rancang bangun kontroler frekwensi generator pltmhsntei.poliupg.ac.id/prociding_archive/2012/06...

Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro & Informatika TK02 SNTEI 2012 PNUP, Makassar, 29 Maret 2012

ISBN: 978-602-18168-0-6 139

Rancang Bangun Kontroler Frekwensi Generator PLTMH

Daniel Kambuno Politeknik Negeri Ujung Pandang

Email : [email protected] Abstrak—Masalah utama suatu pembangkit listrik adalah frekwensi yang dihasilkan tidak stabil oleh karena beban yang diberikan pada sistem setiap saat dapat berubah-ubah tergantung kebutuhan konsumen. Kondisi ini tentu tidak diharapkan karena dapat menimbulkan kerusakan apabilah terjadi kenaikan frekwensi dari nilai normal. Agar frekwensi tetap stabil, maka beban yang diberikan pada sistem harus tetap, namun hal ini sangat sulit karena beban konsumen beragam, yang setiap saat dapat berubah. Secara manual, jika terjadi kenaikan frekwensi, maka operator mengurangi debit air yang masuk pada pipa turbin, dan sebaliknya menambah debit air jika terjadi penurunan. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan rangkaian pengendali beban kompensasi yang dapat dipakai untuk mengkompensasi beban yang dilepaskan olah konsumen dan melepaskan kembali beban kompensasi tersebut saat konsumen kembali memasang beban. Pada penelitian ini digunakan mikrokontroler PIC16C54 untuk mengatur kerja beban kompensasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan menggunakan mikrokontroler, pengaturan kerja beban kompensasi lebih praktis dengan rangkaian yang lebih sederhana serta mudah dikembangkan.

Kata kunci : Beban Kompensasi, mikrokontroler.

I. PENDAHULUAN

ada umumnya pembangkit listrik sistem mikrohidro mengalami berbagai kesulitan dalam operasionalnya. Salah satu

diantaranya adalah tegangan dan frekwensi yang dihasilakn generator tidak stabil oleh perubahan beban yang terpasang. Disisi pemakai, menjelang waktu tidur sebagian besar mematikan lampu untuk penghematan atau karena tidak suka lampu menyala kalau sedang tidur. Akibatnya beban generator berkurang dan putaran (frekwensi) turbin menjadi cepat, jika kenaikan frekwensi melewati nilai normal, akan merusak bagian-bagian mekanik dari permbangkit (mis : as

ranner). Disamping itu, jika generator yang dipakai sistem tidak dilengkapi dengan AVR maka kenaikan frekwensi diikuti kenaikan tegangan, Jika tegangan melebihi nilai normal akan merusak semua peralatan yang terhubung pada jaringan saat itu.

Dari permasalahan tersebut, kami melakukan riset mandiri yang dikembangkan dari penelitian sebelumnya dan hasilnya adalah sebuah alat yang dapat mengatasi permasalahan tersebut. Alat ini bekerja berdasarkan program yang disimpan dalam memori komputer (Stored Program Control-SPC). Cara kerja alat ini adalah memasang beban kompensasi secara otomatis saat terjadi pelepasan beban disisi konsumen, sehingga beban generator relativ tetap, dengan kondisi demikian, tegangan dan frekwensi akan stabil. Keunggulan dari alat ini antara lain : Memakai teknologi tinggi, bentuk phisik relatif kecil, instalasi dan pengawatannya sederhana.

Secara umum, tujuan yang hendak dicapai pada penelitian ini adalah membuat alat yang akan menstabilkan frekwensi yang dikeluarkan generator pada pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro. Secara khusus, tujuan yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah : Membuat Kontroler yang bekerja berbasis program tersimpan dalam EPROM untuk mendeteksi perubahan frekwensi kemudian mengambil tindakan untuk menekan perubahan tersebut, membuat program pengendali kontroler, dan menguji-coba fungsional kontroler di laboratorium

II. PEMBAHASAN

Energi listrik adalah salah satu energi yang langsung dapat digunakan oleh masyarakat, yang berasal dari suatu pusat pembangkit tenaga listrik.. Salah satu energi yang dapat dikembangkan menjadi energi listrik adalah energi yang tidak akan mengalami penyusutan ataupun penurunan apabila dikelola dengan baik yang dikenal sebagai energi terbarukan (Tunner, 1982). Beberapa sumber daya alam yang dapat dikategorikan sebagai energi terbarukan antara lain : tenaga air, tenaga surya, biomassa, panas bumi, energi lautan yang meliputi pasang surut, gelombang, dan angin laut.

P


ISBN: 978-602-18168-0-6 140

Landasan kukum untuk menjamin pembangunan di bidang ketenagalistrikan adalah Undang-undang Nomor 20 Tahun 2002 tentang Ketenagalistrikan dan visi sector ketenagalistrikan nasional yakni : “Terwujudnya industri ketenagalistrikan yang bekelanjutan dan berwawasan lingkungan melalui pendayagunaan sumber daya energi yang optimal, pelayanan universal dengan kualitas tinggi , andal, sehingga memberikan manfaat yang sebesar-besarnya bagi kemakmuran rakyat”.

Sebagaimana diamanatkan dalam Undang-Undang No. 20 Tahun 2002 tersebut bahwa dalam upaya memenuhi kebutuhan tenaga listrik secara lebih merata, adil, dan untuk lebih meningkatkan kemampuan penyediaan tenaga listrik, kesempatan pengusahaan listrik diberikan seluas-luasnya kepada Badan Usaha Milik Negara, Badan Usaha Milik Daerah, Koperasi atau Swasta untuk menyediakan tenaga listrik berdasarkan Izin Usaha Penyediaan tenaga Listrik, sedangkan untuk penyediaan tenaga listrik skala kecil, prioritas diberikan kepada Badan Usaha kecil dan Menengah. Pada undang-undang No.20 Tahun 2002, yang dimaksud dengan Ketenagalistrikan adalah segala sesuatu yang menyangkut penyediaan dan pemanfaatan tenaga listrik serta usaha penunjang tenaga listrik.

Di dalam Propeda Provinsi Sulawesi Selatan 2001-2005 diamanatkan stategi pembangunan provinsi Sulawesi Selatan, yaitu menciptakan lingkungan yang kondusif bagi pengembangan kelembagaan yang memungkinkan peningkatan intensitas dan kualitas serta lapisan masyarakat dalam semua aspek pembangunan bangsa dan Negara. Sasaran pembangunan ketenagalistrikan dalam Garis-Garis Besar Haluan Pembangunan Daerah (GBHPD) Provinsi Sulawesi Selatan 2001-2005 adalah tersedianya energi dengan harga yang terjangkau dan ramah lingkungan dalam rangka mendorong industrialisasi.

Sejalan dengan hal tersebut Propeda Sulawesi selatan mengamanatkan bahwa program ketenagalistrikan yang bertujuan untuk memenuhi kebutuhan energi di sektor rumah tangga, industri, dan sektor lainnya melalui sasaran-sasaran program, yaitu secara bertahap akan dikembangkan jaringan listrik tegangan tinggi yang dimasa akan datang dapat mewujudkan interkoneksitas antara Provinsi di Sulawesi, sehingga energi listrik dapat lebih efisien. Selain itu juga akan dikembangkan potensi energi alternatif seperti tenaga surya, angin, mikrohidro, dll untuk memenuhi kebutuhan daerah-daerah terutama daerah terpencil.

Pengembangan listrik pedesaan merupakan salah satu tugas dari pemerintah daerah, dengan

berpatokan pada kondisi konsumen listrik pedesaan yang hanya berupa pelanggan rumah tangga (bukan industri) dengan kebutuhan daya cukup rendah. Dari kondisi ini, listrik pedesaan lebih tepat dikategorikan program pengembangan listrik sosial. Listrik yang dihasilkan, diharapkan dipergunakan untuk mendukung usaha-usaha kecil yang terdapat dipedesaan, misalnya penggerak penggilingan padi, pengering hasil-hasil pertanian, pertukangan kayu dan usaha lain yang dapat dibantu dengan tenaga listrik.

Semua daerah yang bergunung-gunung dan dialiri banyak sungai, sangat potensil untuk membangkitkan listrik tenaga air. Pada saat ini, misalnya di Tanah Toraja diperkirakan terdapat lebih dari 100 PLTMH dengan kapasitas antara 3 KVA sampai 100 KVA.

Kontroler yang telah dibuat menggunakan mikrokntroler PIC16C54 sebagai komponen pengendali utama , dengan pertimbangan jumlah I/O sebanyak 12, RAM 24, EPROM 0,5K, dan instruksi sebanyak 33. Mikrokontroler ini dibuat oleh Microchip Technology Incorporated, yaitu perusahaan yang berpusat di Amerika, dengan performasi tinggi, harga murah, dan komsumsi daya rendah . Selain itu, keunggulan lain adalah : Menggunakan teknologi RISC (Reduced Intruction Set Computer), Semua instruksi hanya memakai satu siklus (200nS) kecuali instruksi percabangan memakai dua siklus, Mempunyai lebar instruksi 12 bit dan data 8 bit, serta jumlah I/O adalah 20 buah, Sleep mode untuk menghemat daya, dan Mempunyai empat pilihan konfigurasi osilator, yaitu : XT, HS, RC dan LP.

Secara garis besar, sistem ini terdiri dari tiga bagian, yaitu unit sensor dan konverter, unit rangkaian utama prosessor dan rangkian pengendali (driver) beban. Secara diagram blok sitem kerja dari kontroler diberikan pada Gambar 1.

Gambar 1 Diagram Blok Kontroler

Rangkaian sensor berfungsi untuk mendeteksi perubahan frekwensi yang berasal dari generator, oleh prosessor hasil pembacaan sensor kemudian diolah dan diambil tindakan sesuai yang diinginkan (diprogram). Tindakan dalam hal ini


ISBN: 978-602-18168-0-6 141

adalah pengaturan pemasangan besarnya beban kompensasi pada jaringan, yang sebanding dengan besarnya kenaikan frekwensi. Setelah beban terpasang kemudian frekwensi turun kembali pada keadaan normalnya. Dalam hal frekwensi yang turun dari level normal, prosessor tidak memberikan tindakan. Namun jika diinginkan dapat dilalukan tidakan pemutusan jaringan ke konsumen (Over Load).

Penelitian ini dilakukan secara mandiri di Laboratorium Digital dan Mikroprosessor Program Sudi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Ujung Pandang dan dihasilkan satu prototipe alat. Selengkapnya, penelitian ini melalui beberapa tahapan, yaitu :

A. Perangkat Keras

Perancangan Perangkat keras yang meliputi rangkaian elektronik, perancangan jalur PCB dan tata letak komponen, dan kelengkapan pendukung lainnya. Rangkaian sistem terdiri dari tiga bagian, yaitu rangkaian catu daya, Rangkaian utama dan rangkaian driver beban.

Rangkaian catu daya dapat dilihat pada Gambar 2. Menggunakan penyearah gelombang penuh dengan tegangan sekunder 9 Vac, kemudian tegngan ripel ditekan dengan kapasitor 2200uF. Keluran dari penyearah tersebut dilewatkan pada IC Regulator 7805 untuk memperoleh tegangan Vcc 5V yang akan dipakai untuk mencatu rangkaian prosessor.

Gambar 2 Rangkaian Catu Daya

Rangkaian utama menggunakan mikrokontroler PIC16C54. Perhatikan Gambar 3. Kenaikan frekwensi dideteksi pada keluaran sekunder trafo yang selanjutnya dimasukkan ke pengubah frekwensi ke analog ke digital ADC0804. Hasil konversi tersebut dimasukkan ke prosessor PIC16C54 yang selanjunya mengambil keputusan besarnya beban yang akan disambung ke jaringan sesuai dengan yang telah diprogramkan.

Gambar 3 Rangkaian Utama Kontroler

Rangkaian driver terdiri dari sebuah transistor BC 547 dan tiac tipe BTA41 Amper. Apabila ada sinyal dari prosessor maka transistor ON dan selanjunya Triac juga ON sehingga beban kompensasi dialiri arus, maksimum daya yang dapat dipasang sebagai beban kompensasi adalah 40 A atau dapat dibebani samapi 8KW, namun dalam penelitian ini hanya diberikan bebab kecil, maksimum 1000W. Rangkaia ini diberika pada pada Gambar 4

Gambar 4 Rangkaian driver beban

B. Perancangan Perangkat Lunak

Perancangan Perangkat lunak meliputi flowchart, penulisan program dengan bahasa assembler, kompilasi dengan MPASM, proses simulasi dan terakhir adalah proses perekaman program ke dalam EPROM dengan menggunakan EPRON Programmer PICSTAR 16B. Adapun cara kerja program diberikan dalam bentuk diagram alir seperti yang diberikan Gambar 5.

Cara kerja program dimulai dengan memeriksa frekwensi hasil pengindraan sensor Jika hasil pembacaan berada pada level1, maka prosessor menyalakan seting beban yang diprogram dalam rutin P1, jika tidak maka program akan memerika level berikutnya. Dimana ditemukan level yang sesuai dengan hasil penginderaan maka program pada tersebut dieksekusi.


ISBN: 978-602-18168-0-6 142

Gambar 5 Diagram alir program pengendali system

Setelah perancangan rangkaian, kemudian dibuatkan jalur dan tata letak komponen sampai semua komponen terpasang. Selengkapnya langkah-langkah tersebut adalah Pembuatan PCB, Perakitan Komponen pada PCB, Perekaman Program ke dalam EPROM, Perakitan PCB dan komponen pendukung (headsink) ke dalam Kotak(kotak bekas power suplay komputer). Hasil akhir perakitan menghasilkan sebuah alat dan poto alat tersebut diberikan pada Gambar 6

Gambar 6 Photo bentuk phisik kontroler

Setelah semua tahapan selesai kemudian dilakukan pengujian di Laboratorium. Hasil pengujian diberikan pada Tabel 2. Adapun Alat yang dipakai adalah Function Generator (BK Precision ), Multimeter Digital (Fluke ), Tang Amper dan Beban Heater (Pemanas air 350 dan 1000 Watt, resistiv). Tegangan pengukuran adalah 220V. Adapun hasil Pengukuran diberikan pada

Tabel 1 dan grafik hasil pengkuran diberikan pada Gambar 7 dan Gambar 8.

Tabel 1 Tabel Pengukuran beban 350 W dan 1000W

Gambar 7 Plot hasil pengukuran untuk beban 350W

Gambar 8 Plot hasil pengukuran untuk beban 1000W

Dari hasil pengukuran dengan beban kompensasi 1000 Watt, dapat dianalisa seperti berikut. Pada saat frekwensi input 50, kontroler di set pada kondisi awal. Kemudian frekwensi dinaikkan 1Hz dan pada saat itu arus mulai mengalir ke beban sebesar 0,64 A sehingga daya yang terpakai saat itu adalah 0,64x220 = 144,8 Watt. Kemudian frekwensi dinaikkan menjadi 52 Hz, maka arus beban menjadi 0,9 A1 sehingga beban kompensasi yang terpakai terpakai sekarang adalah 0,91x220= 200,2Watt. Demikian seterusnya frekwensi dinaikkan sampai 60 Hz. Kondisi ini sudah sesuai dengan yang diharapkan yaitu semakin besar kenaikan frekwensi semakin besar pula beban kompensasi yang diperlukan.

Frek. Input (Hz)

Arus Beban Kompensasi 350 W 1000 W

(A) (W) (A) (W) 51 0,25 55 0,64 144,8 52 0,32 70,4 0,91 200,2 53 0,47 103,4 1,37 301,4 54 0,65 143,0 1,83 402,6 55 0,80 176.0 2,27 499,4 56 0,96 211,2 2,65 583,0 57 1,12 246,4 3,32 730,4 58 1,30 286,0 3,64 800,8 59 1,43 314,6 4,08 897,6 60 1,44 316,8 4,25 935,0

Rata-rata 0,87 191,4 2,49 547,8


ISBN: 978-602-18168-0-6 143

III. KESIMPULAN

Dari keseluruhan hasil penelitian, berikut ini diberikan kesimpulan : 1. Dari analisisa hasil pengukuran Pengujian

Laboratorium, dapat dilihat bahwa semakin besar kenaikan frekwensi semakin besar pula beban kompensasi yang dihubungkan ke jaringan, dengan kondisi ini, kontroler sudah bekerja sesuai yang diharapkan. Namun masih perlu ferifikasi jika diujicoba langsung dilapangan untuk memperoleh unjuk yang maksimal.

2. Dari hasil pengujian di Laboratorium menunjukkan bahwa Nilai tertinggi yang dikeluarkan kontroler adalah 4,25x220=935W (sekitar 93,5%) dari 1000W.

3. Dengan memakai mikrokontroler PIC16C54 ditambah komponen pendukungnya, dapat dibuat alat (kontroler) yang dapat menstabilkan frekwensi yang dihasilkan oleh Generator pada suatu pembangkit listrik tenaga air.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Busono, Panduan Pembuatan Program dan Rangkaian Mikrokontroler MC68705U3. 1992

[2] Dorf, Richard C., Electrical Engineering Handbook, CRC Press Inc. 1993.

[3] Kambuno, Lumembang. Stabilitas Tegangan Generator Pada PLTMH. 2006

[4] Microchip, Embedded Control Handbook, Microchip Technology, Inc. 1993

[5] Microchip, Data Sheet PIC16C5X, Microchip Technology, Inc.2000

[6] Pemerintah daerah Provinsi Sulawesi Selatan (2000), “Program Pembangunan Daerah (Propeda) Sulsel Tahun 2001-2005”

[7] Salama et al, 2004. Kajian Potensi Sumber daya Energi Terbarukan untuk Pemamfaatan Tenaga Listrik Pedesaan di Sulawesi Selatan, 2004.


ISBN-978-602-18168-0-6 144

Rancang Bangun Sistem Full Motor Protection

dengan Bantuan PLC Siemens LOGO

Fatahula, Iksan Kamil Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Jakarta

Kampus UI Depok 16425 Email : [email protected]

Abstrak—Proteksi terhadap motor listrik dilakukan berdasarkan jenis gangguan yang terjadi pada motor tersebut, untuk kasus hubung singkat motot akan diproteksi dengan perangkat pengaman lebur (fuse) atau circuit breaker (MCB/MCCB), untuk beban lebih mengunakan Overload Current Relay (OCR) dan untuk kondisi terjadi arus bocor mengunakan perangkat Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB., Dalam penelitian ini akan dicoba membuat perangkat untuk sistem proteksi yang menyeluruh terhadap motor listrik (full motor protection) yakni dengan menggunakan bantuan PLC Siemens LOGO sebagai perangkat eksekusi. Output PLC akan mengerjakan relay kontaktor sebagai pemutus hubungan pada motor listrik dan sebagai instriment pendeteksi gangguan akan menggunakan perangkat yang sesuai dengan jenis gangguan yang terjadi. Untuk kondisi hubung singkat, ketidak seimbangan beban dan kebocoran arus kami menggunakan trafo arus (CT) yang dipasang pada setiap fasa motor dan untuk bearing overheating menggunakan sensor suhu (RTD-PT100), instrument pendeteksi gangguan ini akan di masukan ke perangkat analog input PLC yang telah di program sebelumnya

Kata Kunci : Motor, Protection dan PLC

I. PENDAHULUAN

Pada umumnya alat pengaman yang dipakai untuk mengamankan motor-motor listrik adalah relay arus lebih over current relay OCR, dalam kenyataan nya relay ini tidak mampu untuk mengamankan motor-motor listrik terhadap jenis gangguan yang lain seperti: unbalancing current yaitu terjadinya ketidak

seimbangan arus yang mengalir pada masing-masing fasa yang diakibatkan adanya perbedaan impedansi pada masing-masing kumparan motor listrik, gangguan lain yang mungkin terjadi pada motor listrik adalah adanya arus bocor (earth leakage current) yang terjadi yang dapat membahayakan manusia. Gangguan yang bersifat mekanis seperti kenaikan temperatur pada bearing motor yang diakibatkan oleh sistem pelumasan yang tidak sempurna dapat di proteksi dengan sistem ini. Oleh sebab itu kami mencoba membuat sistem proteksi yang meyeluruh untuk motor listrik (full motor protection) sehingga untuk semua jenis gangguan tersebut cukup diproteksi oleh satu alat pemutus dengan bantuan satu unit PLC Siemens logo.

