simulasi perancangan sistem deteksi kebakaran dan …eprints.undip.ac.id/67031/1/1._cover.pdfdisusun...
TRANSCRIPT
SIMULASI PERANCANGAN SISTEM DETEKSI KEBAKARAN DAN
SISTEM SPRINKLER MENGGUNAKAN SENSOR ASAP DAN SENSOR
SUHU BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)
SCHNEIDER TM221CE16R DAN HUMAN MACHINE
INTERFACE (HMI) PADA SMARTHOME
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai salah satu syarat menyelesaikan pendidikan pada
Program Studi Diploma III Teknik Elektro
Departemen Teknologi Industri Sekolah Vokasi
Universitas Diponegoro
Oleh :
AYU RISMA FAUZIYAH 21060115060010
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK ELEKTRO
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI SEKOLAH VOKASI
UNIVERSITAS DIPONEGORO
2018
i
SIMULASI PERANCANGAN SISTEM DETEKSI KEBAKARAN DAN
SISTEM SPRINKLER MENGGUNAKAN SENSOR ASAP DAN SENSOR
SUHU BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)
SCHNEIDER TM221CE16R DAN HUMAN MACHINE
INTERFACE (HMI) PADA SMARTHOME
LAPORAN TUGAS AKHIR
Disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan di
Program Studi Teknik Elektro
Departemen Teknologi Industri Sekolah Vokasi
Universitas Diponegoro
Oleh :
AYU RISMA FAUZIYAH 21060115060010
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
DEPARTEMEN TEKNOLOGI INDUSTRI SEKOLAH VOKASI
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2018
v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Motto :
Do’a tanpa usaha adalah kosong dan usaha tanpa Do’a adalah Sombong.
Jangan takut merasa salah didepan manusia, takutlah jika berbuat salah
kepada Allah
Mungkin aku punya masalah yang besar, tapi aku punya Allah yang lebih
besar
Restu Orang tua adalah Restu dari Allah, Apapun yang terjadi do’a orang
tua yang selalu mengiringi.
Semua Perempuan harus punya kecerdasan, karena dunia terlalu keras jika
hanya mengandalkan kecantikan.
Bahagia Sewajarnya Sedih Secukupnya dan Bersyukur sebanyak
banyaknya.
Janagan pernah mengingat kebaikan kita kepada orang lain tapi ingatlah
kebaikan orang lain kepada kita.
Persembahan :
Laporan ini saya persembahkan dan dedikasikan untuk :
o Orang Tua Tercinta.
o Kakakku dan keluarga besar tercinta.
o Orang tua Angkat dan Sahabat-sahabatku.
o Rekan-rekan Angkatan 2015 DIII Elektro.
o Almamater Universitas Diponegoro
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Tuhan YME atas Kasih-Nya
sehingga Laporan Tugas Akhir dengan judul “Simulasi Perancangan Sistem
Deteksi Kebakaran dan Sistem Sprinkler Menggunakan Sensor Asap dan Sensor
Suhu Berbasis Programmable Logic Controller (PLC) Schneider TM221CE16R
dan Human Machine Interface (HMI) Pada Smarthome” dapat terselesaikan.
Laporan Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan memperoleh
gelar Ahli Madya di Program Studi Diploma Teknik Elektro Departemen
Teknologi Industri Sekolah Vokasi Universitas Diponegoro.
Penyusunan Laporan Tugas Akhir ini tidak luput dari bantuan berbagai
pihak. Ucapan terima kasih penyusun sampaikan kepada:
1. Bapak Prof Dr. Ir. Budiyono, M. Si., Ketua Dekan Program Diploma Sekolah
Vokasi Universitas Diponegoro.
2. Bapak Arkhan Subari, ST, M.Kom Ketua Program Studi Diploma Teknik
Elektro Departemen Teknologi Industri Sekolah Vokasi Universitas
Diponegoro.
3. Bapak Ir. H. Saeful Manan, MT. selaku Dosen Pembimbing.
4. Bapak Ir. H. Saeful Manan, MT. selaku Dosen Wali.
5. Seluruh Dosen dan Staff Pengajar Program Studi Diploma Teknik Elektro
Departemen Teknologi Industri Sekolah Vokasi Universitas Diponegoro.
6. Orang Tua tercinta yang telah memberikan doa dan dukungan moril maupun
materil.
vii
7. Adimas Abdan yang selalu memberikan semangat dan mendengarkan keluh
kesah.
8. Olga Chintya Dewi selaku rekan dalam pembuatan alat dan Laporan Tugas
Akhir.
