sistem pemantauan pembangkit listrik...
TRANSCRIPT
Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya
Sabtu, 21 November 2015
Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor
FI-41
SISTEM PEMANTAUAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLER DAN WEBSITE
AYUB SUBANDI*, DAUD JHONI
Prodi Sistem Komputer, Jurusan Teknik Komputer Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia
Jl. Dipati Ukur no 112-116, Bandung 40132
Abstrak. Proses pemantauan pembangkit listrik tenaga angin biasanya dilakukan oleh operator secara manual, dengan cara mencatat besaran nilai tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan oleh generator. Proses pemantauan secara langsung seperti ini memerlukan usaha yang besar, serta data yang didapatkan tidak akurat karena pengambilan setiap data cukup lama. Dengan memanfaatkan Internet of Things (IoT) yaitu sebuah konsep untuk memperluas konektivitas dari alat kontroler dengan internet maka data bisa dipantau terus menerus. Proses pengukuran parameter listrik yang dihasilkan dari generator menggunakan sensor tegangan, sensor arus dan sensor rotary encoder sebagai pencatat nilai kecepatan putaran generator. Untuk dapat terhubung ke internet (web server/hosting), mikrokontroler terhubung ke ethernet serta router yang mempunyai konektivitas internet, sebagai pengirim data dari mikrokontroler ke internet. Berdasarkan hasil pengukuran sensor tegangan mempunyai toleransi pengukuran sebesar 3,8%, sensor arus dengan beban beragam mempunyai toleransi 10,6% serta sensor rotary encoder mempunyai pengukuran akurat. Pengiriman data antara mikrokontroler dengan server berhasil ditampilkan pada website. Antarmuka website untuk memantau jarak jauh menampilkan data saat ini, data history, dan grafik. Proses pemantauan bisa dilakukan disembarang tempat, tanpa terbatas jarak dengan data yang dihasilkan dapat di pantau tiap waktu.
Kata kunci : Internet of Things (IoT), rotary encoder, hosting, mikrokontroler, website
Abstract. Process monitoring of wind power plants is usually carried out by the
operator manually, by recording the amount of the value of voltage, current, and power
generated by the generator. Direct monitoring process like this requires a great effort,
and the data obtained is not accurate because each data capture long enough. By
utilizing the Internet of Things (IOT) is a concept to extend the connectivity of the
device controller to the Internet, the data can be monitored continuously. The process of
measuring electrical parameters generated from the generator using a voltage sensor, a
current sensor and sensor rotary encoder as scorekeeper generator rotation speed. To be
able to connect to the internet (web server / hosting), the microcontroller is connected to
a router which has ethernet and internet connectivity, as the sender of the data from the
microcontroller to the internet. Based on the results of the measurement of the voltage
sensor has a measurement tolerance of 3.8%, the load current sensors with a variety of
well-tolerated 10.6% and rotary encoder sensors have an accurate measurement. The
data transmission between the microcontroller with the server successfully displayed on
the website. Website interface to remotely monitor displays the current data, history
data, and graphs. The monitoring process can be done anyplace, without being limited
to the distance with the resulting data can be monitored over time.
Keywords : Internet of Things (IoT), rotary encoder, hosting, microcontroller, website
* email : [email protected]
FI-42 Ayub Subandi, Daud Jhoni
1. Pendahuluan
Fungsi kincir angin sebagai penghasil listrik tentu diharapkan dapat beroperasi secara terus-menerus agar pasokan listrik selalu tersedia. Sehingga kincir angin perlu dipantau atau diamati performanya. Pemantauan dilakukan pada parameter pembangkit yang dihasilkan, yaitu tegangan, arus, daya dan kecepatan putaran kincir angin. Agar proses pemantauan kincir angin menjadi mudah, cepat dan akurat maka diperlukan suatu aplikasi yang realtime, tidak terbatas tempat dan waktu. Solusi terbaik adalah membuat sistem pemantauan kincir angin menggunakan aplikasi web dengan keuntungan lebih murah juga lebih efisien.