Untuk gangguan over current, unbalancing current dan earth leakage current perubahan nilai arus akan akan diketahui melalui unit trafo arus CT dan nilai CT tersebut akan di inputkan ke PLC melalui analog input PLC, setiap perubahan nilai arus yang diakibatkan oleh ketiga jenis gangguan tersebut akan terbaca pada input analog PLC yang sudah di setting dan di program untuk mengamankan motor.

Untuk gangguan yang disebabkan oleh karena kenaikan temperature bearing kami membuat simulasi dengan sensor suhu PT-100 yang di panaskan dari suhu 20oC sampai pada suhu tertentu sebagai suhu maximum yang izinkan untuk suhu bearing, dalam kondisi ril dilapangan maximum suhu bearing yang diizinkan adalah 60oC, dari output sensor suhu PT-100 ini akan di masukankan ke input analog PLC.

Dalam penelitian ini kami memilih PLC Siemens LOGO serie-5 karena PLC type ini memiliki fasilitas input analog yang bisa di set secara langsung pada input PLC sehingga


ISBN-978-602-18168-0-6 145

memudahkan kami untuk melakukan setting nilai parameter yang di inginkan. Kalau menggunakan PLC dengan input digital disini kita akan membutuhkan perangkat tambahan yang mengkonversi nilai analog menjadi digital.

II. METODE PENELITIAN

Sistem yang dirancang diharapkan dapat mengamankan semua jenis gangguan pada motor listrik, disini kami membatasi pada empat jenis gangguan yaitu: over current, unbalancing current, leakage current dan over temperature bearing karena jenis gangguan ini yang paling sering terjadi, namun sistem ini bisa dikembangkan untuk jenis gangguan lain seperti: vibrasi yang terlalu tinggi pada motor, keausan bantalan kopling dan juga gangguan lainya dengan catatan kita bisa menentukan nilai dan parameter untuk gangguan tersebut.

Metode penelitian disusun sebagai berikut :

Perancangan Modul Simulasi 1. Membuat rangkaian untuk men-simulasi adanya

gangguan yakni untuk kondisi Overcurrent, Unbalancecurrent dan Leakcurrent Current seperti pada Gambar 1.

2. Pada kondisi over current yang berasal dari motor compressor disiapkan terminal 3 fasa dan masing-masing penghantar fasanya dilewatkan pada current transformer CT dan nilai tersebut akan terbaca pada input PLC, sebelum mencapai tekanan 5 bar motor tidak trip, nilai arus kurang dari 2,7 A.pada saat motor dijalankan terus sampai mencapai tekanan diatas 5 bar, system akan trip karena input PLC di set pada nilai 2,75 A. pada nilai inilah PLC akan bekerja untuk mengeksekusi pemutus/breaker.

Gambar 1. Rangkaian simulasi gangguan (Over-Unbalance-Leak) Current

Gambar 2. Rangkaian simulasi gangguan Bearing Over Heat

3. Pada kondisi unbalancing current, yakni

ketidak seimbangan arus yang mengalir pada masing-masing fasa yang diakibatkan adanya perbedaan impedansi pada masing-masing kumparan motor listrik, disini kami melakukan simulasi dengan memberi beban tambahan berupa lampu 60 watt pada pada salah satu fasanya, sehingga ketiga fasanya mengalami ketidak seimbangan arus, kondisi inilah yang membuat system akan trip

4. untuk leakage current, sama halnya denga kondisi unbalancing current kami melakukan simulasi dengan memberi beban tambahan pada salah satu fasanya berupa lampu 8 watt. Pada kondisi arus bocor, nilai arus pada ketiga fasanya akan berbeda tergantung fasa yang mana yang mengalami kebocoran tanah karena sebagian arus pada fasa tersebut akan mengalir ketanah.

5. Pada kondisi gangguan yang disebabkan kenaikan temperatur pada bearing motor, digunakan sensor suhu PT-100 yang dipanaskan pada suhu 20oC sampai pada suhu maximum untuk suhu bearing yang di ijinkan (60oC), nilai 60 ini menjadi set poin untuk input analog PLC.

6. Pengambilan data dan analisa data. Mengukur karakteristik dari trafo arus dan menggambarkan diagram kalibrasi daya fungsi arus P=P( I ), ini dilakukan untuk jenis gangguan over current, unbalancing current dan leakage current. Untuk over temperarur bearing, mengukur karakteristik dan menggambarkan diagram kalibrasi resistansi fungsi


ISBN-978-602-18168-0-6 146

temperature R=R(T) pada sensor temperature PT-100 dengan cara memanaskan batang element sensor temperatu pada suhu mulai dari 20oC sampai lebih dari 60oC. Set input analog PLC pada pada nilai aktual artinya nilai arus dan nilai suhu yang merupakan kondisi normal dan nilai fault sistem ( set poin sebagai nilai gangguan).

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Sistem yang kami buat ini dirancang untuk dapat melindungi motor listrk dari semua jenis gangguan yaitu: 1. Over current, yang disebabkan oleh terjadinya

over load dimana motor diberi beban yang melampaui kapasitas motor tersebut

2. Unbalancing current yaitu terjadinya ketidak seimbangan arus yang mengalir pada masing-masing fasa yang diakibatkan adanya perbedaan impedansi pada masing-masing kumparan motor listrik

3. Earth leakage current yaitu terjadinya kebocoran arus pada system dan juga pada bodi motor yang mengalir ke system grounding

4. Bearing over temperature yaitu kenaikan temperatur pada bearing motor yang diakibatkan oleh system pelumasan yang tidak sempurna

A. Over Current Protection

Untuk gangguan yang disebabkan karena terjadinya over current, disini kami menggunakan motor compressor 5 bar, dan motor akan dijalankan terus sampai diatas 5 bar sehingga terjadi overload dan mengakibatkan arus lebih pada motor. Arus nominal In = 2,7 A. Setting input analog PLC adalah 2,75 A. untuk percobaan ini kami jalankan prosedur sebagai berikut : Membuat diagram pengawatan untuk over

current protection, seperti pada gambar (lampiran-1)

Membuat rancangan ladder diagram untuk program PLC seperti pada ladder diagram (lampiran-2)

Membuat block Diagram (lampiran-3) Operasikan Perangkat PLC Siemens LOGO

dengan menekan tombol tekan S1 dan S2 Dari program yang telah dibuat, output Q1 dari

akan secara langsung ON dan mengoperasikan K1 sehingga motor compressor sudah mendapat power,

Dari program yang telah dibuat, lampu indikator L1 akan ON pada saat terjadi over current

Hubungkan motor compressor dengan socket 3 fase yang telah tersedia dimana pada system tersebut sudah dilengkapi dengan 3 buah tarfo arus CT (CT-2, CT-3 dan CT-4) ketiga trafo arus ini akan akan mendeteksi nilai arus pada masing-masing fasa

Nilai pembacaan pada CT-2, CT-3 dan CT-4 akan di inputkan ke perangkat AM2, yang merupakan perangkat input analog PLC Siemens LOGO, dimana sebelumnya program kita sudah setting untuk nilai 2,75 sebagai nilai setting parameter trip

Pada kondisi nilai setting parameter tercapai, maka output Q1 dari PLC Siemens LOGO akan OFF sehingga motor compressor OFF karena bekerjanya relay kontaktor K1

Display LOGO akan memberikan indikasi penyebab tripnya motor (pada display tertulis «Over Current »)

Langkah selanjutnya kita melakukan reset program, karena system tidak bisa dioperasikan kembali sebelum kita melakukan reset dengan menekan tombol « ESC » kemudian « OK »

System akan kembali pada kondisi standby (ready) dan siap untuk opersi berikutnya

B. Unbalance Current Protection

Ketidak seimbangan arus pada motor listrik biasanya terjadi karena perbedaan nilai impedansi pada masing-masing kumparan, sehingga arus yang mengalir pada masing-masing kumparan akan terjadi perbedaan, untuk proteksi terhadap ketidak seimbangan arus pada motor kami merancang system sebagai berikut: Rancangan system seperti pada lampiran 1-2-

3 Dari program yang telah dibuat, output Q1

dari akan secara langsung ON dan mengoperasikan K1 sehingga motor sudah mendapat power

Disinin kita menggunakan motor induksi 3 fasa 1,8 kW hubungan delta, dimana salah satu fasanya dihubungkan dengan 2 buah beban lampu L2 dan L3 dengan tujuan untuk menghasilkan ketidak seimbangan arus pada salah satu fasanya

Pada kondisi awal sebelum salah satu fasanya dihubungkan dengan lampu, arus yang


ISBN-978-602-18168-0-6 147

mengalir pada ketiga fasa motor yang terbaca oleh CT2, CT3 dan CT4 adalah seimbang (balance)

Pada saat tombol tekan S4 ON maka kondisi unbalance current terjadi, disini terjadi kenaikan arus yang terbaca oleh CT3 karena adanya beban L3 dan L4

Dari program yang telah dibuat untuk setting parameter CT3 adalah 3,5 sehingga apabila setting parameter tercapai maka output Q1 akan ON dengan demikian motor akan OFF karena bekerjanya K1

Display LOGO akan memberikan indikasi penyebab tripnya motor (pada display tertulis «Unbalance Current »)

Sebelum melakukan reset program kita harus OFF kan Switch unbalance S4


System akan kembali pada kondisi standby (ready) dan siap untuk opersi berikutnya

C. Leakage Current Protection

Untuk proteksi terhadap ke bocoran arus pada motor dalam hal ini adanya arus yang mengalir pada system grounding kami merancang system sebagai berikut: Rancangan system seperti pada lampiran 1-2-3 Dari program yang telah dibuat, output Q1 dari

akan secara langsung ON dan mengoperasikan K1 sehingga motor sudah mendapat power

Disinin kami tetap menggunakan motor induksi 3 fasa 1,8 kW hubungan delta

Untuk mengindikasikan terjadinya kebocoran arus kami hubungkan salah satu fasanya dengan netral pada sebuah beban lampu L2 yang dilewatkan pada salah satu trafo arus CT2

Pada saat saklar S3 ditekan maka CT2 disamping membaca arus motor fasa L1, juga membaca arus yang mengalir kebeban lampu sehingga nilai pembacaan pada CT2 akan menjadi besar, pada kondisi awal arus yang terbaca oleh CT1 = 0 karena arus pada ketiga fasa seimbang. Kondisi ketidak seimbangan terjadi pada saat CT2 membaca arus yang mengalir ke beban lampu L2

CT1 dihubungkan dengan rangkaian pembanding arus fasa, sehingga apabila terjadi perbedaan nilai arus pada salah satu fasa, maka output rangkaian pembanding fasa akan

memberikan perintah pada pada PLC untuk bekerja dan memutuskan rangkaian, prinsip kerja system hampir sama dengan Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB) dimana prinsip kerja ELCB adalah menggunakan prisip differential yakni membandingkan antara arus fasa dengan arus netral, jika terjadi perbedaan antara arus fasa dengan arus nertal maka cinci teroidal akan menghasilkan induksi medan magnet yang natinya akan membuat ELCB bekerja, perbedaan dengan sistem yang kami buat adalah arus defferntial terbaca oleh rangkaian pembanding tegangan yang difungsikan sebagai input PLC

Display LOGO akan memberikan indikasi penyebab tripnya motor (pada display tertulis «Leak Current »)

Sebelum melakukan reset program kita harus OFF kan Switch leak S3


System akan kembali pada kondisi standby (ready) dan siap untuk operasi berikutnya

D. Bearing Over Heat Protection

Untuk proteksi terhadap kenaikan temperature pada bearing motor kami merancang system sebagai berikut: Rancangan system seperti pada lampiran 1-2-

3 Pada percobaan ini kami menggunakan sensor

suhu thermocouple RTD PT100 sebagai instrumen pendeteksi suhu bearing motor

RTD PT100 dicelupkan kedalam air panas yang dipanaskan dengan menggunakan heater, probe thermocouple cicelupkan kedalam media ± ¾ bagian dari probe

Apabila setting parameter tercapai suhu mencapai 60oC sesuai setting program yang dibuat, maka output Q1 akan ON dan membuka relay kontaktor K1 sehingga motor akan OFF dan lampu indicator L1 akan ON

Display LOGO akan memberikan indikasi penyebab tripnya motor (pada display tertulis «Over Heat »)

Langkah selanjutnya kita melakukan reset program, karena system tidak bisa dioperasikan kembali sebelum kita melakukan


ISBN-978-602-18168-0-6 148

reset dengan menekan tombol « ESC » kemudian « OK »

System akan kembali pada kondisi standby (ready) dan siap untuk operasi berikutnya.

IV. KESIMPULAN

1. Dengan bantuan PLC Siemens LOGO system dirancang untuk melindungi motor listrik terhadap gangguan yang disebabkan oleh : Over Current, Unbalance Current, Leakage Current dan Bearing Over Heat Protection. PLC dalam hal ini berperan sebagai berperan sebagai instrument pendeteksi juga sebagai eksekutor terhadap berbagai jenis gangguan tersebut.

2. Sistem proteksi bisa di set untuk lebih sensitif terhadap arus gangguan, yakni dengan membuat set poin yang mendekati nilai nominal beban motor listrik, misalkan untuk arus nominal motor 2,7 ampere, kita dapat membuat seting input analog PLC 2,75 atau sama dengan arus nominal

3. Untuk proteksi terhadap bearing overheat, sebenarnya merupakan proteksi yang terpisah secara electric, tapi dalam hal ini bisa disatukan menjadi sistem motor yang menyeluruh (full motor protection)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Fitzgerald,A.E, “Power Electronics Circuit Devices and Application”, Prentice Hall, 2003

[2] Stephen L. Hermann, Walter Alerich, “Industrial Motor Control”, Delmar Publisher, 1995

[3] Roberth L. McIntyre, Rex Losee, “Industrial Motor Control Fundamental”, Mc Graw Hill, edisi ke-3, 2001

[4] Chee Mun Ong, “Dynamic Simulation of electric Machinery Using MatLab/Simulink”, Prentice Hall, 1998

[5] M. Budiyanto, A. Wijaya, “Pengenalan Dasar-Dasar PLC”, Gaya Media, 2003

[6] Siemens, “Manual Book LOGO Series-5”, edisi 02/2005


ISBN: 978-602-18168-0-6 149

Pengukur Curah Hujan

Berbasis Mikrokontroller

Zahir Zainuddin1), Satriady Siraj2), Hadijah Putra Djaya3. Electronics and Devices Laboratory Laboratorium Electronika dan Divais1)

Laboratory Assistant of Electronics and Devices Laboratory2) Asisten Laboratorium Elektronika dan Divais3)

Email: [email protected], [email protected], [email protected]

Abstrak—Curah hujan pada suatu wilayah menentukan perkembangan dari wilayah itu sendiri, baik itu dari bidang perekonomian maupun dari bidang infrastrukturnya. Dengan demikian, diperlukan suatu alat yang dapat mengukur besarnya curah hujan. Dengan adanya alat tersebut, didapatkan data yang memperlihatkan pola curah hujan di suatu wilayah, sehingga pembangunan di bidang infra‐struktur maupun bidang perekonomian pada wilayah tersebut dapat terencana dengan baik.

Optocoupler dijadikan sebagai input interrupt bagi mikrokontroller ATMega8535, yang nantinya menjadi data besarcurah hujan suatu wilayah. Dengan adanya IC DS1307, maka data dari pengukuran curah hujan tersebut bersifat real time. Komunikasi data yang digunakan dalamadalah komunikasi serial menggunakan IC MAX232, sehingga dapat mengirimkan data curah hujan secara real time kepersonal computer secara otomatis. Pengujian sistem kerja alat ini menyimpulkan, bahwa sistem mekanik bekerja dengan persentase kesalahan antara 12,38 % - 18,97%, setiap kali sensor optocoupler memberikan interupsi, mewakili besarnya curah hujan sebesar 0,73 mm, dan pengiriman nilai curah hujan dilakukan 1 detik setelah proses penghitung curah hujan selesai dihitung oleh mikrokontroller.

Kata kunci: Curah Hujan, Optocoupler, Komunikasi Serial (MAX232), tipping bucket, Real Time Clock (DS1307).

I. PENDAHULUAN

Berkembangnya perindustrian dalam bidang pangan di Indonesia yang merupakan daerah khatulistiwa dengan berbagai jenis tanaman yang ada di Indonesia terutama pegunungan dan

pedesaan menjadikan curah hujan merupakan salah satu faktor yang penting untuk diperhatikan. Oleh karena itu, agar pertumbuhan dan hasil panen sesuai harapan maka perlu penanaman yang tepat dan memperhatikan curah hujan yang ada.

Di sisi lain, seiring dengan pembangunan infrastruktur, dalam perencanaannya juga dibutuhkan informasi curah hujan untuk perhitungan volume, debit air maupun parameter lainnya.

Melihat beberapa permasalahan tersebut maka dibuatlah suatu prototipe dari alat penakar curah hujan berbasis mikrokontroler yang mengadopsi sistem penakar curah hujan jenis tipping bucket yang lebih murah dan efisien.

Proyek ini merupakan prototype dari alat pengukur curah hujan otomatis jenis tipping bucket yang digunakan untuk menghitung curah hujan perwaktu. Secara garis besar sistem ini menggunakan optocoupler sebagai masukan yang akan menjadi input mikrokontroller untuk mengetahui volume curah hujan. Volume curah hujan tersebut kemudian di tampilkan ke LCD dan komputer setiap menit untuk monitoring.

II. DASAR TEORI

Curah Hujan dan Alat Penakar Curah Hujan

Curah hujan merupakan jumlah air yang jatuh di permukaan tanah datar selama periode tertentu yang diukur dengan satuan tinggi di atas permukaan horizontal bila tidak terjadi evaporasi, runoff dan infiltrasi. Satuan curah hujan adalah mm. [1] Curah hujan diukur dalam satuan mm yang artinya adalah tinggi air hujan yang terukur pada suatu luas daerah. Cara pengambilan data untuk curah hujan adalah dengan suatu alat yang biasa disebut dengan rain gauge, pluviometer, udometer atau rainfall counter. Salah satu alat pengukur curah hujan otomatis yang sering digunakan adalah alat pengukur dengan tipe Tipping bucket. [2]


ISBN: 978-602-18168-0-6 150

III. PERANCANGAN SISTEM

Dalam bagian ini akan dibahas perancangan dan implementasi dari keseluruhan sistem pengukur curah hujan berbasis mikrokontroller.