9. Teman-teman seperjuangan, sahabat dan rekan diskusi yang selalu memberikan
motivasi.
10. Semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan laporan tugas akhir ini.
Penyusun menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih terdapat
kekurangan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan adanya kritik dan saran yang
membangun dari pembaca.
Penulis berharap Laporan Tugas Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi
para pembaca, khususnya mahasiswa Sekolah Vokasi Universitas Diponegoro.
Semarang, 4 Agustus 2017
Penyusun
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... ii
BERITA ACARA UJIAN TUGAS AKHIR ................................................. iii
HALAMAN PERYATAAN ORISINALITAS ............................................. iv
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ................................................................ v
KATA PENGANTAR ................................................................................... vi
DAFTAR ISI ................................................................................................. viii
DAFTAR TABEL ......................................................................................... xiii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... xiv
ABSTRAK ..................................................................................................... xviii
ABSTRACT .................................................................................................. xix
BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ......................................................................... 1
1.2 Tujuan ...................................................................................... 3
1.3 Manfaat .................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ...................................................................... 4
1.5 Metode Penulisan ..................................................................... 5
1.6 Sistematika Penulisan ............................................................... 6
BAB II LANDASAN TEORI...................................................................... 8
2.1 Tinjauan Pustaka ...................................................................... 8
ix
2.2 Dasar Teori .............................................................................. 9
2.2.1. Catu Daya (Power Supplay) ............................................ 9
2.2.1.1. Catu Daya Adaptor ............................................. 10
2.2.2. Programmable Logic Controller (PLC) .......................... 15
2.2.2.1. Dasar Programmable Logic Controller (PLC) ... 18
2.2.2.2. Prinsip Kerja PLC ............................................. 21
2.2.2.3. Metode Pemrograman PLC ............................... 21
2.2.3. Protokol Komunikasi ...................................................... 23
2.2.3.1. Arsitektur TCP/IP ............................................... 24
2.2.3.1.1. Application Layer............................... 25
2.2.3.1.2. Transport Layer ................................. 25
2.2.3.1.3. Internet Layer .................................... 26
2.2.3.1.4. Network Accesst Layer ....................... 26
2.2.3.1.5. Physical Layer ................................... 27
2.2.3.1.6. User Datagram Protocol (UDP)......... 27
2.2.4. Human Machine Interface (HMI) .................................. 28
2.2.4.1. Vijeo Designer .................................................. 28
2.2.4.2. Fungsi Dari HMI ............................................... 29
2.2.3.2. Bagian Dari HMI .............................................. 30
2.2.5 Sensor ............................................................................ 31
2.2.5.1 Sensor MQ-2 .................................................... 32
2.2.5.1.1 Fitur Sensor MQ-2 .............................. 35
2.2.5.1.2 Spesifikasi Sensor MQ-2 .................... 35
x
2.2.5.2 Sensor LM35 .................................................... 35
2.2.5.2.1 Struktur Sensor LM35 ........................ 36
2.2.5.2.2 Karateristik Sensor LM35 .................. 38
2.2.6. Relay.............................................................................. 41
2.2.6.1. Prinsip Kerja Relay .......................................... 45
2.2.6.2.Kontruksi Relay ................................................ 50
2.2.7. Transistor Sebagai Saklar dan Penguat ........................... 51
2.2.8 Pompa Air ..................................................................... 52
2.2.9 Sprinkler ........................................................................ 53
2.2.10 Exhaust Fan ................................................................. 54
2.2.11 Buzzer .......................................................................... 56
BAB III SIMULASI PERANCANGAN SISTEM DETEKSI KEBAKARAN
DAN SISTEM SPRINKLER MENGGUNAKAN SENSOR ASAP
DAN SENSOR SUHU BERBASIS PROGRAMMABLE LOGIC
CONTROLLER (PLC) SCHNEIDER TM221CE16R DAN
HUMAN MACHINE INTERFACE (HMI) PADA
SMARTHOME .............................................................................. 58
3.1 Diagram Blok ........................................................................... 58
3.1.1 Definisi Blok Diagram ..................................................... 58
3.1.1 Diagram Blok Tugas Ahir ................................................ 58
3.2 Cara Kerja Rangkaian Tiap Sistem ........................................... 63
3.2.1 Rangkaian Catu Daya ..................................................... 63
xi
3.2.2 Rangkaian PLC Schneider TM221CE16R ..................... 65
