sistem pemantauan pembangkit listrik...

Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya

Sabtu, 21 November 2015

Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor

FI-41

SISTEM PEMANTAUAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLER DAN WEBSITE

AYUB SUBANDI*, DAUD JHONI

Prodi Sistem Komputer, Jurusan Teknik Komputer Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, Universitas Komputer Indonesia

Jl. Dipati Ukur no 112-116, Bandung 40132

Abstrak. Proses pemantauan pembangkit listrik tenaga angin biasanya dilakukan oleh operator secara manual, dengan cara mencatat besaran nilai tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan oleh generator. Proses pemantauan secara langsung seperti ini memerlukan usaha yang besar, serta data yang didapatkan tidak akurat karena pengambilan setiap data cukup lama. Dengan memanfaatkan Internet of Things (IoT) yaitu sebuah konsep untuk memperluas konektivitas dari alat kontroler dengan internet maka data bisa dipantau terus menerus. Proses pengukuran parameter listrik yang dihasilkan dari generator menggunakan sensor tegangan, sensor arus dan sensor rotary encoder sebagai pencatat nilai kecepatan putaran generator. Untuk dapat terhubung ke internet (web server/hosting), mikrokontroler terhubung ke ethernet serta router yang mempunyai konektivitas internet, sebagai pengirim data dari mikrokontroler ke internet. Berdasarkan hasil pengukuran sensor tegangan mempunyai toleransi pengukuran sebesar 3,8%, sensor arus dengan beban beragam mempunyai toleransi 10,6% serta sensor rotary encoder mempunyai pengukuran akurat. Pengiriman data antara mikrokontroler dengan server berhasil ditampilkan pada website. Antarmuka website untuk memantau jarak jauh menampilkan data saat ini, data history, dan grafik. Proses pemantauan bisa dilakukan disembarang tempat, tanpa terbatas jarak dengan data yang dihasilkan dapat di pantau tiap waktu.

Kata kunci : Internet of Things (IoT), rotary encoder, hosting, mikrokontroler, website

Abstract. Process monitoring of wind power plants is usually carried out by the

operator manually, by recording the amount of the value of voltage, current, and power

generated by the generator. Direct monitoring process like this requires a great effort,

and the data obtained is not accurate because each data capture long enough. By

utilizing the Internet of Things (IOT) is a concept to extend the connectivity of the

device controller to the Internet, the data can be monitored continuously. The process of

measuring electrical parameters generated from the generator using a voltage sensor, a

current sensor and sensor rotary encoder as scorekeeper generator rotation speed. To be

able to connect to the internet (web server / hosting), the microcontroller is connected to

a router which has ethernet and internet connectivity, as the sender of the data from the

microcontroller to the internet. Based on the results of the measurement of the voltage

sensor has a measurement tolerance of 3.8%, the load current sensors with a variety of

well-tolerated 10.6% and rotary encoder sensors have an accurate measurement. The

data transmission between the microcontroller with the server successfully displayed on

the website. Website interface to remotely monitor displays the current data, history

data, and graphs. The monitoring process can be done anyplace, without being limited

to the distance with the resulting data can be monitored over time.

Keywords : Internet of Things (IoT), rotary encoder, hosting, microcontroller, website

* email : [email protected]

FI-42 Ayub Subandi, Daud Jhoni

1. Pendahuluan

Fungsi kincir angin sebagai penghasil listrik tentu diharapkan dapat beroperasi secara terus-menerus agar pasokan listrik selalu tersedia. Sehingga kincir angin perlu dipantau atau diamati performanya. Pemantauan dilakukan pada parameter pembangkit yang dihasilkan, yaitu tegangan, arus, daya dan kecepatan putaran kincir angin. Agar proses pemantauan kincir angin menjadi mudah, cepat dan akurat maka diperlukan suatu aplikasi yang realtime, tidak terbatas tempat dan waktu. Solusi terbaik adalah membuat sistem pemantauan kincir angin menggunakan aplikasi web dengan keuntungan lebih murah juga lebih efisien.