Adapun sistem kerja dari keseluruhan sistem ini secara umum, yakni pengukuran yang dilakukan oleh sensor, yakni apabila bucket bergerak dan mengenai optocoupler maka interrupt akan masuk. Jumlah interrupt selama semenit akan dihitung dan diolah oleh mikrokontroller ATMega 8535. Kemudian hasil pengolahan data dari mikrokontroller tadi akan ditampilkan di LCD dan di computer menggunakan komunikasi serial RS232. Perancangan sistem ini dibagi menjadi dua bagian yaitu :

1. Perangkat Perangkat Keras (Hardware) 2. Perangkat Lunak (Software)

A. Perancangan Hardware Perancangan Hardware meliputi perancangan

mekanik dan perancangan rangkaian elektronika.

1) Perancangan Mekanik

Perancangan mekanik terdiri atas bodi rangkaian, saluran pembuangan air, penampang air dan stand sensor. Desain perancangan,

menggunakan autocad 2005. Gambar lengkap rancangan mekanik terdapat pada gambar 1.

Gambar 1. Desain Lengkap Perancangan Mekanik

2) Perancangan Rangkaian Elektronika

Rangkaian elektronika alat pengukur curah hujan berbasis mikrokontroller ini terbagi atas beberapa blok rangkaian, yaitu:

1. Rangkaian Power Supply (Regulator 5 volt) 2. Rangkaian Mikrokontroller (ATmega8535) 3. Rangkaian Real Time Clock (DS1307) 4. Rangkaian Perangkat Sensor Curah Hujan

(Optocoupler dan Penguat) 5. Rangkaian Penampil (LCD 16×2) 6. Rangkaian Komunikasi Serial (MAX232)

Gambar lengkap rancangan rangkaian elektronika terdapat pada Gambar 2.

Gambar 2. Rancangan Lengkap Rangkaian Elektronika


ISBN: 978-602-18168-0-6 149

B. Perancangan Software

Untuk pemrograman mikrokontroler ATMEGA8535 ini menggunakan software CodeVisionAVRv2.03.4. Code Vision AVR (CV AVR) ini merupakan kompiler bahasa C untuk AVR. Flowchart program dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3. Flowchart Perancangan Software

IV. PENGUJIAN DAN ANALISA

A. Pengujian Mekanik

Pengujian dilakukan dengan cara menentukan empat sampel nilai curah hujan dari standar pembagian kelas curah hujan BMKG dan menghitung interupt yang didapatkan secara praktek dan membandingkannya dengan hasil interupt yang didapatkan dari hasil perhitungan rumus.

Tabel 4.1 Hasil Uji Perhitungan Interupt Berdasarkan Rumus dan Praktek Alat

Standar CH

(mm)

Interupt (Perhitungan

Rumus)

Interupt (Praktik)

Intensitas Curah Hujan

< 20 <27,39 <24 Gerimis 20 - 50 27,39–68,49 24-58 Sedang 50 - 100 68,49-136,98 58-111 Lebat

>100 >136,98 >111 Sangat Lebat

Dari Tabel 4.1 didapatkan interrupt

menggunakan perhitungan rumus, yakni: standar curah hujan yang akan dihitung dibagi dengan curah hujan yang didapat per interupt, yakni 0,73 mm, dimana 0,73 mm didapatkan dari rumus : CH = Volume air hujan :luas penampang bejana = 14,60 ml : 200 cm2 = 0,73000 mm

Adapun dalam pengambilan data (praktek) untuk ukuran volume masing-masing intensitas curah hujan diukur dengan menggunakan rumus diatas, yakni :

Volume Air (ml) = Curah Hujan (mm) × 200 cm2 Dari rumus di atas, didapatkan untuk hujan

gerimis = <400 ml, hujan sedang = 400 ml – 1000 ml, hujan lebat = 1000 ml – 2000 ml, dan hujan sangat lebat = >2000 ml.

Adapun table kesalahannyadapatdilihat pada tabel 4.2.

Tabel 4.2 Persentase Kesalahan Alat

Intensitas Curah Hujan

Persentase Kesalahan (%)

Gerimis <12,38 Sedang 12,38 - 15,32 Lebat 15,32 – 18,97

SangatLebat >18,97

B. Pengukuran Sistem

Pengukuran yang dilakukan adalah pengukuran besaran listrikmeliputi pengukuran bagian catu daya, rangkaian OP-Amp LM358, rangkaian max232 serta rangkaian input berupa sensor optocoupler.

C. Pengujian Sistem

Pengujian sistem terbagi menjadi dua, yaitu pengujian sistem sensor pengukur curah hujan dan pengujian sistem pengiriman data ke komputer menggunakan komunikasi serial.

1) Pengujian Sistem Sensor Pengukur Curah Hujan

Pengujian sistem rangkaian sensor pengukur curah hujan ini dilakukan dengan cara menekan sensor (penampang air) yang kemudian akan terjadi perubahan yang akan dideteksi oleh interupsi pada mikrokontroller. Selanjutnya akan keluar hasil pada LCD. Hasil pada LCD kemudian dibandingkan dengan perhitungan menggunakan teori untuk mengetahui apakah sistem sudah


ISBN: 978-602-18168-0-6 150

bekerja sesuai dengan yang diinginkan. Adapun data terdapat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sistem Sensor Pengukur Curah Hujan

No Banyaknya

interupt (interupsi)

Tampilan LCD (mm)

Teori (mm)

1 1 0,73000 0,73 2 2 1,46000 1,46 3 3 2,19000 2,194 4 2,92000 2,925 5 3,65000 3,65 6 6 4,38000 4,38 7 7 5,11000 5,110001 8 8 5,84000 5,84 9 9 6,57000 6,570001

10 10 7,30000 7,3

Berdasarkan data di atas, dapat dinyatakan sistem sensor sesuai dengan penjelasan di bab sebelumnya dimana tiap interupsi mewakili 0,73 mm sehingga data telah benar.

2) Pengujian Sistem Pengiriman Data Menggunakan Komunikasi Serial

Pengujian dilakukan dengan menghubungkan pengukur alat pengukur curah hujan berbasis mikrokontroller dengan komputer menggunakan kabel RS232. Data berasal dari pengujian sistem sensor pengukur curah hujan. Adapun hasil pengirimannya terdapat pada gambar 4 dan gambar 5.

Gambar 4. Hasil Pengiriman Data Yang Tampil Pada LCD

Gambar 5.Hasil Pengiriman Data Pada Software Terminal

v1.9b

D. Analisa Sistem Keseluruhan

Hasil pengukuran dan pengujian alat memperlihatkan bahwa supply tegangan untuk setiap kondisi bekerja pada level normalyaitu 4,9 volt untuk supply sistemdan 3,17 pada battery IC DS1307.

Sistem mekanik bekerja dengan persentase kesalahan antara 12,38 % - 18,97%.

Sensor bekerja dengan mewakili 0,73 mm untuk tiap interupsinya.

Proses pengiriman data telah bekerja sesuai dengan sistem yang diinginkanya itu mengirimkan data sedetik setiap setelah mikrokontroller memproses data interupsi pada menit sebelumnya.

V. PENUTUP

A. Kesimpulan

Berdasarkan pada hasil pengujian dan analisa sistem terhadap data yang didapatkan, dapat diambil suatu kesimpulan sebagai berikut : 1. Dengan menggunakan mikrokontroler

ATMega 8535 dan juga pembuatan mekanik yang sedemikian rupa,maka sensor optocoupler dapat dijadikan input interupsi bagi mikrokontroler sehingga mikrokontroler dapat mengukur besarnya curah hujan pada suatu wilayah setiap satuan waktu. Dalam sistem alat ini, satuan waktu yang digunakan adalah menit.

2. Dengan menggunakan rangkaian pengirim data MAX232, maka data curah hujan yang didapatkan, dapat dikirim dari pengendali ke sebuah personal computer secara otomatis.

3. Dengan menggunakan rangkaian real time clock, maka data dan informasi tentang pengukuran curah hujan dapat diterima oleh personal computer dengan waktu yang sama, sesuai dengan dikirimnya data tersebut oleh pengendali.


ISBN: 978-602-18168-0-6 151

4. Sistem mekanik bekerja dengan persentase kesalahan antara 12,38 % - 18,97%.

5. Dari pengujian sistem kerja alat ini, disimpulkan bahwa setiap kali sensor optocoupler memberikan interupsi, mewakili besarnya curah hujan sebesar 0,73 mm.

B. Saran

1. Agar dibuat sistem pengiriman data yang bisa mengirimkan data dengan jarak yang lebih jauh, seperti menggunakan komunikasi wireless ataupun lain sebagainya sehingga memudahkan dalam sistem monitoring.

2. Membuat software yang bisa menganalisa data yang telah diterima, sehingga lebih memudahkan dalam pencarian data dan penganalisaan yang lebih baik.

3. Perlunya perbaikan sistem penghitung interupt alat agar keakurasian alat semakin baik dan presentase kesalahan semakin kecil.

4. Melengkapi desain alat agar lebih presisi dan kuat sehingga dapat diimplementasikan secara langsung dilapangan.

DAFTAR PUSTAKA [1] http://id.answers.yahoo.com/question/index?

qid=20080513183204AAwh1tQ, 14:22, 9/2/2012. [2] Lutfi dan Syahri Ramadhan. 2009.Rainfall Counter

Using Microcontroller. Makassar, Universitas Hasanuddin.

Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro & Informatika TT08 SNTEI 2012 PNUP, Makassar, 29 Maret 2012

ISBN: 978-602-18168-0-6 152

Metode Teknik Estimasi Lokasi Indoor Menggunakan Wireless Local Area Network

Arni Litha dan Yappa Baru

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Ujung Pandang Email :[email protected], [email protected]

Abstrak—Penelitian ini bertujuan melakukan pengukuran kuat sinyal pada ruangan terbuka dan tertutup yang akan digunakan dalam simulasi metode teknik estimasi lokasi indoor dan membandingkan metode triangulation, k-nearest neighbor averaging, dan small m-vertex polygon untuk mengestimasi lokasi dalam lingkungan indoor, sehingga dapat ditentukan metode yang paling cocok digunakan dalam lingkungan indoor. Hasil yang didapat dalam penelitian ini untuk estimasi lokasi indoor pada ruangan terbuka menunjukkan bahwa rata-rata error estimasi yang diberikan dengan menggunakan metode KNN adalah 2,173 meter, dengan menggunakan metode TN sebesar 1,546 meter dan menggunakan metode SMP sebesar 2,387 meter. Pada estimasi lokasi untuk ruangan tertutup diperoleh rata-rata error estimasi dengan menggunakan metode KNN adalah 3,741 meter, dengan menggunakan metode TN sebesar 4,036 meter dan menggunakan metode SMP sebesar 4,146 meter. Pada kondisi ruangan terbuka, error estimasi terkecil diperoleh dengan menggunakan metode TN dan error estimasi terbesar diperoleh dengan menggunakan metode SMP. Untuk kondisi ruangan tertutup, error estimasi terkecil diperoleh dengan menggunakan metode KNN dan error estimasi terbesar diperoleh dengan menggunakan metode SMP. Dengan demikian metode yang paling cocok digunakan pada kondisi ruangan terbuka adalah metode triangulation (TN) dan pada ruangan tertutup adalah metode K-nearest neighbor avareging (KNN).

Kata kunci: estimasi lokasi, K-nearest neighbor avareging, Triangulation, Smallest M-Vertex Polygon

I. PENDAHULUAN

Perkembangan sistem pengawasan dan perhitungan lokasi memotivasi perkembangan teknologi untuk mengestimasi lokasi peralatan dan khususnya pengguna sistem komunikasi wireless dalam lingkungan di luar ruangan (outdoor) dan di dalam ruangan (indoor). Global Positioning System (GPS) adalah metode untuk mengetahui informasi posisi tetapi metode ini memiliki kelemahan yaitu tidak dapat dilakukan dalam lingkungan indoor, daerah urban dengan gedung-gedung yang tinggi, jalanan yang berjurang curam dan lingkungan lain dimana sinyal dari satelit GPS tidak tercakup.

Untuk lingkungan indoor, sejumlah teknik penentuan posisi telah dikembangkan. Salah satu pendekatan adalah untuk menyebarkan jaringan sensor yang berdedikasi contohnya penggunaan teknologi infrared atau ultrasound tetapi hal ini memiliki banyak kelemahan. Penggunaan teknologi infrared membutuhkan banyak base station, jarak jangkauan pendek dan persyaratan line of sight (LOS) harus terpenuhi sedangkan teknologi ultrasound membutuhkan biaya yang mahal (Xiang dkk.,2004). Metode yang digunakan dalam menentukan lokasi meliputi pengukuran time of arrival, time difference of arrival, dan angle of arrival (Lin dkk., 2005). Namun metode-metode ini semuanya mengestimasi lokasi dengan syarat LOS antara pengirim dan penerima. Untuk lingkungan indoor normal, sulit untuk mendapatkan LOS antara pemancar dan penerima. Oleh karena itu, waktu dan sudut kedatangan sinyal akan dipengaruhi oleh efek multipath, sehingga akurasi penentuan posisi akan berkurang.

Pendekatan lain adalah pemanfaatan infrastruktur wireless local area network (WLAN) menggunakan received signal strength pada lokasi sampel untuk membangun radio map. Sistem ini memberikan keuntungan yang lebih diantaranya memberikan solusi yang hemat karena jaringan WLAN biasanya telah ada


ISBN: 978-602-18168-0-6 153

sebagai bagian dari infrastruktur komunikasi, cakupan daerah yang luas dan merupakan sistem yang stabil untuk propagasi sinyal RF.

Pada estimasi lokasi klasik dikenal ada tiga metode yaitu triangulation (TN), K-nearest neighbor averaging (KNN), dan smallest m-vertex polygon (SMP). Ketiga metode ini akan digunakan dalam penelitian ini untuk menentukan metode mana yang paling cocok digunakan dalam lingkungan indoor yaitu metode yang memberikan kesalahan estimasi lokasi yang paling kecil. Metode ini akan diimplementasikan pada rancangan rangkaian yang akan dibuat untuk mengestimasi lokasi pengguna dalam gedung baik posisi yang stasioner maupun mobile.

Berdasarkan hal diatas maka terlihat bahwa ada dua hal yang urgen untuk dijadikan penelitian. Pertama, pengukuran kuat sinyal untuk berbagai jenis ruangan. Hal ini dilakukan karena perambatan gelombang dalam ruangan dipengaruhi oleh jenis ruangan tersebut misalnya ruangan terbuka dan tertutup. Material-material yang berada dalam ruangan juga ikut memberikan kontribusi redaman terhadap kuat sinyal yang diukur ( Rappaport, 1996). Kedua, melakukan simulasi terhadap ketiga metode teknik estimasi lokasi untuk memperoleh metode yang paling cocok digunakan dalam lingkungan indoor.

Propagasi gelombang elektromagnetik dalam lingkungan indoor terjadi dalam tiga mode utama yaitu reflection, diffraction dan scattering. Reflection terjadi jika sinyal propagasi yang jatuh pada sebuah permukaan akan diserap, dipantulkan atau kombinasi dari keduanya. Reaksi ini tergantung pada kondisi fisik dan sinyal. Parameter fisik menyangkut tentang geometri permukaan, tekstur, dan komposisi material. Parameter sinyal antara lain, sudut kedatangan, frekuensi dari gelombang dan polarisasi gelombang.

Gelombang difraksi dibentuk ketika sinyal transmisi terhalang oleh benda dengan sisi tepi yang jelas. Difraksi terjadi ketika halangan tidak dapat ditembus oleh gelombang radio. Hasil dari difraksi sinyal tergantung pada geometri dari tepian, orientasi ruang, dan tergantung juga pada parameter sinyal seperti amplitudo, fase dan polarisasi.

Scattering terjadi jika terdapat beberapa obyek di jalur sinyal dan ukurannya relatif kecil dibandingkan panjang gelombang sinyal, maka gelombang propagasi akan terpecah dan memiliki arah yang berbeda-beda. Hasilnya, sinyal akan terhambur ke segala arah dan akan mempengaruhi baik pengaruh yang merusak maupun pengaruh yang menguatkan.

Pada sistem propagasi gelombang dapat dikatakan ideal apabila suatu gelombang radio yang dipancarkan dari pemancar dapat diterima secara langsung oleh penerima tanpa ada komponen sinyal lain yang mengikuti yang biasa diakibatkan karena sinyal dari pemancar yang terpantulkan. Hal ini dapat tercapai bila dilakukan pada suatu tempat yang sangat luas tanpa ada media yang memantulkan sinyal yang dipancarkan, sehingga sinyal yang diterima hanya melalui single path atau direct path. Perambatan gelombang radio dari pengirim ke penerima melalui multipath. Ini berarti sinyal radio tiba di penerima melalui banyak jalur (multipath), dimana tiap sinyal (pada jalur yang berbeda-beda) memiliki level kekuatan sinyal, delay dan fasa yang berbeda-beda.

II. METODE PENELITIAN

Metode penelitian dalam tahap ini merupakan metode eksperimen yang dilakukan berdasarkan tahapan kerja. Pada tahap ini dilakukan proses pembuatan simulasi terhadap ketiga metode teknik estimasi lokasi yaitu TN, KNN, dan SMP untuk memperoleh metode yang paling cocok digunakan dalam lingkungan indoor.

Langkah-langkah penelitian adalah pertama-tama melakukan perancangan topologi WLAN dengan menganalisis kelebihan dan kekurangan masing-masing topologi jaringan standar yang sudah ada. Kedua, melakukan perencanaan titik-titik lokasi access point dan lokasi user. Penempatan lokasi access point yang tepat yaitu lokasi yang dapat menjangkau semua titik-titik dimana akan dilakukan sebagai lokasi user.

Ketiga, melakukan pengukuran kuat sinyal untuk proses estimasi lokasi pada tiap jenis ruangan yaitu ruangan terbuka dan ruangan tertutup. Data hasil pengukuran ini akan menjadi database kuat sinyal terhadap semua titik yang ada dalam lingkungan testbed eksperimen yang merupakan radio map yang akan diakses pada saat proses estimasi lokasi dilakukan. Keempat, mengolah data hasil pengukuran dan membuat database kuat sinyal.

Kelima, merancang program untuk proses estimasi dengan bantuan software Matlab. Ada tiga program yang akan dibuat berdasarkan metode estimasi triangulation, k-nearest neighbor averaging, dan small m-vertex polygon.

Keenam, menganalisis hasil estimasi pada langkah 5. Dari hasil estimasi yang diberikan oleh ketiga metode tersebut akan ditentukan metode mana yang paling cocok digunakan untuk lingkungan indoor.


ISBN: 978-602-18168-0-6 154

Metode yang paling bagus adalah metode yang memberikan kesalahan jarak estimasi dari lokasi sebenarnya yang paling kecil.