Gambar 1. Maksud dan Tujuan Penelitian
Maksud dari penelitian ini adalah merancang suatu sistem yang mampu mengakuisisi data parameter dari pembangkit listrik tanpa terbatas tempat waktu, serta dapat berjalan secara realtime untuk memudahkan operator dalam bekerja.
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk monitoring parameter pembangkit listrik tenaga angin berupa arus, tegangan, daya dan kecepatan putaran kincir angin dengan menggunakan mikrokontroler yang terintegrasi dengan website sebagai antarmuka dan menggunakan database mysql dan datalogger sebagai media penyimpanan data.
2. Metode Penelitian
Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit untuk menghasilkan
listrik dengan memanfaatkan kinetik dari angin dengan menggunakan turbin angin.
Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi
merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin
merupakan salah satu energi yang tidak terbatas di alam. Untuk membuat sistem pemantauan pembangkit, dibutuhkan sensor-sensor untuk membaca parameter listrik yang dihasilkan, beserta dengan alat pendukung lain sehingga kincir angin dapat terhubung ke internet (website). Sensor Arus
Sensor arus digunakan untuk mengukur besar arus yang dihasilkan oleh generator
seperti diperlihatkan pada gambar 2. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator
akan dibaca secara analog oleh sensor arus, kemudian mikrokontroler akan
membaca data analog tersebut dan mengkonversikan dalam data digital, sehingga
data digital tersebut dapat dikirim dan ditampilkan pada halaman website.
Sistem Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Berbasis .............. FI-43
Gambar 2. rangkaian dan modul sensor arus
Sensor Tegangan
Konsep dari sensor tegangan ini menggunakan pembagi tegangan, sehingga
besarnya tegangan dapat dibatasi dan dibaca oleh analog mikrokontroler. Sensor
tegangan menggunakan beberapa resistor sebagai pembagi tegangan dan satu
resistor sebagai beban untuk penstabil nilai tegangan keluaran. Rangkaian sensor
tegangan diperlihatkan pada gambar 3 di bawah.
Gambar 3. Skema Pembagi tegangan
Untuk mencari nilai tegangan keluaran (Vout) untuk masukan mikrokontroler
menggunakan rumus:
Gambar 4. Modul Sensor Tegangan
FI-44 Ayub Subandi, Daud Jhoni
Sensor Rotasi
Sensor RPM dibutuhkan untuk mengukur kecepatan putaran kincir angin. Sensor
ini menggunakan rotary encoder dengan dibuat dalam bentuk optocoupler yang
dipadukan dengan komponen lain seperti resistor, kapasitor dan op-amp sebagai
penguat sinyal.
Rangkaian penggerak (driver) optocoupler haruslah terdiri dari dua bagian:
Sumber tegangan untuk menyalakan LED-IR dan rangkaian pengkondisi sinyal
untuk membaca data keluaran dari phototransistor.
Gambar 5. konfigurasi dan modul sensor RPM
Ethernet
Ethernet umumnya merupakan alat komunikasi data dan pemrosesan sinyal
untuk jaringan komputer. Pada penelitian ini digunakan untuk menghubungkan
antara mikrokontroler dengan internet. Ethernet merupakan teknologi jaringan
yang menggunakan metode transmisi Baseband yang mengirim sinyalnya secara
serial 1 bit pada satu waktu. Ethernet beroperasi dalam mode half-duplex, yang
berarti setiap station dapat menerima atau mengirim data, tetapi tidak dapat
melakukan keduanya secara bersamaan.
Gambar 6. Ethernet shield
Router
Router merupakan perangkat jaringan yang berfungsi sebagai penyaring atau filter
lalu lintas data. Penyaringan dilakukan dengan menggunakan protocol TCP/IP.
Router pada dasarnya merupakan piranti pembagi jaringan secara logikal bukan
fisikal. Dengan adanya router maka sebuah protocol dapat di-sharing kepada
Sistem Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Berbasis .............. FI-45
perangkat jaringan lain. Berfungsi agar data sampai ke tempat tujuan pada alamat
jaringan yang dikehendaki. Router digunakan untuk menghubungkan jaringan
intranet (lokal) ke jaringan internet.