Gambar 1. Maksud dan Tujuan Penelitian

Maksud dari penelitian ini adalah merancang suatu sistem yang mampu mengakuisisi data parameter dari pembangkit listrik tanpa terbatas tempat waktu, serta dapat berjalan secara realtime untuk memudahkan operator dalam bekerja.

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk monitoring parameter pembangkit listrik tenaga angin berupa arus, tegangan, daya dan kecepatan putaran kincir angin dengan menggunakan mikrokontroler yang terintegrasi dengan website sebagai antarmuka dan menggunakan database mysql dan datalogger sebagai media penyimpanan data.

2. Metode Penelitian

Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit untuk menghasilkan

listrik dengan memanfaatkan kinetik dari angin dengan menggunakan turbin angin.

Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi

merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin

merupakan salah satu energi yang tidak terbatas di alam. Untuk membuat sistem pemantauan pembangkit, dibutuhkan sensor-sensor untuk membaca parameter listrik yang dihasilkan, beserta dengan alat pendukung lain sehingga kincir angin dapat terhubung ke internet (website). Sensor Arus

Sensor arus digunakan untuk mengukur besar arus yang dihasilkan oleh generator

seperti diperlihatkan pada gambar 2. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator

akan dibaca secara analog oleh sensor arus, kemudian mikrokontroler akan

membaca data analog tersebut dan mengkonversikan dalam data digital, sehingga

data digital tersebut dapat dikirim dan ditampilkan pada halaman website.

Sistem Pemantauan Pembangkit Listrik Tenaga Angin Berbasis .............. FI-43

Gambar 2. rangkaian dan modul sensor arus

Sensor Tegangan

Konsep dari sensor tegangan ini menggunakan pembagi tegangan, sehingga

besarnya tegangan dapat dibatasi dan dibaca oleh analog mikrokontroler. Sensor

tegangan menggunakan beberapa resistor sebagai pembagi tegangan dan satu

resistor sebagai beban untuk penstabil nilai tegangan keluaran. Rangkaian sensor

tegangan diperlihatkan pada gambar 3 di bawah.

Gambar 3. Skema Pembagi tegangan

Untuk mencari nilai tegangan keluaran (Vout) untuk masukan mikrokontroler

menggunakan rumus:

Gambar 4. Modul Sensor Tegangan


Sensor Rotasi

Sensor RPM dibutuhkan untuk mengukur kecepatan putaran kincir angin. Sensor

ini menggunakan rotary encoder dengan dibuat dalam bentuk optocoupler yang

dipadukan dengan komponen lain seperti resistor, kapasitor dan op-amp sebagai

penguat sinyal.

Rangkaian penggerak (driver) optocoupler haruslah terdiri dari dua bagian:

Sumber tegangan untuk menyalakan LED-IR dan rangkaian pengkondisi sinyal

untuk membaca data keluaran dari phototransistor.

Gambar 5. konfigurasi dan modul sensor RPM

Ethernet

Ethernet umumnya merupakan alat komunikasi data dan pemrosesan sinyal

untuk jaringan komputer. Pada penelitian ini digunakan untuk menghubungkan

antara mikrokontroler dengan internet. Ethernet merupakan teknologi jaringan

yang menggunakan metode transmisi Baseband yang mengirim sinyalnya secara

serial 1 bit pada satu waktu. Ethernet beroperasi dalam mode half-duplex, yang

berarti setiap station dapat menerima atau mengirim data, tetapi tidak dapat

melakukan keduanya secara bersamaan.

Gambar 6. Ethernet shield

Router

Router merupakan perangkat jaringan yang berfungsi sebagai penyaring atau filter

lalu lintas data. Penyaringan dilakukan dengan menggunakan protocol TCP/IP.

Router pada dasarnya merupakan piranti pembagi jaringan secara logikal bukan

fisikal. Dengan adanya router maka sebuah protocol dapat di-sharing kepada


perangkat jaringan lain. Berfungsi agar data sampai ke tempat tujuan pada alamat

jaringan yang dikehendaki. Router digunakan untuk menghubungkan jaringan

intranet (lokal) ke jaringan internet.