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Estimasi Lokasi pada Ruangan Terbuka

Pengukuran dilakukan pada aula lantai 3 gedung administrasi Politeknik Negeri Ujung Pandang. Layout lokasi penelitian,posisi access point, posisi titik-titik referensi dan posisi user yang akan diestimasi diperlihatkan seperti pada Gambar 10 berikut.

Gambar 1. Lokasi pengukuran untuk ruangan terbuka

Pengukuran ini dilakukan pada lokasi yang telah ditentukan yaitu posisi A sampai dengan N. Tiap posisi dilakukan pengukuran kuat sinyal dari ketiga access point. Pemilihan titik-titik ini untuk melihat seberapa besar error yang dihasilkan untuk tiap posisi. Lokasi yang dipilih mewakili kondisi lokasi yang ada dalam testbed. Data hasil pengukuran ini yang akan menjadi input pada program estimasi.

Tabel 1. Data hasil simulasi ruangan terbuka untuk metode KNN, TN dan SMP

Posisi Error Estimasi

Metode KNN

Metode TN

Metode SMP

A 4.035 2.482 1.900 B 6.98 3.593 5.502 C 1.179 0.29 1.178 D 7.215 0.956 5.191 E 1.509 0.777 1.581 F 2.321 1.118 2.505 G 0.527 0.635 3.171 H 0.236 0.349 0.527 I 0.85 2.397 1.434 J 0.527 1.903 4.196 K 0.527 2.715 0.527 L 0.707 0.704 0.527 M 3.567 2.391 4.327 N 0.236 1.333 0.850

Pada tabel 1 dihitung bahwa rata-rata error estimasi yang diberikan dengan menggunakan metode KNN adalah 2,173 meter, dengan menggunakan metode TN sebesar 1,546 meter dan menggunakan metode SMP sebesar 2,387 meter. Ini berarti lokasi yang diestimasi rata-rata menyimpang posisinya dari lokasi sebenarnya sejauh 2,173 meter untuk metode KNN, 1,546 meter untuk metode TN dan 2,387 meter untuk metode SMP.

B. Estimasi Lokasi pada Ruangan Tertutup

Gambar 2. Denah lokasi pengukuran untuk ruangan tertutup

Daerah yang diberi batas warna merah adalah testbed eksperimen. Lokasi titik-titik estimasi (lokasi A sampai dengan W) diperlihatkan pada gambar 3. Pengukuran ini dilakukan pada lokasi yang telah ditentukan yaitu posisi A sampai dengan W. Tiap posisi dilakukan pengukuran kuat sinyal dari ketiga access point. Pemilihan titik-titik ini untuk melihat seberapa besar error yang dihasilkan untuk tiap posisi. Lokasi yang dipilih mewakili kondisi lokasi yang ada dalam testbed.

Data hasil pengukuran ini yang akan menjadi input pada program estimasi.

Gambar 3. Lokasi posisi titik-titik estimasi

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

X 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

AP 1 AP 2

AP 3

A

B

D

C

F

E

G

NM

H

J

I

K

L

Y Y

X


ISBN: 978-602-18168-0-6 155

Tabel 2. Data hasil simulasi ruangan tertutup untuk metode KNN, TN dan SMP

Dari Tabel 2 dihitung bahwa rata-rata error estimasi yang diberikan dengan menggunakan metode KNN adalah 3,741 meter, dengan menggunakan metode TN sebesar 4,036 meter dan menggunakan metode SMP sebesar 4,146 meter. Ini berarti lokasi yang diestimasi rata-rata menyimpang posisinya dari lokasi sebenarnya sejauh 3,741 meter untuk metode KNN, 4,036 meter untuk metode TN dan 4,146 meter untuk metode SMP.

Lingkungan frekuensi radio adalah lingkungan yang sukar untuk kuat sinyal berbasis sistem lokasi. Hal ini karena propagasi sinyal didominasi oleh refleksi, difraksi dan scattering dari

gelombang radio yang disebabkan oleh struktur-struktur dalam gedung. Sinyal-sinyal yang ditransmisikan umumnya mencapai penerima melalui lintasan jamak (multipath).

Multipath menyebabkan fluktuasi dalam envelope dan phase sinyal yang diterima dan komponen-komponen sinyal yang tiba dari lintasan langsung dan tidak langsung berkombinasi untuk menghasilkan distorsi dari sinyal yang ditransmisikan. Multipath dalam gedung dipengaruhi oleh layout gedung, konstruksi material yang digunakan dan jumlah orang dalam ruangan.

Karakteristik propagasi sinyal radio bervariasi juga sesuai dengan jumlah orang dalam ruangan. Saat dilaksanakan pengukuran kuat sinyal hanya ada tiga orang dalam aula. Karena tubuh manusia mengandung air dan air menyerap sinyal frekuensi radio, pada penelitian sebelumnya (Bahl,2000) diketahui bahwa satu tubuh manusia mengakibatkan rata-rata perubahan kuat sinyal sebesar 3,5 dBm.

Ini dapat dilihat dari hasil pengukuran terhadap ruangan terbuka dan ruangan tertutup. Kuat sinyal yang diterima user dari ketiga access point pada ruangan tertutup jauh lebih lemah dibandingkan dengan kuat sinyal yang diterima pada ruangan terbuka. Hal ini disebabkan karena lokasi ruangan tertutup yang dijadikan testbed eksperimen adalah laboratorium yang berisi banyak peralatan, lemari, meja dan kursi sehingga sebagian sinyal yang dipancarkan access point teredam pada benda-benda tersebut dan sebagian juga mengalami pemantulan, pembiasan dan penghamburan. Akibatnya sinyal yang sampai pada penerima menjadi lemah jika dibandingkan dengan perambatan gelombang pada ruangan terbuka. Hal ini memberikan kontribusi error estimasi yang besar pada ruangan tertutup.

Dari hasil simulasi yang telah dilakukan pada kedua jenis ruangan ini, maka dapat diperlihatkan perbandingan error estimasi yang diberikan seperti pada Tabel 3.

Tabel 3. Perbandingan error estimasi pada ruangan terbuka dan ruangan tertutup

Posisi Error Estimasi

Metode KNN

Metode TN

Metode SMP

A 2.369 2.385 2.461

B 2.461 3.134 1.65

C 1.572 3.631 3.532

D 2.369 4.189 3.100

E 2.506 4.238 2.321

F 4.116 2.257 3.274

G 2.224 4.184 2.877

H 6.002 6.185 1.740

I 1.434 1.283 1.179

J 2.321 5.473 4.249

K 3.934 4.492 3.005

L 3.578 2.232 4.438

M 3.655 4.121 4.845

N 2.478 4.435 6.89

O 4.400 3.316 6.841

P 6.491 8.754 7.603

Q 6.194 5.661 6.491

R 7.939 7.112 7.669

S 4.669 2.165 2.165

T 0.373 0.578 1.118

U 0.601 3.225 4.206

V 8.502 5.001 6.502

W 5.862 4.521 4.693

Metode

Error Estimasi Ruangan

Terbuka (m)

Error Estimasi Ruangan

Tertutup (m) KNN 2,173 3,741 TN 1,546 4,036

SMP 2,387 4,146


ISBN: 978-602-18168-0-6 156

Gambar 4. Perbandingan error estimasi ketiga metode untuk ruangan terbuka dan ruangan tertutup

Dari grafik pada Gambar 4 terlihat bahwa error estimasi untuk ruangan tertutup jauh lebih besar dibandingkan dengan error estimasi untuk ruangan terbuka. Pada kondisi ruangan terbuka, error estimasi terkecil diperoleh dengan menggunakan metode TN dan error estimasi terbesar diperoleh dengan menggunakan metode SMP. Untuk kondisi ruangan tertutup, error estimasi terkecil diperoleh dengan menggunakan metode KNN dan error estimasi terbesar diperoleh dengan menggunakan metode SMP.

IV. KESIMPULAN DAN SARAN

Perambatan gelombang dalam rungan sangat dipengaruhi oleh multipath sehingga kuat sinyal yang diterima pada ruangan terbuka dan ruangan tertutup berbeda meskipun jarak pemancar terhadap penerima sama, sehingga error estimasi pada ruangan tertutup lebih besar dibandingkan pada ruangan terbuka.

Metode triangulation memberikan error estimasi yang paling kecil pada estimasi ruangan terbuka yaitu sebesar 1,546 meter dan metode K-nearest neighbor avareging pada ruangan tertutup sebesar 3,741 meter. Metode yang paling cocok digunakan pada kondisi ruangan terbuka adalah metode triangulation (TN) dan pada ruangan tertutup adalah metode K-nearest neighbor avareging (KNN).

Hasil penelitian ini baru memberikan metode yang cocok digunakan untuk estimasi lokasi indoor pada kondisi ruangan tertutup dan ruangan terbuka. Untuk lebih sempurnanya hasil penelitian ini, maka metode ini akan diimplementasikan untuk melakukan estimasi lokasi indoor baik untuk pengguna stasioner maupun mobile secara real time. Dalam implementasi teknik estimasi lokasi indoor yang akan dilaksanakan, sebaiknya

dilakukan kalibrasi terhadap pengaruh profil gedung beserta dengan material-material yang ada didalamnya sehingga error estimasi dapat diperkecil.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bahl, Paramvir and Padmanabhan, Venkata N. 2000. “RADAR : An Building RF-Based User Location and Tracking System”. IEEE Infocom.

[2] Ganu, S., Krishnakumar, A.S., Krishnan, P. 2004. Infrastructure-based Location Estimation in WLAN Networks. Proceedings of IEEE Infocom.

[3] Ganu, S., Krishnakumar, A.S., Krishnan, P. 2004. A System for LEASE: Location Estimation Assisted by Stationary Emitters for Indoor RF Wireless Networks. Proceedings of IEEE Infocom.

[4] Iwasaki, Yohei., Kawaguchi, Nobuo., and Inagaki, Yasuyoshi. 2004. Azim: Direction Based Service System for both Indoor and Outdoor. The 24th International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS).

[5] Leach, Geoff. 1992. Improving Worst-Case Optimal Delaunay Triangulation Algorithms. Department of Computer Science Royal Melbourne Institute of Technology

[6] Lin, Tsungnan, Chiapin Wang, PO-Chiang Lin. 2004. Indoor Positioning Techniques based on Location Fingerprinting in Wireless Networks

[7] Litha, Arni. 2007. Estimasi Lokasi Indoor Menggunakan Wireless Local Area Network dengan Metode Triangulation. Tesis tidak diterbitkan. Makassar: Program Pascasarjana Universitas Hasanuddin.

[8] Rappaport, Theodore S. 1996. Wireless Communication – Principles and Practice. IEEE Press. New Jersey.

[9] Smailagic, A. and Kogan, D. 2002. Location Sensing and Privacy in a Context-aware Computing Environment. IEEE Wireless Communication, Vol.9 No.5

[10] Small, J., Smailagie, A., and Siewiorek, Daniel P. 2001. Determining User Location For Context Aware Computing Through the Use of a Wireless LAN Infrastructure. Institute of Complex Engineered Systems Carnegie Mellon University, Pittsburgh

[11] Xiang, Z., Song, S., Chen, J., Wang, H., and Huang, Jian. 2004. A Wireless LAN-Based Indoor Positioning Technology. IBM J.Res.&Dev. Vol. 48

[12] Yuniarti. 2009. Virtual Instrument. Tesis tidak diterbitkan. Makassar: Program Pascasarjana Universitas Hasanuddin


ISBN: 978-602-18168-0-6 157

Estimasi Kanal Indoor Powerline Communication

Menggunakan Algoritma Iterative Matrix

Muh. Fajri Raharjo Jurusan Elektro, Politeknik Negeri Ujung Pandang

Email: [email protected]

Abstract-The purpose of this study was to estimate the frequency response in accordance with network topology and impedance distribution on indoor power-line networks Communication (PLC). Estimates made on the indoor PLC network using three different scenarios. In the scenario I used a transmitter, receiver and noise source, in scenario II used a transmitter and receiver as well as two sources of noise, while the third scenario used a transmitter and receiver as well as three sources of noise. Estimated frequency response using the method of iterative matrix algorithm, which analyzes the frequency response appropriate to consider the network topology that includes a number of segments between the transmitter/receiver or a noise source/receiver, the length of the segment focused in the relationship of point to point, the distribution of impedance on the network, the transmission/reflection coefficient matrix and purposeful inter-segment transfer function of the iteration matrix. The results of this study indicate that the scenario I obtained the corresponding frequency response in the range of 1 until 20 MHz where the amount of the transfer function magnitude ranged from 1.51 s / d 2.48 dB. While in scenario II and scenario III, the frequency response is not obtained in accordance with the topology as a result of the transfer function magnitude negative value (dB). The results of the magnitude transfer function in scenario II ranged from -11.95 until -13.14 dB and the third scenario ranged from -10.99 until -12.61 dB.

Keywords: frequency response, an indoor PLC network, network topology, impedance distribution and iterative matrix algorithm.

I. PENDAHULUAN

Perkembangan terbaru terkait teknik modulasi yang berjalan seiring dengan kemajuan teknologi perangkat keras pengolahan sinyal digital telah mendorong minat dalam komunikasi broadband khususnya komunikasi yang menggunakan media saluran listrik yang dikenal dengan nama Powerline Communications (PLC). Sebagai sebuah alternatif yang menawarkan biaya rendah (low cost), PLC diharapkan dapat menjadi solusi yang menjanjikan dalam pemenuhan komunikasi broadband dan beberapa aplikasi narrowband (Meng, 2004).

Namun, komunikasi melalui saluran listrik sering mengalami masalah karena adanya distorsi multipath (multipath distorsion), pelemahan (attenuation), kebisingan (noise) dan gangguan (interference). Dengan adanya fenomena ini, estimasi respon frekuensi pada kanal PLC diperlukan untuk mendapatkan sistem yang andal. Berbagai pendekatan telah diusulkan dalam karakterisasi dan pemodelan kanal Indoor PLC. Pemodelan kanal berbasis eksperimen diusulkan oleh Holger Philipps (1999), dimana dihasilkan echo model, series resonant circuit model dan noise model untuk mendapatkan karakteristik kanal PLC. Sedangkan pemodelan yang diusulkan oleh Manfred Zimmermann dan Klaus Dostert (1999) adalah sebuah parametric model berdasarkan propagasi sinyal multipath pada kanal PLC. Kedua metode di atas sama-sama menganut model pendekatan Top-Down, dimana Channel Transfer Function (CTF) diperoleh melalui pengukuran pada jaringan. Pada tahun 2003, Tooraj Esmailian melakukan pemodelan kanal yang dinamainya channel frequency response and noise models sebagai sebuah two port model untuk menguji CTF. Berdasarkan model ini, Transfer Function (Fungsi Transfer) sistem dikalkulasi.


ISBN: 978-602-18168-0-6 158

Namun, sebagai jaringan yang terus berkembang, penurunan Fungsi Transfer akan semakin sulit dilakukan. Despina Anastasiadou dan Theodore Antonakopulos (2005) melakukan pemodelan kanal berdasarkan karakterisasi multipath. Pada metode ini, kontribusi semua komponen multipath pada jaringan untuk semua frekuensi respon dikalkulasi. Kalkulasi dilakukan menggunakan grup matriks yang menggambarkan koefisien transmisi/pantul dan panjang kabel berdasarkan topologi jaringan.

Dalam penelitian ini, penulis menggunakan metode algoritma iterative matrix yang dikembangkan oleh Xing Ding dan Julian Meng tahun 2007 untuk mengestimasi respon frekuensi pada jaringan Indoor PLC berdasarkan pada pengetahuan tentang topologi jaringan dan distribusi impedansi.

Adapun tujuan penelitian ini adalah: 1. Melakukan estimasi respon frekuensi kanal

pada hubungan point to point dalam sebuah jaringan Indoor PLC berdasarkan topologi jaringan dan distribusi impedansi.

2. Untuk memperoleh frekuensi kanal yang sesuai dengan topologi jaringan dan distribusi impedansi pada jaringan.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Dalam era teknologi informasi digital saat ini, permintaan untuk mengirimkan data digital (suara, video, dan Internet) ke dan dari rumah, kantor atau bangunan lain terus meningkat. Pemasangan kabel untuk mendukung hal ini adalah mahal, mengganggu dan memakan waktu. Dalam konteks lingkungan jaringan rumah (Home/Indoor Networking), "tidak ada kabel baru" (no new wires) adalah istilah yang diterapkan pada teknologi yang memanfaatkan sistem pengkabelan yang ada untuk mendistribusikan data kecepatan tinggi dan video di seluruh rumah/kantor kecil. Sistem Phoneline dan Powerline (PLC) adalah dua teknologi dominan "tidak ada kabel baru" (Zuberi, 2003). Dengan tren deregulasi dan privatisasi penyedia utilitas listrik, bisnis ini sekarang dapat diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama: pembangkit listrik, transmisi, dan distribusi lokal. Wilayah distribusi lokal sangat kompetitif serta menyajikan berbagai tantangan dan kesempatan kepada utilitas, termasuk penyediaan layanan-layanan baru disamping daya listrik. Pemanfaatan utilitas/infrastruktur kabel yang ada dapat mendatangkan keuntungan melalui penyediaan layanan tertentu. Operator telekomunikasi,

misalnya, tertarik pada cara yang dapat diandalkan untuk memindahkan konten dan layanan mereka ke berbagai perangkat di rumah/kantor. Home/Indoor Networking (HIN) adalah cara untuk mencapai hal ini.

Pembangunan jaringan telekomunikasi dengan tolak ukur kecepatan dan kehandalan telah memacu pertumbuhan jaringan small office home office (SOHO), dimana konsumen memiliki dua atau lebih PC, printer, scanner dan perangkat “home entertainment” digital. Kebutuhan untuk memanfaatkan semua perangkat secara bersama, internet dan perangkat kontrol rumah adalah beberapa faktor pendorong hadirnya solusi Home/Indoor Networking.

Jaringan komersial dirancang secara khusus untuk mengirim data antar-komputer. Jaringan tersebut biasanya menggunakan serat optik, twisted pair, atau kabel koaksial untuk meminimalkan noise dan interferensi atas media komunikasi pada jaringan. Oleh karena itu, tantangan bagi perusahaan yang menciptakan teknologi Home/Indoor Networking didasarkan pada kriteria (Zuberi, 2003) sebagai berikut: 1. Infrastruktur kabel yang sudah ada

seharusnya masih dapat digunakan. 2. Kemudahan instalasi dan pemeliharaan 3. Mudah digunakan dan kesederhanaan 4. Kualitas layanan (QoS) 5. Kecepatan Data 10 Mbps atau yang lebih

tinggi harus dapat mendukung untuk konsumen dalam mendistribusikan konten multimedia secara real time

6. Ekstensibilitas 7. Jenis data fleksibilitas (audio, video, dll) 8. Harus menyediakan keamanan otomatis

untuk melindungi gangguan dan kehilangan data

9. Teknologi yang ditawarkan harus relatif murah dibandingkan dengan teknologi yang sudah ada

Saat ini telah tersedia beberapa jenis teknologi jaringan broadband untuk kebutuhan Home/Indoor Networking. Setiap jenis teknologi ini hanya mampu menangani/memenuhi kebutuhan pengguna dan aplikasi tertentu saja, tak satu pun yang cukup komprehensif untuk memenuhi semua kebutuhan dan aplikasi yang dibutuhkan. Sehingga teknologi baru sedang dan terus dibangun untuk memenuhi kebutuhan yang ada. Secara praktis, solusi ideal adalah kombinasi dari teknologi yang memungkinkan dapat digunakan di banyak rumah.