3.2.3 Rangkaian Protokol Komunikasi.................................... 67
3.2.4 Rangkaian Human Machine Interface (HMI) ................. 68
3.2.5 Rangkaian Relay............................................................. 69
3.2.6 Rangkaian Sensor Suhu (LM35) ..................................... 70
3.2.7 Rangkaian Sensor Asap .................................................. 71
3.2.8 Rangkaian Buzzer ........................................................... 72
3.2.9 Rangkaian Kipas............................................................. 73
3.2.10 Cara Kerja Sistem ......................................................... 74
BAB IV PEMBUATAN ALAT ..................................................................... 77
4.1 Pembuatan Perangkat Keras (Hardware) .................................. 78
4.1.1 Pembuatan Bagian Elektronika ....................................... 81
4.1.1.1 Perancangan Rangkaian..................................... 81
4.1.1.2 Perangkaian Komponen..................................... 82
4.1.2 Pembuatan Maket Alat ................................................... 85
4.1.3 Perakitan Modul Rangkaian pada Maket ......................... 87
4.2 Pembuatan Perangkat Lunak .................................................... 90
4.2.1 Pembuatan Flowchart ..................................................... 91
4.2.2 Pembuatan Program ........................................................ 93
4.2.2.1 Pemrograman PLC ........................................... 93
4.2.2.2 Pemrograman HMI .......................................... 97
4.2.3 Mengompilasi Program................................................... 99
4.2.4 Pengisian Program .......................................................... 100
xii
4.2.4.1 Pengisian Program Dari PLC Ke PLC .............. 100
4.2.4.2 Pengisian Program Ke HMI ............................. 101
BAB V PENGUKURAN DAN PENGUJIAN ALAT ................................ 102
5.1 Tujuan Pengujian ..................................................................... 102
5.2 Peralatan yang Digunakan ........................................................ 103
5.3 Prosedur Pengukuran Dan Pengujian ........................................... 103
5.4 Pengukuran Rangkaian ............................................................. 104
5.4.1 Rangkaian Catu Daya ..................................................... 104
5.4.2 Pengukuran PLC............................................................. 106
5.5 Pengujian Software dan Hardware ............................................ 108
5.5.1 Sistem PLC .................................................................... 108
5.5.2 Rangkaian Sensor Asap dan Sensor Suhu ....................... 110
5.5.3 Rangkaian Relay............................................................. 111
5.4.4 Pengujian Nilai Sensor Asap dan Sensor Suhu ................ 112
BAB VI PENUTUP ....................................................................................... 114
6.1 Kesimpulan .............................................................................. 114
6.2 Saran ........................................................................................ 115
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 117
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2-1 Spesifikasi IC Regulator ................................................................. 15
Tabel 4-1 Daftar Alat Pembuatan Hardware .................................................. 79
Tabel 4-2 Daftar Bahan-Bahan Pembuatan Hardware ................................... 80
Tabel 4-3 Komponen rangkaian keseluruhan .................................................. 84
Tabel 5-1 Pengukuran Hasil Catu Daya 12 VDC ............................................ 106
Tabel 5-2 Pengukuran Hasil Cata Daya 5 VDC .............................................. 106
Tabel 5-3 Hasil Pengukuran Kondisi Logika pada Port PLC ......................... 107
Tabel 5-4 Hasil pengukuran tegangan pada PLC ............................................ 110
Tabel 5-5 Hasil Pengujian Tegangan pada Rangkaian Sensor Suhu ............... 110
Tabel 5-6 Hasil Pengujian Tegangan pada Rangkaian Sensor Asap ............... 111
Tabel 5-7 Pengukuran tegangan relay ............................................................. 112
Tabel 5-8 Pengukuran nilai setting Sensor ...................................................... 113
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar (2-1) Diagram Blok Catu Daya Adaptor ........................................................ 10
Gambar (2-2) Skema Rangkaian Catu Daya ................................................................ 10
Gambar (2-3) Gelombang Keluaran Trafo Stepdown .................................................. 11
Gambar (2-4) Gelombang Keluaran Dioda .................................................................. 11
Gambar (2-5) Gelombang Keluaran Kapasitor ............................................................. 13
Gambar (2-6) Susunan Kaki dan Skematik IC Regulator ............................................. 14
Gambar (2-7) Diagram Blok PLC ................................................................................. 18
Gambar (2-8) Sebuah Blok Pengontrol Logika Terprogram ......................................... 19
Gambar (2-9) Keberadaan I/O Server pada Sistem Komunikasi PC-PLC .................... 21
Gambar (2-10) Diagram Prinsip Kerja PLC .................................................................. 22
Gambar (2-11) Contoh Instruction List ......................................................................... 23
Gambar (2-12) Contoh Ladder Diagram ...................................................................... 21