Client – Server

Pada penelitian ini perancangan menggunakan metode client sever, client server

merupakan sebuah bentuk arsitektur jaringan komputer yang terdiri dari komputer

client dan komputer server. Mikrokontroler bertindak sebagai client, yang

bertugas mengirim request dan kirim data ke server (hosting). Data – data tersebut

akan disimpan dalam database server, kemudian ditampilkan di halaman website

sebagai antarmuka antara mikrokontroler dengan user. Perancangan Perangkat Keras Sistem yang dibuat diperlihatkan pada gambar diagram blok di bawah.

Gambar 7. Diagram blok perangkat keras

Mikrokontroler akan membaca data sensor (arus, tegangan, dan kecepatan kincir) yang berbentuk data analog, data tersebut akan dikonversi menjadi data digital. Setelah data digital tersedia maka data disimpan pada datalogger sebagai tempat penyimpanan cadangan jika koneksi terputus dengan database website. Data–data tersebut juga ditampilkan pada layar LCD sebagai media informasi untuk user. Setelah data disimpan pada microSD, data juga diteruskan ke Ethernet untuk di kirim ke server melalui router dan modem. Setelah data tersimpan pada database server maka data tersebut dapat diakses oleh user. Jika terjadi kerusakan maka kamera IP dapat diaktifkan.

Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak digunakan untuk menjebatani antara perangkat yang lain dengan

mikrokontroler dalam bentuk program. Pada diagram alir program utama


berisikan tentang garis besar hal yang dikerjakan mikrokontroler sebagai pusat

pengontrol. Algoritma pada diagram alir seperti pada gambar 8a adalah algoritma

utama untuk melakukan proses pemantauan kincir angin, sehingga sistem dapat

berjalan dengan baik.

Kirim Data Ke Datalogger

Selesai

Mulai

Data diterimaTidak

Ya

Inisialisasi Sensor arus,

sensor tegangan, sensor RPM

Baca Data Sensor Arus

Baca Data Sensor Tegangan

Baca Data RPMKirim Pesan Eror

Ke website

Kirim Data Ke web server

Tampilkan Data di website

Delay 3 DetikTidakYa

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

Mulai

Tidak Ya

A

B

C

D

E

F

G

H

I

Value = (sampling * 5) / 1023

Inisialisasi Register, variabel

Aktual = value – 2.5

Arus = aktual * 1000

Kirim nilai arus

Delay 1 detik

stop

Sampling data

Arus = arus / 1000

Gambar 8. Diagram alir program : a. utama dan b. baca sensor arus

Prosedur baca data sensor arus yaitu, pada awalnya melakukan sampling data

analog sebanyak 150 kali agar data yang didapat stabil, lalu Menghitung nilai

value dengan perhitungan (sampling *5) / 1023, Menghitung nilai aktual dengan

perhitungan: value dikurangi nilai tegangan referensi (2.5V). Menghitung nilai

arus yang sebenarnya dengan mengkalikan nilai aktual dengan 1000 (arus = aktual

* 1000). Karena data dalam besaran ribuan, maka dilakukan pembagian 1000 agar

menjadi satuan ampere (A). Diagram Alir Membaca Sensor Tegangan

Nilai tegangan dari generator akan dibaca oleh sensor, dan nilai pembacaan

tersebut akan dilakukan perhitungan agar nilainya dapat terbaca oleh user sebagai

data digital.


Mulai

TidakYa

A

B

C

D

E

F

Inisialisasi R1 R2

Vout = value / (R2/(R1+R2))

Tampilkan nilai tegangan

Sudah 1 detik

stop

Sampling data

Value = (sampling * 5)/1023

Vout < 0,2

Vout = 0,00

Ya

Tidak

G

H

I

J

Gambar 9. Diagram alir prosedur baca sensor tegangan

3. Hasil dan Pembahasan

Perancangan kotak kontroler menggunakan bahan plastik keras yang dibentuk

persegi dengan ketebalan ± 5 mm seperti diperlihatkan pada gambar 10.