ISBN: 978-602-18168-0-6 159

Broadband Home/Indoor Networking (BHIN) dapat beroperasi di berbagai media fisik. Teknologi BHIN ini terbagi dalam tiga kategori utama: structured wiring, existing wiring, dan wireless (Zuberi, 2003).

1. Structured wiring membutuhkan instalasi kabel baru seperti kabel UTP, Koaksial atau Serat Optik.

2. Existing wiring memanfaatkan instalasi yang sudah ada seperti kabel listrik, dan telepon.

3. Wireless menghindari penggunaan kabel dengan transmisi melalui udara.

Dalam sistem PLC, kabel listrik digunakan tidak hanya digunakan untuk transmisi daya, tetapi juga digunakan sebagai media untuk komunikasi data. Powerline Networking (PLN) merupakan sebuah teknologi Home/Indoor Networking (HIN) yang memungkinkan pengguna akhir atau konsumen untuk menggunakan kabel listrik yang sudah ada untuk menghubungkan peralatan rumah satu sama lain dan ke Internet. HIN memanfaatkan teknologi PLN kecepatan tinggi untuk dapat mengendalikan segala sesuatu yang terhubung ke stopkontak listrik (ac outlet). PLC dibagi ke dalam dua kategori yang berbeda: akses dan in-home (indoor). Gambar 1 mengilustrasikan konsep tersebut.

Gambar 1. Jaringan Indoor PLC (Zuberi, 2003)

Teknologi Akses PLC bertanggung jawab untuk mengirimkan data melalui jaringan listrik tegangan rendah yang menghubungkan rumah konsumen ke penyedia jasa/utilitas listrik. Teknologi akses PLC memungkinkan solusi “Local Loop”, yang menyediakan rumah secara individual dengan hubungan broadband ke internet.

Sedangkan teknologi Indoor PLC (kadang-kadang juga disebut sebagai in-home, in-house) secara eksklusif menyangkut komunikasi skala kecil dalam rumah konsumen melalui saluran listrik di dalam rumah. AC outlet berfungsi sebagai access point untuk hubungan antar peralatan.

Teknologi Akses PLC atau Medium-Voltage (MV) PLC mampu memberikan transmisi data broadband dan memberikan tambahan link dimana jaringan telekomunikasi tidak mencapainya tanpa

infrastruktur tambahan. Sistem Broadband PLC secara komersial telah tersedia di beberapa negara. Mereka menyediakan transmisi data melalui Grid Tegangan Rendah dari Stasiun Trafo Tegangan Rendah ke soket listrik rumah tangga. Sambungan ke jaringan telekomunikasi sekarang memerlukan koneksi langsung melalui serat optik, tembaga atau wireless. Gambar 2 memperlihatkan sebuah teknologi akses PLC.

Gambar 2. Teknologi Akses Jaringan PLC (Zuberi, 2003)

Pada teknologi Indoor PLC atau Low-Voltage (LV) PLC, untuk mendukung pengiriman data melalui power grid, sebuah Powerline Carrier Controller (PLC Controller) dipasang, biasanya di trafo setempat. Sisi Upstream PLC Controller ini menghubungkan PLC dengan jaringan komunikasi lainnya. Sedangkan pada sisi Downstream, PLC Controller ini menangani pengiriman data (Internet dan Voice) di atas jaringan tegangan rendah ke rumah/jaringan tegangan rendah indoor. Menghubungkan PC atau perangkat rumah tangga lainnya ke jaringan dapat dilakukan hanya dengan menggunakan sebuah modem PLC yang terhubung ke dalam soket listrik rumah tangga. Gambar 3 di bawah ini menjelaskan konsep ini.

Gambar 3. PLC Module dan PLC Controller (Zuberi, 2003)

Spesifikasi Teknis ETSI menetapkan prosedur untuk memastikan ko-eksistensi sistem Akses dan Indoor PLC dalam spektrum 1,6 - 30 MHz. Sebuah Indoor PLC (Zuberi, 2003) terdiri atas unsur-unsur berikut: a. Rumah kabel yang berada di dalam gedung b. Pengkabelan (kabel daya) c. Peralatan listrik d. Meteran listrik e. Modul PLC (modem, bridge, router, dll)


ISBN: 978-602-18168-0-6 160

Gambar 4 memperlihatkan sebuah skema Indoor PLC.

Gambar 4. Skema Indoor PLC (Zuberi, 2003)

Jaringan PLC rentan terhadap berbagai kendala

teknis ketika berbicara tentang kecepatan yang memungkinkan untuk mentransfer data. Hal ini terjadi karena saluran listrik pada awalnya hanya ditujukan untuk keperluan distribuasi daya dan benar-benar tidak pernah dipertimbangkan untuk digunakan sebagai media komunikasi, khususnya transmisi data. Topologi fisik dari jaringan listrik, sifat-sifat fisik dari kabel listrik, peralatan yang terhubung, dan karakteristik perilaku arus listrik itu sendiri semua bergabung untuk menciptakan kendala teknis yang berhubungan dengan jaringan PLC.

Koefisien refleksi dan koefisien transmisi yang muncul dengan adanya ketidaksesuaian impedansi adalah sbb:

Koefisien refleksi,

(1)

Dan koefisien transmisi,

(2)

Dimana impedansi karakteristik sumber dan beban masing-masing adalah Z0 dan ZL. Selain efek dari ketidaksesuaian impedansi, masing-masing komponen multipath juga dipengaruhi oleh faktor propagasi diberikan sebagai

(3)

di mana e-αdi adalah faktor pelemahan yang dialami sinyal pada kabel sepanjang di. Sedangkan faktor e-jβdi menggeser fasa dan menyebabkan time delay. Menurut Zimmerman (1999), bahwa

pelemahan α konstan dapat kira-kira ditulis sebagai

(4)

di mana a0, a1 dan k adalah konstanta ditentukan oleh karakteristik kabel. Konstanta fase β diberikan oleh (Chipman, 1968) dan (Iskander, 1992)

(5)

dimana v adalah kecepatan fase yang bergantung pada kecepatan cahaya dalam vakum c0 dan konstanta dielektrik relative εr dari bahan isolasi kabel itu sebagai berikut:

(6)

Berdasarkan asumsi ini, fungsi respons frekuensi kanal PLC (Anastasiadou, 2005) dan (Zimmerman,1999) dapat dimodelkan sebagai

(7)

di mana L adalah jumlah komponen multipath yang dipertimbangkan. Pengukuran secara luas telah menunjukkan bahwa masuk akal untuk mengasumsikan bahwa faktor gi untuk menjadi frequency-independent (Zimmerman,1999). Penelitian sebelumnya juga menunjukkan bahwa, secara umum untuk berbagai tipe kabel yang digunakan pada bangunan perumahan mempunyai attenuasi yang relative sama (Esmailian, 2003). Ini berarti ada kesamaan α(f) untuk semua komponen multipath, bahkan dalam jaringan heterogen, demikian juga halnya dengan β(f) diasumsikan sama untuk semua kabel pada jaringan PLC yang memiliki bahan isolasi PVC.

Algoritma iterative matrix dikembangkan pada tahun 2007 oleh Prof. Xing Ding dan Prof. Julian Meng dari University of New Brunswick untuk


ISBN: 978-602-18168-0-6 161

mengestimasi kanal agar diperoleh frekuensi yang sesuai pada jaringan indoor PLC. Dalam metode ini, berdasarkan tata letak (layout) jaringan PLC, maka sebuah topologi jaringan dapat diperoleh. Sebagai contoh, jaringan yang ditunjukkan pada Gambar 5 mempunyai topologi yang ditunjukkan pada Gambar 6. Seperti digambarkan dalam angka-angka ini, informasi dasar tentang tata letak jaringan PLC seperti panjang cabang, posisi persimpangan dan beban sangat diperlukan (Ding, 2007).

Gambar 5. Model Indoor PLC (Ding, 2007)

Gambar 6 Topologi Jaringan Model (Ding, 2007)

Selain itu, informasi karakteristik kabel dan impedansi beban diperlukan untuk menghitung koefisien refleksi dan transmisi. Pada grafik ditunjukkan dalam Gambar .6, masing-masing titik bercabang diwakili oleh simpul internal ditandai dengan "•" dan setiap outlet ac/titik terminasi, baik berhubungan dengan sebuah peralatan atau dalam kondisi terbuka, diwakili oleh terminal yang ditandai dengan "o." Langkah berikutnya adalah menentukan jumlah segmen terarah dalam topologi. Jika ada N buah segmen terarah dalam jaringan maka akan terbentuk matrik NxN dari koefisien refleksi/transmisi yang dibangun dari setiap baris dan kolom yang sesuai dengan segmen terarah, yaitu,

(8)

Gambar 7 Model propagasi

Elemen matriks aij dapat ditentukan sesuai dengan hubungan antara segmen j dan i. Gambar 7 (a) menunjukkan jika segmen j dan i berada pada dua bagian baris yang saling berhubungan dan memiliki arah propagasi yang sama, aij adalah koefisien transmisi dari kedua segmen tersebut, yaitu, aij=τij; jika segmen j dan i berada pada bagian baris yang sama, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 (b) dan (c), aij merupakan koefisien refleksi dimana aij=ρij.

Koefisien refleksi dan transmisi dihitung dengan menggunakan (1) dan (2). Z0 adalah impedansi karakteristik dari segmen jth, dan ZL dapat berupa impedansi dari sebuah titik terminasi (peralatan rumah tangga atau sirkuit terbuka). Setelah impedansi jaringan distribusi diketahui, maka perhitungan komponen matriks matriks A diperoleh.

Panjang dari semua segmen dalam jaringan diatur dalam bentuk vektor L sebagai

(10)

di mana li adalah panjang segmen ith.

Konstanta propagasi (γ) dihitung dengan menggunakan (4) dan (5), dimana konstanta propagasi (γ) pada frekuensi ini dapat dihitung sebagai

(11)

Selanjutnya sebuah matriks diagonal D(f0) dibangun menggunakan γ(f0) dan elemen-elemen dalam matriks L sebagai berikut:


ISBN: 978-602-18168-0-6 162

(12)

Selanjutnya, perkalian matriks A dengan D(f0) menghasilkan

(13)

Jika dianggap bahwa perangkat transmisi terletak di titik awal dari segmen n0 dan perangkat penerimaan pada titik akhir segmen m0. Sebuah vektor V0(f0) akan dibuat dengan elemen dalam kolom n0

th matriks P(f0), yaitu,

(14)

Dan jika koefisien transmisi di terminal penerimaan adalah τmo dan mengalikan unsur m0

th V0(f0) dan τmoe-γ(f0)lmo maka diperoleh fungsi transfer

(15)

Persamaan di atas adalah fungsi transfer untuk memperoleh respon frekuensi pada f0 dari jalur propagasi antara dua segmen pemancar dan penerima dimana amono ≠ 0. Ini adalah jalur sinyal terpendek dalam jaringan, karena diasumsikan bahwa dua titik terminasi (pemancar/penerima) tidak boleh terhubung secara langsung.

Untuk jalur propagasi dengan beberapa buah segmen (lebih dari dua buah segmen), proses iterasi perkalian matriks V0(f0) dan oleh P(f0) dilakukan sesuai dengan jumlah segmen terarah yang ada. Sebagai contoh, untuk mendapatkan

fungsi transfer dalam tiga buah segmen terarah, maka dilakukan perkalian matriks V0(f0) dan oleh P(f0) sehingga memperoleh matrik V1(f0) sbb:

(16)

dan dengan mengalikan unsur m0th V1(f0) oleh

τmoe-γ(fo)lmo maka akan diperoleh persamaan hasil sbb:

(17)

Persamaan di atas adalah persamaan fungsi transfer untuk memperoleh respon frekuensi (f0)

yang sesuai untuk tiga buah segmen terarah yang menghubungkan pemancar dan penerima.

Proses iterasi dari ketiga langkah di atas, dengan mengalikan V1(f0) diberikan dalam (16) dengan P(f0) maka dihasilkan

(18)

dan mengalikan unsur m0th V2(f0) oleh τmoe-

γ(f0)lmo diperoleh

(19) Persamaan 19 di atas adalah fungsi transfer

untuk memperoleh respon frekuensi untuk empat buah segmen antara pemancar dan penerima.

Mengulangi prosedur ini sampai dengan iterasi Kth, vektor VK(f0) diperoleh dengan bentuk yang


ISBN: 978-602-18168-0-6 163

diberikan oleh (20). Sebuah respons frekuensi HK(f0) dapat dihitung dengan mengalikan unsur m0

th VK(f0) oleh τmoe-γ(f0)lmo, seperti yang diberikan oleh (21). HK(f0) adalah jumlah dari tanggapan frekuensi f0 pada semua jalur propagasi termasuk tepat (K+2) segmen antara pemancar dan penerima.

(20)

(21)

Mengingat semua jalur propagasi membentang tidak lebih dari (K+2) segmen, respon frekuensi secara keseluruhan pada f0 diperkirakan sebagai

(22)

Membandingkan (15), (17), (19) dan (21) dengan (8), kita dapat melihat bahwa (22) dasarnya mengarah pada hasil yang sama seperti (2.8). H(f0) adalah persis sama dengan respon frekuensi aktual.

III. METODOLOGI PENELITIAN

Penelitian ini dilaksanakan di Kompleks Batara Indah Tamarunang Gowa selama tiga bulan. Penelitian ini adalah penelitian qualitatif dengan melakukan pengamatan pada lokasi jaringan indoor PLC dan perhitungan berdasarkan kondisi existing, kajian pustaka dan analisis estimasi kanal. Sumber data penelitian meliputi: 1. Data kajian pustaka dan literatur yang

berhubungan dengan PLC, yaitu berupa jurnal-jurnal internasional, text book, internet dan lainnya.

2. Data pengukuran lapangan yaitu denah lokasi penelitian.

Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah perangkat lunak perhitungan matematik, MS Excel sebagai alat bantu analisis data.

Penelitian ini dilakukan melalui tahapan:

1. Studi kepustakaan Pada tahap ini dilakukan studi literatur dari berbagai sumber seperti buku-buku dari perpustakaan, internet, pengambilan data dan pengamatan mengenai perkembangan teknologi PLC.

2. Formulasi permasalahan Tahapan ini berisi formulasi permasalahan yang akan dihadapi. Formulasi masalah ini terdiri atas identifikasi masalah, paramater yang berpengaruh dalam pemodelan sistem Indoor PLC.

3. Perencanaan dan perancangan penelitian Setelah tahapan formulasi, selanjutnya dilakukan perencanaan dan perancangan penelitian. Perencanaan ini meliputi alokasi waktu yang digunakan untuk penelitian dan kondisi lingkungan (jaringan indoor). Perancangan penelitian meliputi topologi jaringan dan distribusi impedansi pada jaringan.

Gambar 8. Desain Model

Algoritma iterative matrix digunakan untuk

estimasi respon kanal point-to-point dalam jaringan Indoor PLC. Sebuah sampel topologi jaringan dimana panjang segmen kabel, impedansi karakteristik dan impedansi terminal diketahui kemudian didesain sesuai dengan gambar 8. Pada gambar 8 terlihat bahwa pada jaringan terdapat sebuah pemancar dan sebuah penerima dengan respon frekuensi H1(f). Pada sisi lain jaringan terdapat sumber noise dengan respon frekuensi terhadap penerima sebesar H2(f). Range frekuensi yang digunakan dalam estimasi adalah 1 – 20 MHz.

Parameter yang diukur dalam penelitian ini adalah fungsi transfer H(f) hubungan point to point dalam jaringan indoor PLC. Magnitude fungsi transfer menentukan range frekuensi yang sesuai untuk beroperasi dalam jaringan indoor yang diteliti. Magnitude fungsi transfer akan diamati dalam range frekuensi 1 – 20 MHz, sesuai dengan standard ETSI.

Untuk mengukur parameter fungsi transfer tersebut dibutuhkan parameter lain yang diperoleh


ISBN: 978-602-18168-0-6 164

berdasarkan kajian pustaka jurnal-jurnal ilmiah internasional, hasil pengukuran lapangan dan standard internasional PLC. Adapun parameter-parameter tersebut adalah: 1. Panjang segmen jaringan indoor PLC,

parameter ini diperoleh melalui pengukuran fisik denah lokasi penelitian.

2. Impedansi segmen jaringan dan impedansi beban (sumber noise), diperoleh melalui jurnal ilmiah yang dibuat oleh Prof. Julian Meng dan Prof. Xing Din tahun 2007. Dimana, impedansi jaringan divariasikan antara 50 – 80 Ohm dan impedansi beban divarisasikan antara 90-110 Ohm.

3. Konstanta attenuasi meliputi a0, a1, k dan v merujuk pada hasil penelitian Sabolic dkk dalam jurnal ilmiahnya “PLC Propagation Model” dan “Simulation of impedance and propogation in PLC networks” pada tahun 2004. Besar nilai masing-masing konstanta adalah a. a0 = 0,00307/m b. a1 = 0,00095/m.MHz c. k = 0,709 d. v = 1,652.108 m/s.

4. Frekuensi range sesuai spesifikasi teknis ETSI berada dalam spektrum 1,6 – 20 Mhz.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dalam penelitian ini digunakan tiga skenario desain model yang berbeda pada sebuah topologi jaringan indoor untuk melihat efek distribusi impedansi jaringan dan jumlah beban (sumber noise) dalam jaringan. Lokasi pengambilan data adalah di kompleks perumahan Batara Indah Tamarunang Gowa. Adapun denah lokasi jaringan indoor PLC yang menjadi sampel adalah

Gambar 9. Denah lokasi jaringan indoor PLC

Topologi jaringan dibuat berdasarkan denah lokasi jaringan indoor PLC yang diteliti seperti

terlihat pada gambar 9 di atas. Pada topologi jaringan tersebut diterapkan tiga skenario berbeda, yaitu: 1. Skenario I

Gambar 10 memperlihatkan desain model skenario I dari topologi jaringan indoor. Distribusi impedansi dan panjang segmen jaringan, serta adanya sebuah beban sebagai sumber noise (T5), pemancar (T2) dan penerima (T6) diperlihatkan pada gambar 4.3.

Gambar 10 Desain model skenario I

H1(f) adalah fungsi transfer yang terjadi pada hubungan point to point antara pemancar (T2) dan penerima (T6), sedangkan H2(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara sumber noise (T5) dan penerima (T6). Kedua fungsi transfer tersebut kemudian dijumlahkan untuk mendapatkan nilai magnitude fungsi transfer dalam desibel (dB).