Gambar (2-13) Arsitektur TCP/IP Dalam Modul Layer ............................................... 25
Gambar (2-14) Header User Datagram Protocol (UDP) ............................................. 27
Gambar (2-15) Prinsip Kerja HMI ............................................................................... 29
Gambar (2-16) Ilustrasi Sensor...................................................................................... 32
Gambar (2-17) Sensor MQ-2 ......................................................................................... 32
Gambar (2-18) Rangkaian pada Sensor MQ-2 .............................................................. 34
Gambar (2-19) Sensor Suhu LM35 ............................................................................... 36
Gambar (2-20) Skematik Rangkaian Sensor LM35 ...................................................... 37
Gambar (2-21) Bentuk Fisik Sensor LM35 ................................................................... 38
xv
Gambar (2-22) Grafik Akurasi LM35 terhadap suhu ........................................................... 39
Gambar (2-23) Rangkaian Sensor LM35 ...................................................................... 40
Gambar (2-24) Struktur Sederhana Relay ..................................................................... 42
Gambar (2-25) Rangkaian Dasar Relay......................................................................... 42
Gambar (2-26) Konstruksi Relai pada Posisi NC .......................................................... 43
Gambar (2-27) Konstruksi Relai pada Posisi No. ......................................................... 44
Gambar (2-28) Simbol Relay ........................................................................................ 45
Gambar (2-29) Jenis-jenis relay .................................................................................... 46
Gambar (2-30) Relay Single Pole Single Throw ........................................................... 46
Gambar (2-31) Relay Double Pole Single Throw ......................................................... 47
Gambar (2-32) Relay Single Pole Double Throw ................................................................. 47
Gambar (2-33) Relay Double Pole Double Throw ........................................................ 48
Gambar (2-34) Contoh kontruksi relay ......................................................................... 50
Gambar (2-35) Dasar Polaritas Transistor ..................................................................... 51
Gambar (2-36) Pompa Air Akuarium ............................................................................ 53
Gambar (2-37) Sprinkler ............................................................................................... 54
Gambar (2-38) Exhaust fan ........................................................................................... 55
Gambar (2-39) a) Buzzer dan penampang lempengan dalam b) Simbol Buzzzer ......... 57
Gambar (3-1) Struktur Dasar Diagram Blok ................................................................ 58
Gambar (3-2) Rangkaian Diagram Blok Keseluruhan ................................................. 59
Gambar (3-3) Flowchart Alur Sistem ........................................................................... 61
Gambar (3-4) Blok Diagram Catu Daya........................................................................ 63
xvi
Gambar (3-5) Rangkaian Catu Daya ............................................................................. 64
Gambar (3-6) Rangkaian PLC ....................................................................................... 66
Gambar (3-7) Penyambungan Rangkaian PLC ............................................................. 67
Gambar (3-8) Hubungan Komunikasi PLC HMI ................................................ 68
Gambar (3-9) Blok diagram penyambungan PLC dan HMI ......................................... 68
Gambar (3-10) Rangkaian Relay ................................................................................... 69
Gambar (3-11) Rangkaian Sensor Suhu (LM35) ......................................................... 70
Gambar (3-12) Rangkaian Sensor Asap (MQ2) ............................................................ 71
Gambar (3-13) Rangkaian Buzzer ................................................................................. 72
Gambar (3-14) Rangkaian Kipas ................................................................................... 73
Gambar (3-15) Rangkaian Keseluruhan dari Sistem ..................................................... 75
Gambar (4-1) Gambar skema rangkaian dengan Proteus8 ............................................ 82
Gambar (4-2) Pemasangan kabel pada kaki Sensor MQ2 ............................................. 83
Gambar (4-3) Pemasangan kabel pada kaki Sensor LM35 ........................................... 83
Gambar (4-4) Sketsa Mekanik ....................................................................................... 85
Gambar (4-5) Proses Perakitan ...................................................................................... 86
Gambar (4-6) Pembuatan Atap Rumah ......................................................................... 86
Gambar (4-7) Pembuatan Kerangka Keseluruhan ......................................................... 87
Gambar (4-8) Pemasangan Sensor dan Sprinkler pada Rumah ..................................... 87
Gambar (4-9) Pemasangan Pipa Pompa Air .................................................................. 88
