkah berturutan (cth: isi tangki, kemudian panaskan, kemudian adun) bergantung pada ingatan. PLC perlu tahu bahawa langkah pertama telah selesai sebelum memulakan langkah kedua.

• Pembilang dan Pemasa: Fungsi seperti pembilang (CNT) dan pemasa (TIM) secara asasnya adalah peranti ingatan yang menyimpan nilai kiraan atau masa yang telah berlalu. Tanpa ingatan, jujukan operasi yang kompleks dalam automasi industri tidak mungkin dapat dilaksanakan.