Gambar 11 Topologi dan distribusi impedansi jaringan

indoor

2. Skenario II Dalam skenario II ini digunakan dua buah

beban sebagai sumber noise untuk jaringan indoor yang sama seperti pada skenario I. Di mana T2 sebagai pemancar, T6 sebagai penerima serta T5 dan T7 sebagai sumber noise. H1(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara pemancar (T2) dan penerima (T6), H2(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara sumber noise 1 (T2) dan penerima (T6) dan H3(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara sumber noise 2 (T7) dan penerima (T6). Ketiga fungsi transfer tersebut kemudian


ISBN: 978-602-18168-0-6 165

dijumlahkan untuk mendapatkan nilai magnitude fungsi transfer dalam desibel (dB). Desain model skenario II diperlihatkan pada gambar 12 dan topologi distribusi impedansi dan panjang segmen jaringan indoor diperlihatkan pada gambar 13 di bawah ini.

Gambar 12 Desain model skenario II


indoor

3. Skenario III Dalam skenario III ini digunakan tiga buah

beban sebagai sumber noise untuk jaringan indoor yang sama seperti pada skenario I. Di mana T2 sebagai pemancar, T6 sebagai penerima serta T5, T7 dan T10 sebagai sumber noise. H1(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara pemancar (T2) dan penerima (T6), H2(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara sumber noise 1 (T2) dan penerima (T6). H3(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara sumber noise 2 (T7) dan penerima (T6). H4(f) adalah fungsi transfer pada hubungan point to point antara sumber noise 3 (T10) dan penerima (T6). Keempat fungsi transfer tersebut kemudian dijumlahkan untuk mendapatkan nilai magnitude fungsi transfer dalam desibel (dB).

Desain model skenario III diperlihatkan pada gambar 14 dan topologi distribusi impedansi dan panjang segmen jaringan indoor diperlihatkan pada gambar 15 di bawah ini.

Gambar 14 Desain model skenario III


indoor

Gambar 16 Grafik hasil jumlah magnitude Fungsi Transfer Skenario I

Dalam skenario ini penjumlahan antara magnitude fungsi transfer sinyal dan magnitude fungsi transfer noise bernilai positif(dB) berkisar antara 1,51 s/d 2,48 dB, maka pada skenario I ini, frekuensi 1 s/d 20 MHz adalah respon frekuensi yang sesuai dengan topologi jaringan indoor PLC.

Seperti halnya pada skenario I, untuk mendapatkan frekuensi respon yang sesuai dengan topologi dan distribusi impedansi dalam jaringan maka dilakukan analisis grafik antara fungsi

Magnitude (dB)

Frekuensi (MHz)


ISBN: 978-602-18168-0-6 166

transfer pemancar ke penerima (T2-T6) terhadap fungsi transfer dari kedua sumber noise dalam skenario II ini yaitu T5-T6 dan T7-T6. Berdasarkan tabulasi penjumlahan magnitude skenario II pada lampiran A diperoleh bahwa jumlah magnitude antara sinyal dan sumber noise berkisar antara -11,95 s/d -13,14 dB dalam range frekuensi 1 s/d 20 MHz. Ini menunjukkan bahwa tidak ada frekuensi respon yang sesuai untuk skenario II. Grafik hasil jumlah magnitude fungsi transfer sinyal pemancar dan sumber noise dapat dilihat pada gambar 4.22 di bawah ini.

Gambar 17. Grafik hasil jumlah magnitude fungsi transfer skenario II

Gambar 18. Grafik hasil jumlah magnitude skenario III

Pada Gambar 18 diperlihatkan bahwa pada skenario III dengan jumlah sumber noise sebanyak tiga buah juga mempunyai kecenderungan yang sama dengan skenario II. Dimana hasil jumlah magnitude fungsi transfer sinyal pemancar terhadap magnitude fungsi transfer sumber-sumber noise cenderung turun dengan naiknya frekuensi. Pada range 1 s/d 20 MHz, magnitude hasil jumlah fungsi transfer berada pada kisaran -10,99 s/d 12,61 dB. Hal ini juga menunjukkan bahwa tidak ada respon frekuensi yang sesuai pada skenario III ini.

V. PENUTUP

A. KESIMPULAN

Dari penelitian diperoleh beberapa kesimpulan yaitu: 1. Respon frekuensi kanal indoor PLC sangat

dipengaruhi oleh topologi jaringan, panjang segmen jaringan, distribusi impedansi pada jaringan dan jumlah beban (sumber noise) dalam jaringan.

2. Pada desain model skenario I, dimana terdapat dua hubungan point to point (Pemancar-Penerima/T2-T6 dan Sumber noise-Penerima/T5-T6) diperoleh respon frekuensi yang sesuai dalam range 1 s/d 20 MHz. Hal ini disebabkan oleh hasil jumlah magnitude antara fungsi tranfer T2-T6 dan fungsi transfer T5-T6 bernilai positif(dB), pada kisaran 1,51 s/d 2,48 dB.

3. Pada desain model skenario II, dimana terdapat tiga hubungan point to point (Pemancar-Penerima/T2-T6, Sumber noise1-Penerima/T5-T6 dan Sumber noise2-Penerima/T7-T6) diperoleh hasil jumlah magnitude fungsi transfer yang bernilai negatif pada kisaran -11,95 s/d -13,14 dB dalam range frekuensi 1 s/d 20 MHz. Ini menunjukkan bahwa tidak ada respon frekuensi yang sesuai pada topologi skenario II pada range frekuensi 1 s/d 20 MHz.

4. Hasil jumlah magnitude fungsi transfer juga bernilai negatif pada desain model skenario III. Nilai hasil jumlah magnitude berkisar antara -10,99 s/d -12,61 dB dalam range frekuensi 1 s/d 20 MHz. Ini berarti pula bahwa pada range frekuensi 1 s/d 20 MHz tidak ada respon frekuensi yang sesuai untuk topologi jaringan karena magnitude fungsi transfer sinyal informasi lebih kecil daripada magnitude fungsi transfer sumber-sumber noise dalam jaringan.

B. SARAN

Saran yang perlu penulis ketengahkan adalah: Perlunya data pembanding dalam bentuk hasil pengukuran, namun karena terbatasnya perangkat lunak yang murah dan mudah maka hal ini belum dilakukan sehingga perlu ada kajian lebih lanjut.

Frekuensi (MHz)

Magnitude (dB)

Magnitude (dB)

Frekuensi

Frekuensi (MHz)


ISBN: 978-602-18168-0-6 167

DAFTAR PUSTAKA

[1] Anastasiadou, D. dan T. Antonakopoulos , 2005. “Multipath Characterization of Indoor Power-Line Networks,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 20, January 2005.

[2] Anatory, J. dan N. Theethayi. 2010. Broadband Power-line Communication Systems: Theory and Applications. WIT Press, 2010.

[3] Ding X. dan J. Meng.2007. “Characterization dan Modeling of Indoor Powerline Communication Channels,” Proceedings of 2nd Canadian Solar Buildings Conference, Calgary, June 2007

[4] Esmailian, T., Kschischang, F. R. dan Gulak, P. G. 2003. “In-Building Power Lines as High-Speed Communication Channels: Channel Characterization and a Test Channel Ensemble,”International Journal of Communication Systems, May 2003.

[5] Iskander, M. F. 1992. Electromagnetic Fields and Waves. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1992.

[6] Meng, J. dan Xing Ding. 2004. “Building Integrated Photovoltaic Communications using the Power-line Environment,” Proceedings of Canadian Solar Buildings Conference, Montreal, Quebec, August 2004.

[7] Philipps, H. 1999. “Modelling of Powerline Communication Channels,” Proceedings of International Symposium on Power Line Communications and Its Applications, Lancaster, U.K., 1999.

[8] Sabolic, D., Bazant, Alen., dan Begusic, Dinko. 2004. “Simulation of impedance ang propagation in PLC Networks”.

[9] Zimmermann, M. dan Dostert, K. 1999. “A Multi-Path Signal Propagation Model for the Power Line Channel in the High Frequency Range,” Proceedings of International Symposium on Power Line Communications and Its Applications, Lancaster, U.K., 1999.

[10] Zuberi, K. Hussain. 2003. “Powerline Carrier (PLC) Communication System


ISBN: 978-602-18168-0-6 168

Antena Base Station Near Vertical Incidence Skywave (NVIS)

untuk Operasi Bazarnas Makassar

Program Studi Teknik Telekomunikasi Ir. Abdullah Bazergan, M.T dan Sulwan Dase, S.T, MT.

Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Ujung Pandang Email: [email protected]

Abstract-Antena Base Station Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) bekerja pada band frekuensi HF, menggunakan pola rambatan skywave sehingga dapat mengatasi masalah penghalang, serta mudah diinstalasi dan memiliki mobilitas yang tinggi sehingga cocok digunakan dalam proses operasi Basarnas Makassar. Hasil pengukuran menunjukan bahwa antenna bekerja pada frekuensi resonansi 13.545 MHz (frekuensi pancar Basarnas), dengan VSWR 1.0, impedansi 49Ω, bandwidth 366KHz, polarisasi horizontal dan gain 2.14 dB. Terdapat beberapa hal yang mempengaruhi kinerja antena base station NVIS yaitu kondisi propagasi, redaman benda-benda disekitar antena, serta redaman dari material yang digunakan.

Abstract- Antenna Base Station Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) work in HF and,using pattern of spreadth skywave so that can overcome the barrier problem, and also easy to installation and own the compatible high mobility so that used in operation process of Basarnas Makassar. The result of measurement showing that antenna work in resonance frequency 13.545 MHZ ( frequency Basarnas), VSWR 1.0, impedance 49 Ω, bandwidth 366KHz, horizontal polaritation and gain 2.14 dB. There are several things influencing performance of Antenna Base Station NVIS that is propagasi condition, material loss around antenna, and also material used loss.

I. PENDAHULUAN

Badan SAR (Search and Resque) Nasional/ Basarnas merupakan salah satu institusi pemerintah yang sangat berperan dalam proses penanganan bencana. Basarnas terbagi dalam beberapa daerah operasi di beberapa propinsi di

Indonesia, salah satunya Basarnas Makassar

yang berlokasi di Makassar propinsi Sulawesi Selatan, dimana wilayah operasinya mencakup Sulawesi Selatan dan Sulawesi Barat.

Komunikasi Basarnas didaerah bencana sering terhambat karena masalah penghalang. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, maka penulis merancang sebuah antena base station Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) yang dapat mengatasi masalah penghalang serta memiliki mobilitas yang tinggi (mudah dalam pemasangan dan dapat dipindah-pindahkan).

NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) merujuk kepada pancaran yang nyaris tegak lurus, sehingga sinyal yang dipantulkan lapisan ionosfir jatuh kembali ke area yang berjarak sekitar 0~400 Km dari asal pancaran untuk pantulan pertama (single hop). Keberhasilan komunikasi NVIS merupakan perpaduan hasil daya pancar, frekuensi kerja dan sudut pancar. Metode NVIS mensyaratkan sudut pancar yang besar bahkan mendekati vertical antara 60° sampai 90°.

II. BAHAN DAN METODE

Pada perancangan ini alat yang digunakan adalah gergaji besi, solder, cutter, penggaris, tang jepit, tang potong, SWR analyzer MFJ-269, radio transceiver HF. Bahan yang digunakan adalah kabel listrik serabut umum, kabel coaxial RG-58/U, konektor female, konektor male, balunhygain, isolator, pipa PVC, sambungan pipa PVC, lem PVC

Proses perancangan antena base station NVIS dapat digambarkan dalam flowchart sebagai berikut.


ISBN: 978-602-18168-0-6 169

Gambar1 Flowchart Perancangan Antena NVIS

A. Prototipe Antena Base Station NVIS

Pada perancangan ini prototipe yang akan dibuat adalah antena Prototipe Antena Base Station NVIS tipe dipole λ/2.

Tiang penyangga Tiang penyangga

Gambar2 Prototipe Antena Base Station NVIS tipe dipole λ/2

B. Perhitungan dan Penetapan Dimensi Fisik antena

Setelah frekuensi dari perancangan antenna ditentukan yaitu pada frekeunsi 13.545 MHz sesuai dengan frekuensi pancar Basarnas, Maka

selanjutnya, dapat dihitung panjang gelombang (λ).

λ = 8

6

3 10 /22.148

13.545 10

m sm

Hz

Tipe antena ini adalah λ /2 maka panjang antena (L) adalah:

L =22.148

11.072

m

Jadi, panjang antena yang digunakan pada perancangan ini adalah 11.07 m. Oleh karena antena yang digunakan adalah dipole λ/2 (Z=73+j42.5Ω), dimana resistansi radiasinya 73Ω maka harus dipilih saluran transmisi yang memiliki impedansi karakteristik mendekati nilai tersebut. Namun balun dan saluran koaksial yang digunakan memiliki impedansi 50Ω, maka impedansi antena harus disesuaikan dengan impedansi saluran yaitu dengan memotong panjang antena sedikit demi sedikit sampai diperoleh impedansi antena 50Ω. Pada simulasi diperoleh panjang antena 10.52m dengan Z=54.728-j0.485.

Gambar3 Tampilan Pola Radiasai

C. Pengujian Antena

Pengujian antena dilakukan dengan mengukur karakteristik masing-masing antena. Hasil pengukuran yang diharapkan adalah sebagai berikut: a) Impedansi nominal antena pada frekuensi

resonansinya adalah 50Ω. b) Bandwidth frekuensi antena 200-400KHz. c) Gain antena ≈ 2-5 dBi d) Polarisasi antena: vertikal atau horizontal e) SWR lebih kecil dari 1,5

Driven

TitikCatu

0.15 λ

Reflektor

Mulai

Penetapan Frekuensi

Perhitungan dan Penetapan

Simulasi

Apakah sesuai

Pabrikasai

Pengujian

Apakah sesuai

Selesai


ISBN: 978-602-18168-0-6 170

D. Prediksi Propagasi September 2009

Gambar4 Prediksi propagasi gelombang radio untuk frekuensi

14,25 MHz bulan September 2009 jam 19:00 WIB.

Gambar di atas memperlihatkan kondisi propagasi untuk band 20 meter. Pada gambar dapat dilihat nilai perbandingan frekuensi kerja dengan foF2 bernilai antara 120 – 200 %. Hubungan antara perbandingan frekuensi kerja dengan foF2 dan jarak adalah sebagai berikut: 1) Nilai 80 – 100 % dari foF2 ini merupakan

frekuensi kerja optimum untuk komunikasi jarak dekat (100 – 500 km).

2) Nilai 100 - 150 % dari foF2 ini merupakan frekuensi kerja optimum untuk komunikasi HF jarak sedang (500 – 1000 km).

3) Nilai 80 - 150 % dari foF2 ini merupakan frekuensi kerja optimum untuk komunikasi HF jarak dekat sampai sedang (100 – 1000 km).

4) Nilai 150 - 330 % dari foF2 ini merupakan frekuensi kerja optimum untuk komunikasi HF jarak sedang sampai jauh (1000 – 3000 km).

Hal ini berarti band 20 meter hanya dapat digunakan untuk komunikasi HF jarak sedang dan jauh sedangkan untuk jarak dekat tidak bagus digunakan karena propagasinya jelek (perbandingan 14,25/foF2 di atas 120 %).

III. PENGUKURAN DAN ANALISA

Dari hasil pengukuran diperoleh nilai parameter antena base staion NVIS sebagai berikut: 1) Panjang fisik antena: 10,0m 2) Impedansi antena: 49 ohm. 3) Bandwidth antena: 366 KHz. 4) Gain antena: 2,14 dB 5) Polarisasi antena: horizontal 6) SWR antena 1,0

Dari data dapat dilihat ada beberapa nilai parameter yang tidak sama dengan nilai yang diperoleh pada saat simulasi, yaitu panjang, impedansi dan bandwidth. Ketidaksesuaian ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu pada saat simulasi diasumsikandengan kondisi yang

sempurna dimana material yang digunakan tidak memiliki rugi-rugi (nolosses) juga tidak ada benda-benda lain yang mempengaruhi kinerja antena. Hal tersebut berbeda dengan praktek, dimana material-material yang digunakan memiliki rugi-rugi tersendiri, mulai dari konektor, balun, dan kabel coaxial, juga teknik penyolderan yang kurang baik serta kondisi disekitar tempat pemasangan antena dimana terdapat benda-benda lain seperti gedung yang mempengaruhi sifat antena tersebut.

Tabel 1 Hasil pengukuran frekuensi resonansi, VSWR, dan bandwidth

No. Frekuensi VSWR Rx Xs

1. 13.187 1.5 41 20

2. 13.241 1.4 43 15

3. 13.292 1.3 44 8

4. 13.364 1.2 45 8

5. 13.405 1.1 46 6

6. 13.545 1.0 49 4

7. 13.566 1.1 50 6

8. 13.630 1.2 52 11

9. 13.658 1.3 53 13

10. 13.726 1.4 56 18

11. 13.776 1.5 57 23

IV. PENGUJIAN LAPANGAN

Pada pengujian antena di lapangan, siaran dari Basarnas dimonitoring menggunakan radio HF. Dari hasil monitoring kami dapat menangkap siaran dari beberapa kantor/pos SAR yang tersebar di wilayah Indonesia. Namun tidak semuanya dapat didengar dengan jelas bahkan untuk kondisi tertentu (cuaca yang kurang bagus/ hujan) ada siaran yang sama sekali tidak dapat diterima. Seluruh kantor/ pos SAR melaksanakan radio chek setiap pukul 9.00 WITA dan 18.00 WITA. Jadi pada jam ini siaran Basarnas sangat ramai, sehingga banyak informasi penting dari tiap daerah yang dilaporkan, misalnya cuaca, lalulintas, bencana, siaga lebaran, dll.


ISBN: 978-602-18168-0-6 171

Pada perancangan ini juga dipasang satu antena base station NVIS di Palopo. Kemudian diuji untuk melakukan komunikasi dengan antena base station NVIS di Makassar namun hasilnya nihil (tidak dapat dilakukan komunikasi). Hal ini sesuai dengan prediksi propagasi dari LAPAN untuk bulan September 2009, dimana komunikasi pada frekuensi 14.25 MHz (mendekati frekuensi kerja antena NVIS 13.545 MHz) hanya dapat berlangsung untuk jarak sedang-jauh sedangkan Makassar-Palopo termasuk dalam jarak dekat.

V. KESIMPULAN

Dari keseluruhan isi yang ada pada Proyek Akhir, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Antena Base Station NVIS bekerja pada

gelombang HF dan menggunakan pola rambatan skywave, sehingga tidak terpengaruh oleh penghalang . Proses instalasi Antena Base Station NVIS cukup mudah sehingga dapat digunakan dalam operasi Basarnas Makassar.

2. Antena base station NVIS bekerja pada frekuensi resonansi 13.545 MHz dengan VSWR 1.0 dan impedansi 49Ω. Gain antena 2.14 dB, daya pancar 150 watt dan polarisasi horizontal.

3. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses instalasi antena yaitu kesesuaian impedansi saluran dengan impedansi antena, panjang kabel coaxial harus sependek mungkin, perbedaan kondisi ionosfer pada siang dan malam hari yang mempengaruhi propagasi gelombang radio.