Client – Server
Pada penelitian ini perancangan menggunakan metode client sever, client server
merupakan sebuah bentuk arsitektur jaringan komputer yang terdiri dari komputer
client dan komputer server. Mikrokontroler bertindak sebagai client, yang
bertugas mengirim request dan kirim data ke server (hosting). Data – data tersebut
akan disimpan dalam database server, kemudian ditampilkan di halaman website
sebagai antarmuka antara mikrokontroler dengan user. Perancangan Perangkat Keras Sistem yang dibuat diperlihatkan pada gambar diagram blok di bawah.
Gambar 7. Diagram blok perangkat keras
Mikrokontroler akan membaca data sensor (arus, tegangan, dan kecepatan kincir) yang berbentuk data analog, data tersebut akan dikonversi menjadi data digital. Setelah data digital tersedia maka data disimpan pada datalogger sebagai tempat penyimpanan cadangan jika koneksi terputus dengan database website. Data–data tersebut juga ditampilkan pada layar LCD sebagai media informasi untuk user. Setelah data disimpan pada microSD, data juga diteruskan ke Ethernet untuk di kirim ke server melalui router dan modem. Setelah data tersimpan pada database server maka data tersebut dapat diakses oleh user. Jika terjadi kerusakan maka kamera IP dapat diaktifkan.
Perancangan Perangkat Lunak
Perangkat lunak digunakan untuk menjebatani antara perangkat yang lain dengan
mikrokontroler dalam bentuk program. Pada diagram alir program utama
FI-46 Ayub Subandi, Daud Jhoni
berisikan tentang garis besar hal yang dikerjakan mikrokontroler sebagai pusat
pengontrol. Algoritma pada diagram alir seperti pada gambar 8a adalah algoritma
utama untuk melakukan proses pemantauan kincir angin, sehingga sistem dapat
berjalan dengan baik.
Kirim Data Ke Datalogger
Selesai
Mulai
Data diterimaTidak
Ya
Inisialisasi Sensor arus,
sensor tegangan, sensor RPM
Baca Data Sensor Arus
Baca Data Sensor Tegangan
Baca Data RPMKirim Pesan Eror
Ke website
Kirim Data Ke web server
Tampilkan Data di website
Delay 3 DetikTidakYa
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
Mulai
Tidak Ya
A
B
C
D
E
F
G
H
I
Value = (sampling * 5) / 1023
Inisialisasi Register, variabel
Aktual = value – 2.5
Arus = aktual * 1000
Kirim nilai arus
Delay 1 detik
stop
Sampling data
Arus = arus / 1000
Gambar 8. Diagram alir program : a. utama dan b. baca sensor arus
Prosedur baca data sensor arus yaitu, pada awalnya melakukan sampling data
analog sebanyak 150 kali agar data yang didapat stabil, lalu Menghitung nilai
value dengan perhitungan (sampling *5) / 1023, Menghitung nilai aktual dengan
perhitungan: value dikurangi nilai tegangan referensi (2.5V). Menghitung nilai
arus yang sebenarnya dengan mengkalikan nilai aktual dengan 1000 (arus = aktual
* 1000). Karena data dalam besaran ribuan, maka dilakukan pembagian 1000 agar
menjadi satuan ampere (A). Diagram Alir Membaca Sensor Tegangan
Nilai tegangan dari generator akan dibaca oleh sensor, dan nilai pembacaan
tersebut akan dilakukan perhitungan agar nilainya dapat terbaca oleh user sebagai
data digital.
Sistem Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Berbasis .............. FI-47
Mulai
TidakYa
A
B
C
D
E
F
Inisialisasi R1 R2
Vout = value / (R2/(R1+R2))
Tampilkan nilai tegangan
Sudah 1 detik
stop
Sampling data
Value = (sampling * 5)/1023
Vout < 0,2
Vout = 0,00
Ya
Tidak
G
H
I
J
Gambar 9. Diagram alir prosedur baca sensor tegangan
3. Hasil dan Pembahasan
Perancangan kotak kontroler menggunakan bahan plastik keras yang dibentuk
persegi dengan ketebalan ± 5 mm seperti diperlihatkan pada gambar 10.