Gambar (4-10) Pemasangan Relay ................................................................................ 88
Gambar (4-11) Pemasangan kipas ................................................................................. 89
Gambar (4-12) Keseluruhan sistem ............................................................................... 89
xvii
Gambar (4-13) Flowchart Sistem .................................................................................. 92
Gambar (4-14) Software SoMachine Basic ................................................................... 93
Gambar (4-15) Menu “Projects”.................................................................................... 93
Gambar (4-16) Halaman “Congfiguration” ................................................................... 94
Gambar (4-17) Halaman “Programming” ..................................................................... 94
Gambar (4-18) a Ladder Diagram Program PLC .......................................................... 96
Gambar (4-19) Softwrae Vijeo Disigner ....................................................................... 97
Gambar (4-20) Windows Position ................................................................................. 98
Gambar (4-21) Menu Tab “Taget1-Panel1-Language1” ............................................... 98
Gambar (4-22) Disain Program ..................................................................................... 99
Gambar (4-23) “Compile” Program .............................................................................. 99
Gambar (4-24) Cara pengisian program ...................................................................... 100
Gambar (4-25) Contoh Pengaturan “Variable” pada Toolcheast ................................ 101
Gambar (5-1) Catu Daya ............................................................................................. 105
Gambar (5-2) Pengukuran PLC ................................................................................... 107
Gambar (5-3) Pengukuran (Q0.1) PLC ...................................................................... 108
Gambar (5-4) Pengukuran (Q0.2) PLC ...................................................................... 109
Gambar (5-4) Pengukuran (Q0.3) PLC ...................................................................... 109
xviii
ABSTRAK
Kemajuan teknologi saat ini menuntut hampir semua alat-alat keperluan sehari-
hari tidak terlepas dari kebutuhan listrik, mulai dari alat-alat kerja sampai
perabotan rumah tangga. Kondisi ini mengakibatkan rentan sekali terjadi
kebakaran pada rumah. Salah satu indikasi terjadinya suatu kebakaran pada rumah
ditandai dengan adanya asap dan perubahan suhu pada ruangan. Perubahan suhu
ruangan yang berubah dan dapat memicu kebakaran adalah sebesar >45ºC. Untuk
mengetahui kepekatan asap dan perubahan suhu pada ruangan maka digunakan
sensor. Sensor merupakan sebuah komponen penting yang digunakan untuk
mendeteksi suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa
dengan rangkaian listrik tertentu. Pada Tugas Akhir ini penyusun menggunakan
sensor asap MQ-2 dan sensor suhu LM35 sebagai indikator terjadinya kebakaran.
Sensor asap dan sensor suhu berfungsi untuk mengubah besaran konsentrasi asap
dan suhu menjadi besaran-besaran listrik yang kemudian dihubungkan pada
Programmable Logic Controller (PLC) sebagai prosessor sistem. Dalam sistem
ini inputan dari sensor asap dan sensor suhu akan diolah menjadi bentuk sinyal
dan akan menghasilkan keluaran dari sensor asap berupa buzzer dan kipas. Kipas
berfungsi sebagai penghisap asap yang terdapat pada ruangan, saat ruangan sudah
bersih dari adanya asap maka otomatis buzzer dan kipas akan mati. Sedangkan
apabila asap terlalu pekat dan mengakibatkan suhu di ruangan berubah menjadi
>47ºC, maka PLC akan memproses inputan sensor suhu dan akan memberikan
keluaran berupa pompa air dan springkler sebagai upaya pemadam kebakaran
pada rumah secara dini.
Kata kunci: Sensor Asap, Sensor Suhu, PLC, Pompa Air, Kipas,
xix
ABSTRACT
Current technological advances demand that almost all of the daily necessities
are inseparable from electricity needs, ranging from work tools to household
furniture. This condition results in the vulnerability of a house fire. One indication
of a fire at home is marked by smoke and temperature changes in the room.
Changes in room temperature that change and can trigger a fire is> 45ºC. To
determine the density of smoke and changes in temperature in the room, sensors
are used. The sensor is an important component that is used to detect a physical
quantity into an electrical quantity so that it can be analyzed with certain
electrical circuits. In this Final Project the compiler uses MQ-2 smoke sensor and
LM35 temperature sensor as an indicator of fire. Smoke sensor and temperature
sensor function to change the amount of smoke and temperature concentration
into electrical quantities which are then connected to the Programmable Logic
Controller (PLC) as a system processor. In this system input from the smoke
sensor and temperature sensor will be processed into a signal form and will
produce output from the smoke sensor in the form of buzzer and fan. The fan
functions as a smoke absorber in the room, when the room is clean from smoke,
the buzzer and fan will automatically die. Whereas if the smoke is too thick and
causes the temperature in the room to change to> 47ºC, the PLC will process the
input of the temperature sensor and will provide output in the form of a water
pump and sprinkler as an effort to fire the house early.
Keywords: Smoke Sensor, Temperature Sensor, PLC, Water Pump, Fan