VI. SARAN

Saran-saran yang dapat diberikan diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Pemilihan bahan dan material antena yang

memiliki konduktivitas tinggi. 2. Pada saat melakukan pengukuran pastikan

letak kabel koaxial sedekat mungkin dengan tanah hal ini sangat mempenaruhi pengukuran parameter-paremeter antena, ketelitian dalam melakukan penyolderan.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Bam. 2007. Pancaran NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) I. Dalam Buletin Elektronis ORARI News (online) (http://buletin.orari.net diakses 25 Mei 2009).

[2] Bam. 2007. Pancaran NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) I. Dalam Buletin Elektronis ORARI News (online) (http://buletin.orari.net diakses 25 Mei 2009).

[3] Dase, Sulwan. 2006. “Antena dan Propagasi”. Makassar: Program Studi Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang.

[4] Dase, Sulwan. 2008. “Perancangan Jaringan Radio”. Makassar: Program Studi Telekomunikasi Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Ujung Pandang.

[5] Freeman, Roger. L. 2007. Radio System Design for Telecommunications. IEEE and John Willey and Sons. USA.

[6] Krauss, John D. dkk. 1988. “Antennas”. Singapore: Hill Book Co-Singapore.

[7] Lehpamer, Harvey. 2002. “Transmission Systems Design Handbook for Wireless Networks”. Artech House, Inc. Norwood.

[8] Muslim, Buldan. 2009. Pelayanan Propagasi NVIS Menggunakan MSILRI (Online), (http://222.124.203.57/taryana/download/nvis/Pelayanan%20propagasi%20NVIS%20(Buldan%20II).ppt diakses 25 Mei 2009).

[9] Ristek. 2006. “Indonesia 2005 – 2025 Buku Putih”. Departemen Riset dan teknologi Republik Indonesia.

[10] Sizun, H. 2005. Radio Wave Propagation for telecommunication Application. Springer. Berlin- Germany.

Prosiding Seminar Nasional Teknik Elektro & Informatika TI10 SNTEI 2012 PNUP, Makassar, 29 Maret 2012

ISBN: 978-602-18168-0-6 172

i

Abstrak—Dewasa ini, komputer sudah lazim digunakan sebagai alat bantu pemelajaran dan pembelajaran. Salah satu aplikasi komputer dalam bidang tersebut adalah sebagai alat bantu evaluasi peserta didik/ajar. e-Xam merupakan paket aplikasi komputer yang didesain guna membantu tenaga pengajar dalam kegiatan evaluasi. Dengan dukungan diskless station, membuat e-Xam ideal untuk diaplikasikan pada laboratorium komputer yang memiliki spesifikasi system yang tergolong low-end. Mekanisme penyusunan dan distribusi materi evaluasi pada e-Xam juga memungkinkan terciptanya industri edukasi kreatif dalam dunia pendidikan nasional.

I. PENDAHULUAN

enggunaan komputer dewasa ini telah menyentuh berbagai sendi kehidupan, mulai dari sektor-sektor teknis yang berkaitan

langsung dengan komputer itu sendiri hingga sector non-teknis. Diantara lingkup yang telah tersentuh oleh perkembangan teknologi tersebut adalah pendidikan. Penggunaan komputer sebagai alat bantu pendidikan seperti media pembelajaran dan evaluasi kegiatan belajar-mengajar sudah merupakan hal yang umum saat ini. Tenaga pengajar yang menggunakan slide presentasi dalam menyampaikan materi, internet sebagai media referensi, hingga evaluasi yang memanfaatkan LJK (Lembar Jawaban Komputer) bukan lagi menjadi hal yang jamak saat ini.

Salah satu pemanfaatan komputer dalam kegiatan belajar-mengajar adalah dalam kegiatan evaluasi. Aplikasi yang dibahas pada manuskrip ini adalah proyek pribadi Khaidir Mustafa. e-Xam tersedia secara cuma-cuma untuk umum dan dapat diunduh melalui http://exam.c-rex.biz. Khaidir Mustafa adalah praktisi teknologi informasi dan juga aktif sebagai tenaga pengajar di Politeknik Negeri Ujung Pandang (telepon: 085399089494, 08152567181; e-mail:[email protected]).

Dengan menggunakan komputer, peserta dapat mengikuti ujian dengan cara mengerjakan soal-soal ujian yang terdapat di layar monitor. Berbagai lembaga pendidikan dan sertifikasi, baik dalam negeri maupun luar negeri telah mengadopsi cara ini. Contoh vendor yang juga berperan sebagai lembaga sertifikasi kompetensi yang cukup dikenal di bidang IT adalah Cisco. Cisco melalui program Cisco Networking Academy telah menjadi salah satu standar kompetensi de facto yang bersifat certification of completion. Proses sertifikasi Cisco yang didesain untuk menerapkan skema pendidikan jarak jauh, menggunakan sistem evaluasi berbasis web yang dapat digunakan oleh siswa Cisco untuk menguji pemahaman mereka terhadap materi-materi Cisco Networking Academy. Di dalam negeri sendiri, pemerintah melalui Departemen Pendidikan Nasional telah memiliki KKPI, singkatan dari Keterampilan Komputer dan Pengelolaan Informasi, suatu kurikulum terstandar yang mencakup pengetahuan dasar dalam mengoperasikan komputer dan mengelola informasi. KKPI dalam proses evaluasi siswanya menggunakan perangkat lunak berbasis desktop.

Berangkat dari pemikiran untuk menciptakan suatu perangkat lunak yang dapat digunakan untuk berbagai kegiatan evaluasi belajar-mengajar, maka diciptakanlah e-Xam.

II. ARSITEKTUR

e-Xam adalah sebuah paket aplikasi yang dapat digunakan untuk kegiatan evaluasi belajar-mengajar dengan memanfaatkan komputer sebagai medianya. e-Xam terdiri atas lima aplikasi yang saling terintegrasi satu sama lain. e-Xam Editor: aplikasi desktop, digunakan

untuk menyusun materi evaluasi. e-Xam Client: aplikasi desktop, digunakan oleh

siswa atau peserta ujian dalam mengikuti kegiatan evaluasi.

e-Xam Manager: aplikasi web, digunakan

e-Xam, Instrumen Evaluasi Kegiatan Belajar-Mengajar Berbasis Komputer

Khaidir Mustafa, S.ST Staf Pengajar Teknik Komputer dan Jaringan

Politeknik Negeri Ujung Pandang Email: [email protected]

P


ISBN: 978-602-18168-0-6 173

untuk mengatur pelaksanaan ujian. e-Xam Launcher: kustomisasi sistem operasi

Linux yang didesain secara khusus untuk menjalankan e-Xam Client pada lingkungan diskless station.

e-Xam Server: kustomisasi sistem operasi Linux yang didesain secara khusus untuk berfungsi sebagai induk pengelola seluruh kegiatan pelaksanaan evaluasi.

Selain kelima aplikasi utama tersebut, e-Xam juga memiliki program service bernama e-Xam Servlet yang bekerja pada e-Xam Server. e-Xam Servlet bertugas melayani proses transaksi data antara e-Xam Client dan e-Xam Server menggunakan data protocol yang didesain secara khusus. Lebih jauh mengenai data protocol ini dapat dibaca pada bagian lain tulisan ini.

Walaupun e-Xam Client, aplikasi yang digunakan oleh siswa untuk mengikuti kegiatan evaluasi, merupakan aplikasi desktop yang dibangun untuk berjalan di lingkungan Win32, namun dengan dukungan e-Xam Launcher, e-Xam Client sendiri bertransformasi menjadi sebuah alat bantu evaluasi yang bersifat platform independent, yang berarti apapun sistem operasi yang digunakan, tetap dapat menjalankan e-Xam, bahkan tanpa sistem operasi atau harddrive sekali pun.

Umumnya sistem operasi server diinstal secara permanen di satu perangkat komputer, namun tidak demikian dengan e-Xam. Salah satu kelebihan e-Xam adalah fleksibilitasnya, dimana sistem operasi server untuk e-Xam tidak harus dipermanenkan dalam satu unit komputer, melainkan dapat berpindah-pindah dari satu komputer ke komputer yang lain, tergantung kebutuhan.

Gambar 1. Skema arsitektur e-Xam

Sifat fleksibilitas e-Xam ini mendukung para guru, dosen, atau tenaga pengajar lainnya yang ingin memiliki infrastruktur evaluasi milik mereka secara pribadi, yang mudah digunakan di berbagai tempat.

Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa sistem

operasi server e-Xam diinstal secara permanen pada media flashdrive, yang kemudian dapat digunakan pada komputer yang ingin difungsikan sebagai server evaluasi. Meskipun demikian, e-Xam Server juga dapat diinstal secara permanen ke dalam harddrive lokal komputer. Hal ini bahkan sangat dianjurkan untuk dilakukan, khususnya jika tidak ada rencana untuk memindah-mindahkan server evaluasi, karena media flashdrive memiliki batas siklus read-write yang berada jauh dibawah harddrive.

III. MATERI EVALUASI

Penyusunan materi evaluasi dilakukan dengan aplikasi WYSIWYG bernama e-Xam Editor. Proses penyusunan materi evaluasi hingga persiapan distribusi materi digambarkan dalam skema berikut ini.

Gambar 2. Skema proses penyusunan materi evaluasi hingga

persiapan distribusi

e-Xam bekerja dengan dua jenis berkas, yaitu berkas proyek (ekstensi *.xmp) dan berkas kompilasi (ekstensi *.xmc). Berkas proyek adalah berkas yang diedit menggunakan e-Xam Editor. Di dalam berkas proyek ini terdapat soal-soal ujian yang telah disusun. Ketika suatu berkas proyek akan digunakan untuk ujian, maka berkas tersebut harus dikompilasi terlebih dahulu. Proses kompilasi adalah proses penggabungan seluruh soal ujian dengan materi-materi pendukung ke dalam satu berkas tunggal, lalu mengkonversi

Pembuatan materi pendukung

(gambar, dan animasi)

Penyusunan soal-soal ujian Berkas

Proyek (*.xmp

) Kompilasi (compile)

berkas proyek

Berkas kompilasi (*.xmc)


ISBN: 978-602-18168-0-6 174

berkas tersebut ke dalam format data yang lebih efisien untuk proses distribusi dan instalasi pada e-Xam Server. Proses kompilasi dilakukan dengan e-Xam Editor, yang jika diinginkan, hasil kompilasinya dapat diproteksi dengan password yang dapat membatasi pengguna yang dapat menginstal berkas kompilasi pada e-Xam Server.

Dengan memanfaatkan fasilitas proteksi password pada berkas kompilasi, seorang penyusun soal dapat menentukan siapa saja yang berhak untuk menginstal soal yang telah disusun. Jika penggunaan e-Xam sebagai instrumen evaluasi kegiatan belajar-mengajar menyebar luas, maka fasilitas ini dapat membuka potensi ekonomi baru, dimana seorang tenaga pengajar dapat memasarkan soal-soal ujian yang telah disusunnya kepada lembaga-lembaga pendidikan dan sertifikasi yang menggunakan e-Xam.

IV. KOMUNIKASI DATA

e-Xam bekerja dengan model koneksi client-server. Proses pertukaran data antara e-Xam Client dan e-Xam Server. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya pada bagian lain tulisan ini, proses transaksi data antara e-Xam Client dan e-Xam Server dilayani oleh sebuah program service bernama e-Xam Servlet. e-Xam Client berkomunikasi dengan e-Xam Servlet menggunakan data protocol khusus yang dienkapsulasikan ke dalam protokol HTTP. Teknik yang serupa juga digunakan dalam JSON (Javascript Object Notation). Perbedaan utama protokol e-Xam dan JSON terletak pada semantik dari data yang dienkapsulasikan, dimana data pada JSON dapat memiliki multisemantik (data, layout, script, dll) tergantung dari penggunaannya, sedangkan protokol e-Xam murni berisi data. Selain itu, perbedaan lain antara protokol JSON dan e-Xam adalah karena transaksi data menggunakan protokol e-Xam didesain hanya untuk kebutuhan komunikasi antara e-Xam Client dan e-Xam Servlet, maka data yang dienkapsulasikan dienkripsi menggunakan algoritma Twofish dengan key yang dihasilkan melalui proses session-based key generation yang diinisialisasi setiap kali terjalin sesi komunikasi baru antara e-Xam Client dan e-Xam Servlet dikombinasikan dengan salt yang diregenerasi untuk setiap transaksi.

Header

Unique Identifier Request Code

Validation Hash

Salt Data

Gambar 3. Struktur data request protocol e-Xam

Header: bagian yang berfungsi sebagai pengenal awal suatu request. Header terdiri atas dua bagian, yaitu:

o Unique Identifier: kode identitas suatu request, digunakan sebagai referensi pada beberapa operasi data.

o Request Code: kode yang menentukan jenis response yang diharapkan dari request yang dikirimkan.

Validation hash: berfungsi seperti checksum hanya lebih kompleks dan lebih akurat dalam menentukan validitas dari suatu request.

Salt: elemen yang dikombinasikan dengan key enkripsi, berfungsi untuk meningkatkan kualitas keamanan data yang dikirimkan.

Data: data request.

Header Unique Identifier

Request UID Error code

Validation Hash Salt Data

Gambar 4. Struktur data response protocol e-Xam

Response dari e-Xam Servlet memiliki struktur yang serupa dengan struktur request. Header: bagian yang berfungsi sebagai

pengenal awal suatu response. Header terdiri atas tiga bagian, yaitu: o Unique Identifier: kode identitas suatu

response, digunakan sebagai referensi pada beberapa operasi data.

o Request UID: unique identifier dari request yang menghasilkan response tersebut.

o Error Code: kode keberhasilan atau kegagalan suatu request.

Validation Hash: sama seperti validation hash pada request.

Salt: sama seperti salt pada request. Data: data response.

Umumnya aplikasi desktop multitier yang beroperasi dengan basis data, atau lebih tepat lagi, DBMS (Database Management System), berhubungan secara langsung antara desktop client dengan DBMS. e-Xam tidak melakukan cara tersebut karena berdasarkan pengalaman sebelumnya ketika penulis mengembangkan sistem ujian online KKPI, membuka koneksi langsung ke


ISBN: 978-602-18168-0-6 175

DBMS mengundang beberapa resik, yaitu: Membuka koneksi langsung ke DBMS

dilakukan dengan dua metode: persistent connection dan non-persistent connection. Persistent connection dapat menyebabkan pemborosan sumberdaya pada server karena setiap koneksi yang dijalin menggunakan sumberdaya server secara kontinyu walaupun pada saat tidak ada transaksi data yang sedang terjalin. Sedangkan non-persistent connection memiliki kelemahan pada alokasi sumberdaya server yang cukup tinggi ketika otentikasi koneksi dilakukan.

Otentikasi koneksi ke server melibatkan username dan password database yang dikirimkan melalui media jaringan. Hal ini meningkatkan tereksposnya username dan password database oleh pihak ketiga yang melakukan sniffing pada media jaringan. Jika non-persistent connection digunakan, maka resiko ini akan semakin tinggi karena proses otentikasi selalu dilakukan ketika membuka koneksi baru ke server.

V. MANAJEMEN SESI

Sesi dalam e-Xam berperan lebih dari sekadar penanda status antara e-Xam Client dan e-Xam Servlet. Dalam setiap inisialisasi sesi koneksi jaringan antara e-Xam Client dan e-Xam Servlet, juga turut diinisialisasi session key yang digunakan untuk mengenkripsi data pada proses komunikasi e-Xam Client dan e-Xam Servlet. Session key yang dihasilkan pada tahapan inisialisasi unik untuk setiap peserta dan setiap sesi.

Setiap sesi yang dibuat ketika pengguna berhasil melakukan otentikasi, dicatat di dalam database. Hal ini ditujukan agar ketika ujian berlangsung, dan koneksi terputus, tahapan ujian yang telah dilalui peserta dapat dilanjutkan kembali ketika koneksi berhasil dijalin kembali. Fitur autosave ini dilakukan setiap rentang waktu tertentu yang diacak guna memperkecil kemungkinan beban berlebihan pada server ketika beberapa client melakukan autosave pada saat yang sama.

VI. THIN CLIENT

Salah satu kelebihan e-Xam dibandingkan aplikasi ujian yang berbasis web adalah kemampuan e-Xam untuk mencegah peserta ujian untuk membuka program lain ketika sesi ujian dengan e-Xam tengah berlangsung. Fitur ini hanya dapat dilakukan jika e-Xam Client dibuat menggunakan bahasa pemrograman yang bersifat native, sehingga menjadi tantangan tersendiri ketika e-Xam akan dijalankan pada komputer yang

menggunakan sistem operasi yang berbeda dengan sistem operasi yang didukung oleh bahasa pemrograman yang digunakan untuk membuat e-Xam Client, dalam hal ini Windows. Untuk mengatasi hal tersebut, e-Xam Launcher dapat digunakan pada komputer yang tidak menggunakan sistem operasi Windows.

e-Xam Launcher juga dapat digunakan pada komputer yang tidak memiliki harddrive sama sekali, sepanjang komputer tersebut memiliki boot device (CD/DVD, atau USB Flashdrive) yang dapat digunakan. Hal ini dapat menjadi solusi bagi lembaga-lembaga pendidikan yang kesulitan dalam mengadakan laboratorium komputer dengan spesifikasi sistem yang cukup tinggi untuk standar saat ini, karena e-Xam Launcher hanya membutuhkan satu unit komputer dengan spesifikasi minimal prosesor Intel Pentium II 233 MHz (atau equivalen), RAM 256 MB, mouse, keyboard, ethernet adapter, dan CD ROM drive atau USB, serta tentunya koneksi jaringan area lokal (LAN).

VII. INTEROPERABILITAS

e-Xam hanyalah salah satu instrumen berbasis komputer yang dapat digunakan dalam kegiatan belajar-mengajar. Terdapat banyak aplikasi lain yang juga dapat digunakan untuk melaksanakan tugas-tugas lain dalam kegiatan belajar mengajar, sebagai contoh Moodle. Moodle adalah aplikasi e-learning yang dapat digunakan dalam kegiatan manajemen pembelajaran jarak jauh. Interoperabilitas antara e-Xam dan Moodle, atau aplikasi lain untuk saat ini belum dapat dilakukan karena fungsi tersebut saat ini masih berupa draft API (Application Programming Interface). Interoperabilitas dilayani dengan memanfaatkan plugins-plugins yang dibangun berdasarkan draft API e-Xam.

Gambar 5. Skema

interoperabilitas antara e-

Xam dan aplikasi e-learning lain.

VIII. PENUTUP

e-Xam adalah salah satu aplikasi yang dapat digunakan untuk melakukan evaluasi kegiatan belajar-mengajar berbasis komputer. Dukungan thin client e-Xam menjadikannya sangat cocok

Aplikasi e-learning

“x”

e-Xam Plugin

e-Xam Server


ISBN: 978-602-18168-0-6 176

untuk digunakan pada lembaga-lembaga pendidikan yang tidak memiliki dana besar untuk mengadakan perangkat komputer dengan spesifikasi tinggi.

e-Xam menggunakan data protocol khusus yang didesain untuk meningkatkan efisiensi sumberdaya server dan jaringan, serta meminimalisir resiko keamanan data yang mengancam lalu lintas data dari dan ke server.