Gambar 10 kontroler tanpak samping
Dimensi rancangan kontroler :
Panjang : 150 mm
Lebar : 96 mm
Tinggi : 50 mm
Berat : 300 gr
FI-48 Ayub Subandi, Daud Jhoni
Pengujian Perangkat Keras
Pengujian perangkat keras dilakukan terhadap semua sensor yang dibutuhkan
dalam penelitian, yaitu :
Pengujian sensor tegangan
Sensor tegangan merupakan sensor yang penting untuk di uji, karena pembacaan
sensor akan mempengaruhi keakuratan sensor tersebut membaca nilai tegangan
yang dihasilkan kincir angin.
Tabel 1 Pengujian Sensor Tegangan
Data ke- Multimeter
(V)
Sensor
(V) Eror (%)
1 20,51 20,67 0,8
2 21,33 21,42 0,4
3 22,31 22,60 1,3
4 23,25 23,51 1,1
5 24,34 24,80 1,9
6 25,55 25,77 0,9
7 26,36 26,76 1,5
8 27,95 28,40 1,6
9 29.05 29,53 1,6
10 29,93 30,44 1,7
Nilai eror rata – rata pada percobaan ini adalah ± 1,7 %. Untuk mempermudah
pembacaan tabel dibuat garfik hasil pengujian sensor tegangan.
Gambar 11. grafik pengujian sensor tegangan
Pengujian sensor arus
Sensor arus menggunakan modul ACS712 dengan maksimum pembacaan arus 5A,
sensor arus penting untuk di uji, karena pembacaan sensor akan mempengaruhi
keakuratan sensor tersebut membaca nilai arus yang dihasilkan generator kincir
angin. Pengujian dilakukan dengan berbagai beban dan sumber tegangan,
perbandingan dilakukan dengan pembacaan arus di multimeter serta tegangan di
multimeter.
0
10
20
30
1 5 9 13 17 21 25 29
multimeter
sensor
Sistem Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Berbasis .............. FI-49
Tabel 2 Pengujian Sensor Arus
No Sensor (A) Multimeter (A) Eror (%)
1 1,28 1,30 -1,53
2 0,26 0,25 4,00
3 1,31 1,35 -2,96
4 1,39 1,37 1,45
5 0,95 0,92 3,26
6 1,45 1,55 -6,45
7 1,58 1,55 1,93
8 1,45 1,52 -4,60
9 1,83 1,77 3,38
10 1,75 1,72 1,74
Dari percobaan yang dilakukan dengan berbagai beban dan sumber tegangan dan
beban didapatkan perbedaan antara pengukuran sensor dengan pengukuran
multimeter rata – rata sebesar ± 3 %. Grafik dapat dilihat pada gambar 19.
Gambar 12. grafik pengujian sensor arus
Pengujian sensor RPM
Sensor RPM menggunakan modul optocoupler sebagai pembacaan kecepatan
putaran. Sensor ini penting untuk di uji, untuk mengetahui unjuk kerjanya. Hasil
pengujian skala laboratorium diperlihatkan di table 3.
Tabel 3 Pengujian Sensor RPM
0
2
4
6
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
sensor multimeter
No Sensor RPM Tachometer
1 1650 1655
2 1588 1590
3 1458 1455
4 1425 1422
5 1230 1233
6 1125 1120
7 1275 1277
8 2340 2347
9 2450 2453
10 3450 4320
FI-50 Ayub Subandi, Daud Jhoni
Pada percobaan yang telah dilakukan terhadap sensor, hasil pengukuran akurat
mendekati tachometer. namun mikrokontroler mempunyai batasan pembacaan
kecepatan yaitu tidak lebih dari 3500 rps (rotasi per second) seperti pada data ke-
10. Pembacaan sensor 3450 rps sedangkan tachometer 4320 rps. Hal ini karena
mikrokontroler hanya mempunyai 10 bit konversi data, sedangkan data yang
masuk melebihi 10 bit data.
Gambar 13. grafik pengujian RPM
Pengujian Lapangan
Pengujian lapangan dilakukan dengan menggunakan generator kapasitas 100 Volt
dan panjang bilah 1,5m. Untuk mengukur arus yang dihasilkan maka ditambahkan
beban pada generator berupa beberapa resistor yang dirangkai secara pararel,
Gambar 14. beban pengujian
Pengujian dilakukan di daerah persawahan Gedebage, Bandung, seperti tampak
pada gambar 15.
Gambar 15. Pengujian Lapangan
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1 5 9 13 17 21 25 29
Tachometer
Sensor
Sistem Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Berbasis .............. FI-51
Hasil pengujian di lapangan diperlihatkan pada tabel 4.
Tabel 4 Pengujian lapangan
Data
ke-
Tegangan
(V)
Arus
(A)
Daya
(W)
Kecepatan putaran
(RPM)
1 12.29 6.32 77.64 225
2 9.81 5.81 56.98 120
3 12.07 7.05 85.07 225
4 17.23 9.36 161.20 255
5 12.83 8.72 131.51 225
6 12.83 8.14 104.35 150
7 14.38 7.03 101.11 135
8 10.24 4.95 50.69 135
9 9.97 5.80 57.84 105
10 7.02 3.67 25.76 120
Pada data ke-1,3,4 dan 5 kecepatan sama tetapi nilai tegangan berbeda, karena
efek dari sinar matahari yang mengenai sensor sehingga sensor tidak bekerja
dengan baik.
4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian yang dilalukan pada penelitian ini, baik di
laboratorium atau di lapangan, dapat di simpulkan bahwa :
1. Pengiriman data antara mikrokontroler dengan web server berhasil
terkirim dan tampil di antarmuka web.
2. Sensor dapat membaca nilai arus, tegangan, dan kecepatan putaran kincir
angin dengan baik dan data dapat dikirim serta ditampilkan di halaman
website.
3. Pengujian sensor tegangan berhasil dilakukan. Sensor tegangan memiliki
eror 3,807%, artinya jika sensor mengukur tegangan 100V, sensor
memiliki toleransi sebesar ±3,8V. maka nilai yang terbaca oleh sensor
adalah 103,8V.
4. Pengujian sensor arus berhasil dilakukan.Sensor arus memiliki eror
10,67%, nilai toleransi sensor arus ini juga cukup besar.
5. Pengujian sensor RPM berhasil dilakukan, data yang didapat akurat.
Ucapan terima kasih
Ucapan terima kasih kepada Direktorat Penelitian Pengabdian Kepada Masyarakat Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan atas dana hibah Penelitian Dosen Pemula tahun anggaran 2015. Dengan bantuan dana tersebut penulis bisa melakukan penelitian.
FI-52 Ayub Subandi, Daud Jhoni
DaftarPustaka
1. Budianto, A., Muhyidin Farid, M., &Sukarman, Monitoring Dan Kontrol Suhu Menggunakan Modul Jaringan Nm7010a-Lf, Seminar Nasional V, Yogyakarta: SDM Teknologi Nuklir, 2009.
2. Fachrurrozi, I, Perancangan Sistem Monitoring Dan Optimasi Berbasis Labview Pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dan Angin, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2013.
3. Forouzan, Behrouz A, Data Communications and Networking, 4th Edition, McGraw Hill, 2007.
4. Syahrul, Mikrokontroler AVR ATMEGA8535: Menjelajahi Prinsip-prinsip, Antarmuka, dan Aplikasi Mikrokontroler dengan Assembler , 1st Edition, Informatika, 2012.
5. Tocci, R. J., dan Widmer, S. N., Digital systems principles and applications, 8th Edition, Prentice Hall, 2002.
6. Sunardi, J., Sutanto., Eko Prihantono, S, Rancang Bangun Antarmuka Mikrokontroler Atmega32 Dengan Multimedia Card, Elektronika Instrumentasi, Jurusan Teknofisika Nuklir, STTN-BATAN, 2009.
7. Subkhi Sa’dullah, M, Rancang Bangun Sistem Monitoring Kelajuan Dan Arah Angin Menggunakan Mikrokontroller Dan Wifi, Universitas Dipenogoro, Semarang, 2009.