Penggunaan e-Xam jika meluas, dapat membuka potensi industri edukasi kreatif baru, dimana para tenaga pengajar dapat memasarkan soal-soal ujian e-Xam yang mereka buat dalam bentuk bank soal.

REFERENSI

[1] L. Lipsitz, The Educational Technology Reviews Series No. 9 – The Computer and Education. Educational Technology Publications, Inc. New Jersey, 1973, ch.1. ISBN 0-87778-057-9.

[2] Cisco Systems, Cisco Networking Academy. Tersedia: http://www.cisco.com/web/learning/netacad/index.html.

[3] Moodle.org: open source community-based tool for learning. Tersedia: http://www.moodle.org

[4] Khaidir Mustafa, Dokumentasi Sistem e-Xam, tidak diterbitkan.


ISBN: 978-602-18168-0-6 177

`

Abstrak—Tulisan ini menjelaskan kontrol kecepatan motor induksi dengan pemodelan matematik dan pengaturan tegangan stator dari motor induksi menggunakan metode Fuzzy Logic Direct Torque Control (FLDTC). Pendekatan FLDTC dengan membagi stator flux locus menjadi 12 sektor adalah untuk menghindari ambiguitas torsi yang terjadi pada DTC konvensional dimana flux linkage hysteresis menjadi prioritas utama dalam pengontrolan. Hasil Simulasi yang dilakukan dalam kondisi operasi steady state dengan menggunakan paket sofware dari MATLAB, SIMULINK memperlihatkan bahwa metode dari FLDTC menghasilkan riple torsi dan fluk stator yang lebih halus dari strategi DTC konvensional.

I. PENDAHULUAN

ELAH banyak studi yang dilakukan untuk mendapatkan solusi lain untuk pengontrolan

motor induksi yang memiliki kemampuan respon torsi yang cepat dan presisi serta dapat mengurangi kompleksitas dari Field Oreintation Algorithms. Saat ini solusi yang tepat untuk memenuhi kriteria yang telah disebutkan tersebut adalah Direct Torque Control (DTC)[1].

Ide awal DTC sendiri adalah untuk menduplikasi field orientation dari kontrol motor DC pada motor induksi. Field orientation dicapai dengan menghitung dan mengontrol magnetisasi fluks dan torsi motor secara langsung tanpa menggunakan speed encoder.

Sejak teori DTC dipaparkan oleh Isao Takashi and Youchi Ohmori (1989), banyak penelitian tentang model DTC [1]-[4]-[8]-[9]-[11]. Model DTC yang paling banyak diterapkan dan dikembangkan adalah model DTC tanpa speed encoder sebagai umpan balik untuk mengetahui posisi dari rotor.

Tulisan ini akan memodelkan dan mensimulasikan metode FLDTC tanpa speed encoder dengan software simulasi yaitu Matlab. Agar dapat memodelkan dan mensimulasikan persamaan matematik, Matlab menyediakan paket simulasi yaitu Simulink.

II. DIRECT TORQUE CONTROL

Pada prinsipnya metode DTC adalah untuk menyelaraskan torsi electromagnetik dan fluks stator sepanjang sumbu d dan q dari kerangka referensi masing-masing dengan tetap menggunakan kontrol secara langsung dari switching inverter[8]. Blok diagram dari konsep dasar DTC dan kontrol kecepatan motor induksi diperlihatkan pada Gbr 1.

Dengan memodelkan motor induksi, metode DTC dapat memprediksi tegangan yang dibutuhkan untuk mendapatkan torsi keluaran yang tepat. Nilai torsi elektromagnetik dan fluks stator diperoleh melalui perhitungan dari variabel yang didapat melalui hasil pengukuran yang berupa tegangan dan arus stator. Dengan mengetahui kedua variabel stator tersebut fluks bocor stator dan torsi elektromagnetik dapat diestimasi.

Torsi elektromagnetik dan fluks bocor stator selanjutnya dibandingkan dengan sinyal referensi masing-masing sesuai dengan hysteresis comparator torsi dan fluks stator[1]. Sinyal keluaran dari kedua pembanding flux comparator dan torque comparator dikombinasikan dengan posisi dari sudut fluks stator untuk menentukan vektor tegangan yang tepat untuk disuplai ke terminal stator dari motor induksi.

Kekurangan dari DTC konvensional umumnya adalah tingginya torque ripple dan respon transien yang lambat selama start-up[4]-[11]. Atas alasan tersebut, metode DTC dengan pendekatan fuzzy logic

Pemodelan dan Simulasi Fuzzy Logic Direct Torque Control pada Pengaturan Kecepatan Motor Induksi

Andi Wawan Indrawan dan Sarwo PranotoProgram Studi Teknik Listrik

Politeknik Negeri Ujung Pandang Ujung Pandang Email: [email protected], [email protected]

T Gambar 1. Blok diagram kontrol kecepatan dengan konsep dasar DTC


ISBN: 978-602-18168-0-6 178

maupun kendali cerdas lainnya menarik para peneliti untuk mencoba mengimplementasikannya[1]-[4]-[5]-[11].

A. Pemodelan Motor

Untuk mempermudah analisa motor induksi tiga phasa dibuatkan pemodelan matematik. Oleh karena kerja motor induksi seperti kerja transformator yang memanfaatkan prinsip kerja induksi-elektromagnetik, motor induksi dapat diasumsikan sebagai transformator dengan rangkaian sekunder yang berputar.

Dalam menyederhanakan persamaan dinamis dari motor induksi, tulisan ini akan menerapkan model d-q axis atau koordinat d-q model yang umum digunakan dalam penyederhanaan pemodelan motor induksi. Selain itu alasan utama dari penggunaaan model koordinat d-q ini adalah untuk mengontrol flux linkage

dari stator ta

s

dan rotor ta

r

yang bergantung

pada besar sudut rotor ( ). D-q model dapat diekspresikan dalam bentuk matrik dengan menggunakan tranfromasi Park’s seperti berikut[3]:

c

b

a

q

d

v

v

v

v

v

v

2

1

2

1

2

13

2sin

3

2sinsin

3

4cos

3

2coscos

3

2

0

(1) Transformasi yang sama juga dapat dilakukan

untuk menghitung besar nilai arus dengan cara

mengganti dqv dan dqi .

Polaritas tegangan dalam acuan space vector adalah[3]:

___ ssssdt

dirV

(2)

Dalam d-q axis, tegangan stator dan rotor adalah[3]:

qsdsdqssqs pirV

dsqsddssds pirV (3)

qrdrrdqrrqr pirV )(

drqrrddrrdr pirV )(

Fluks bocor menjadi [3]:

)(

)(

)(

)(

drdsmdrlrdr

qrqsmqrlrqr

drdsmdslsds

qrqsmqslsqs

iiLiL

iiLiL

iiLiL

iiLiL

(4) Dan persamaan torsi elektromagnetik adalah [3]:

dsqsqsdse iiP

T

22

3

(5)

B. Sumber tegangan inverter (Voltage Source Inverter)

Pada sumber tegangan inverter 3 phasa, terdapat delapan kemungkinan konfigurasi penyaklaran untuk ke enam inverter switching devices. Dimana ketiga terminal sa, sb, dan sc yang diperlihatkan pada Gbr.2 mewakili ke enam switching devices yang akan menghasilkan delapan kondisi tegangan output inverter yang berbeda.

Gambar. 2. Mode pensaklaran inverter

Vektor tegangan menjadi:

)]()()([3

2 3

4

3

2

tsetsetsVV c

j

b

j

adcs

(6)

Konfigurasi penyaklaran yang berhubungan dengan DTC dalam memilih vektor tegangan yang tepat untuk mengontrol amplitudo dari fluks stator diperlihatkan pada Gbr. 3 [9]-[11], dimana terdapat

enam tegangan aktif )( 61 vv dan dua tegangan zero

),( 70 vv .

Gambar 3. Vektor tegangan inverter

C. Estimasi Torsi dan Fluks Stator

Tegangan dan arus stator didapat melalui transformasi dari persamaan yang diberikan sebagai berikut[8]:

cbadc

ass sssv

vv

2

3 (7)


ISBN: 978-602-18168-0-6 179

cbdc

csbsdc

s ssv

vvv

v

33

(8)

ass ii (9)

csbss iii

3

1

(10)

Fluks stator

s dapat diestimasi dengan

mengasumsikan tahanan stator konstan selama periode pensaklaran dengan menggunakan persamaan berikut:

ssssdt

dRiv

(11)

dtirvt

ssss

0

(12)

Dikarenakan tahanan stator sangat kecil, maka

vektor fluks stator dapat disederhanakan selama waktu pensaklaran menjadi:

tvss

(13) Torka elektromagnetik dapat diestimasi dengan

menggunakan persamaan berikut[6]:

sse jiP

T *22

3

(14)

dsqsqsdse iiP

T

22

3

(15)

Frekuensi listrik didapat dengan mendifferensialkan

sudut vektor fluks rotor yaitu:

dt

d re

(16)

III. FUZZY LOGIC DTC YANG DIUSULKAN

Metode yang disimulasikan adalah DTC yang menggunakan fuzzy logic inverter controller. Fuzzy logic inverter controller sendiri didesain untuk mengatur waktu pensaklaran agar menghasilkan tegangan stator yang diharapkan dan mengacu pada tabel 1.

Blok diagram dari model dari FLDTC yang diusulkan terlihat pada Gbr.4 Input dari fuzzy logic inverter controller didapatkan dari output hasil pembandingan antara referensi torsi dengan estimasi

torsi dan fluks stator referensi dengan estimasi fluks stator yang menghasilkan error status dari torsi dan

fluks stator.

Tabel 1. Tabel switching vector dari FLDTC yang diusulkan.

Gambar 4. Blok diagram dari FLDTC yang diusulkan

Dari blok diagram diatas terlihat bahwa input fuzzy logic controlller terdiri dari stator flux error, torque flux error dan sudut dari fluks stator yang menghasilkan output untuk memilih vektor pensaklaran pada terminal sa, sb, dan sc.

A. Flux linkage errors

Untuk mendapatkan nilai status kesalahan dari fluks bocor, dapat menggunakan persamaan berikut:

estsrefss __ (17)

Flux error controller yang diusulkan menggunakan tiga bahasa istilah untuk membedakan apakah flux ripple itu tinggi, rendah atau zero yaitu negative value (N), zero value (Z) dan positive value (P). Membership function untuk kesalahan fluks dapat dilihat pada Gbr.5.

flux _ref

Torque _ref

inverter model

sa

sb

sc

va

vb

vc

fuzzy logic function

t

f

a

sysproposed _Fuzzy

estimator model

Vabc

iabc

angle

flux _s_est

Te_est

Zero -OrderHold

Torque

Speed

Load TorqueFlux

Torque _ref

flux _ref

Motor model

va

vb

vc

Load Torque

ia

ib

ic

speedspeed

∆λ ∆T Sector 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P PL V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 PS V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 Z V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0NS V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 NL V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6

Z PL V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2PS V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 Z V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 NS V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 NL V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5 V5

N PL V3 V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 PS V3 V4 V4 V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 Z V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0 V0NS V5 V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 NL V5 V6 V6 V1 V1 V2 V2 V3 V3 V4 V4 V5


ISBN: 978-602-18168-0-6 180

Gambar 5 . Membership function dari kesalahan fluks stator

B. Electromagnetic torque errors

Status kesalahan torsi terkait nilai referensi torsi dan estimasi torsi diekspresikan dalam persamaaan berikut:

erefee TTT _ (18)

Bahasa istilah yang digunakan dalam fuzzy logic adalah positive large (PL) untuk mengindikasikan maksimum band, positive small (PS) mengindikasikan medium high, negative small (NS), Negative large (NL), dan Zero (Z) terlihat pada Gbr. 6.

Gambar 6 . Membership function dari kesalahan torsi

elektomagnetik

C. Angle of flux linkage

Sudut dari fluks bocor didapat dari sudut antara fluks stator dan sumbu referensinya.

s

ssr

arctan

(19)

IV. HASIL SIMULASI

Untuk mempelajari kehandalan dari Fuzzy logic switching inverter dengan strategi DTC yang diusulkan, simulasi sistem telah dilakukan dengan menggunakan SIMULINK dan function toolbox untuk membuat intruksi fuzzy logic pada Matlab.

Referensi dari fluks stator dan torsi diinputkan sebagai Kendali simulasi FLDTC dimana 12.6 Nm, 6.322 Nm dan 1.4638 Wb digunakan sebagai referensi torsi dan fluks stator. Frekensi penyaklaran 10 KHz, lebar hysteresis bands dari torsi dan fluks di set 5% untuk torsi dan 0.5% untuk fluks[9]. Waktu sampling diset 25 sec dan 500 sec dengan step

size 10-7 sec.

A. Torsi

Gambar 7. Respon konvesional DTC

Gambar 8 . Respon torsi FLDTC yang diusulkan

-0.1 -0.08 -0.06 -0.04 -0.02 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1mf flux

flux(Wb)

uFlu

x

-3 -2 -1 0 1 2 30

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1mf torque

Torque(N.m)

uTor

que

PLPSZNSNL

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

2

4

6

8

10

12

14

16Electromagnetic torque (Nm)

time(sec)

Tor

que(

N.m

)

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 12

4

6

8

10

12

14

16Electromagnetic torque (Nm)

time(sec)

Tor

que(

Nm

)


ISBN: 978-602-18168-0-6 181

B. Fluks

Gambar 9 . Respon fluks stator konvensional DTC (atas) dan

FLDTC yang diusulkan (bawah)

Gambar 10 . Estimasi dari fluks stator dan rotor dalam koordinat d-q

untuk konvensional DTC

Gambar 11 . Estimasi dari fluks stator dan rotor dalam koordinat d-q

untuk FLDTC yang diusulkan

C. Kecepatan

Gambar 12 . Respon kecepatan konvensional DTC (atas) dan


D. Tegangan Stator

Gambar 13 . Tegangan stator konvensional DTC

Gambar 14 Respon tegangan stator FLDTC yang diusulkan

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.51.44

1.45

1.46

1.47

1.48

1.49

1.5conventional DTC

time(sec)

stat

or f

lux

linka

ge (

Wb)

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.51.44

1.45

1.46

1.47

1.48

1.49

1.5proposed DTC

time(sec)

stat

or f

lux

linka

ge (

Wb)

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

d-axis

q-ax

is

stator flux

rotor flux

-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

d-axis

q-ax

is

stator flux

rotor flux

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1180

185

190

195conventional DTC

time(sec)

spee

d(ra

d/se

c)

0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4185

185.2

185.4

185.6

185.8

186conventional DTC

time(sec)

spee

d (r

ad/s

ec)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1180

185

190

195proposed DTC

time(sec)

spee

d(ra

d/se

c)

0.3 0.32 0.34 0.36 0.38 0.4185

185.2

185.4

185.6

185.8

186proposed DTC

time(sec)

spee

d(ra

d/se

c)

zoom

zoom

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500stator voltages(volt)

time(sec)

Sta

tor

volta

ges(

Vol

t)

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500stator voltages(volt)

time(sec)

Sta

tor

volta

ges

(Vol

t)


ISBN: 978-602-18168-0-6 182

Gambar 15. Respon tegangan stator FLDTC yang diusulkan

Gambar 16. Respon tegangan stator konvensional DTC (atas) dan


E. Arus Stator

Gambar 17. Respon arus stator konventional DTC (atas) dan FLDTC yang diusulkan (bawah)

V. KESIMPULAN

Pengembangan dari DTC motor induksi yang diusulkan telah dipaparkan dan dalam tulisan ini. Dengan mempertahankan ide awal dari metode DTC itu sendiri yaitu kemudahan dan tidak memerlukan tambahan peralatan dalam aplikasinya seperti speed encoder, hasil simulasi metode FLDTC yang diusulkan memperlihatkan perubahan yang terjadi pada berkurangnya torque ripple dan current ripples, serta respon yang lebih cepat dari fluks stator.

VI. APPENDIX

Parameter motor induksi yang disimulasikan[9]: Squirrel cage 3 phasa, 2 kutub, 60 Hz, 460 Vrms, 3HP dan 1750 rpm, Te=12.644 Nm, Rs=1.77 Ohm, Rr=134 Ohm, Ls=0,382 H, Lm=0,368 H dan Lr=0,3808 H.

VII. DAFTAR PUSTAKA [1] ABB, Technical Guide No.1: Direct Torque Control, ABB

Inductry Oy, viewed 2 January 2010. Avaiable: http://www.abb-drives.com/StdDrives/RestrictedPages/Marketing/Documentation/files/PRoducts/DTCTechGuide1.pdf

[2] Bimal Kr. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall PTR, 2002.

[3] Chee-Mun Ong, Dynamic Simulation of Electric Machinery Using Matlab/Simulink, Prentice Hall, New Jersey, 1998. p 171-179

[4] D.Casedai and G. Serra,”Implementation of Direct Torque Control Algorithme for induction motors Based on Discrete Space Vector Modulation”,IEEE Trans. Power Electronics, Vol.15.No.4July 2002

[5] I. Boldea, S.A. Nasar, Vector Control of AC Drives, CRC Press, Florida, 1992, p. 27-36.

[6] K. L. Shi, T.F. Chan, Y.K. Wong and S.L. Ho, “Modelling and Simulation of Three phase Induction Motor Using Simulink”, IEEE, vol.36, 1999, pp.163-172.

[7] Muhamed A. El-Sharkawi, Fundamental of Electric Drives, Brooks/Cole, California, 2000.

[8] N. Mohan. Advanced Electric Drives, MNPERE, Minneapolis, 2001.

[9] Nik Rumzi, Nik Idris, “High Performance Direct Torque Control Induction Motor Utilizing TMS32031 Digital Signal Processing”, Texas Instruments, Inter University DSP, 2000.

[10] P.C. Krause and C.H. Thomas, “Simulation of Symetrical Induction Machinery” IEEE Trans. Vol. PAS-84, no.11, pp.1083-1053, 1965.

[11] Takahasi, T. Noguchi, ” A new quick response and high-efficency control strategy of induction motor”,IEEE Trans. On IA, Vol.22, N0.5, Sept/Oct 1986, PP.820-827.

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1-500

-400

-300

-200

-100

0

100

200

300

400

500stator voltage (volt)

time(sec)

Ic(A

)

0 0.01 0.02 0.03 0.04-6

-4

-2

0

2

4

6conventional DTC

time(sec)

Ia,I

b,Ic

(A

)

5 6 7 8 9 10

x 10-3

4

4.5

5

5.5

6zoom conventional DTC

time(sec)

Ib(A

)

0 0.01 0.02 0.03 0.04-6

-4

-2

0

2

4

6proposed DTC

time(sec)

Ia,I

b,Ic

(A

)

5 6 7 8 9 10

x 10-3

4

4.5

5

5.5

6zoom proposed DTC

time(sec)

Ib(A

)

zoom

zoom

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-6

-4

-2

0

2

4

6conventional DTC

time(sec)

Sta

tor

curr

ents

(A

)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2-6

-4

-2

0

2

4

6proposed DTC

time(sec)

Sta

tor

curr

ents

(A

)

rancang bangun kontroler frekwensi generator pltmhsntei.poliupg.ac.id/prociding_archive/2012/06...

Documents