Gambar 10 kontroler tanpak samping

Dimensi rancangan kontroler :

Panjang : 150 mm

Lebar : 96 mm

Tinggi : 50 mm

Berat : 300 gr


Pengujian Perangkat Keras

Pengujian perangkat keras dilakukan terhadap semua sensor yang dibutuhkan

dalam penelitian, yaitu :

Pengujian sensor tegangan

Sensor tegangan merupakan sensor yang penting untuk di uji, karena pembacaan

sensor akan mempengaruhi keakuratan sensor tersebut membaca nilai tegangan

yang dihasilkan kincir angin.

Tabel 1 Pengujian Sensor Tegangan

Data ke- Multimeter

(V)

Sensor

(V) Eror (%)

1 20,51 20,67 0,8

2 21,33 21,42 0,4

3 22,31 22,60 1,3

4 23,25 23,51 1,1

5 24,34 24,80 1,9

6 25,55 25,77 0,9

7 26,36 26,76 1,5

8 27,95 28,40 1,6

9 29.05 29,53 1,6

10 29,93 30,44 1,7

Nilai eror rata – rata pada percobaan ini adalah ± 1,7 %. Untuk mempermudah

pembacaan tabel dibuat garfik hasil pengujian sensor tegangan.

Gambar 11. grafik pengujian sensor tegangan

Pengujian sensor arus

Sensor arus menggunakan modul ACS712 dengan maksimum pembacaan arus 5A,

sensor arus penting untuk di uji, karena pembacaan sensor akan mempengaruhi

keakuratan sensor tersebut membaca nilai arus yang dihasilkan generator kincir

angin. Pengujian dilakukan dengan berbagai beban dan sumber tegangan,

perbandingan dilakukan dengan pembacaan arus di multimeter serta tegangan di

multimeter.

0

10

20

30

1 5 9 13 17 21 25 29

multimeter

sensor


Tabel 2 Pengujian Sensor Arus

No Sensor (A) Multimeter (A) Eror (%)

1 1,28 1,30 -1,53

2 0,26 0,25 4,00

3 1,31 1,35 -2,96

4 1,39 1,37 1,45

5 0,95 0,92 3,26

6 1,45 1,55 -6,45

7 1,58 1,55 1,93

8 1,45 1,52 -4,60

9 1,83 1,77 3,38

10 1,75 1,72 1,74

Dari percobaan yang dilakukan dengan berbagai beban dan sumber tegangan dan

beban didapatkan perbedaan antara pengukuran sensor dengan pengukuran

multimeter rata – rata sebesar ± 3 %. Grafik dapat dilihat pada gambar 19.

Gambar 12. grafik pengujian sensor arus

Pengujian sensor RPM

Sensor RPM menggunakan modul optocoupler sebagai pembacaan kecepatan

putaran. Sensor ini penting untuk di uji, untuk mengetahui unjuk kerjanya. Hasil

pengujian skala laboratorium diperlihatkan di table 3.

Tabel 3 Pengujian Sensor RPM

0

2

4

6

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

sensor multimeter

No Sensor RPM Tachometer

1 1650 1655

2 1588 1590

3 1458 1455

4 1425 1422

5 1230 1233

6 1125 1120

7 1275 1277

8 2340 2347

9 2450 2453

10 3450 4320


Pada percobaan yang telah dilakukan terhadap sensor, hasil pengukuran akurat

mendekati tachometer. namun mikrokontroler mempunyai batasan pembacaan

kecepatan yaitu tidak lebih dari 3500 rps (rotasi per second) seperti pada data ke-

10. Pembacaan sensor 3450 rps sedangkan tachometer 4320 rps. Hal ini karena

mikrokontroler hanya mempunyai 10 bit konversi data, sedangkan data yang

masuk melebihi 10 bit data.

Gambar 13. grafik pengujian RPM

Pengujian Lapangan

Pengujian lapangan dilakukan dengan menggunakan generator kapasitas 100 Volt

dan panjang bilah 1,5m. Untuk mengukur arus yang dihasilkan maka ditambahkan

beban pada generator berupa beberapa resistor yang dirangkai secara pararel,

Gambar 14. beban pengujian

Pengujian dilakukan di daerah persawahan Gedebage, Bandung, seperti tampak

pada gambar 15.

Gambar 15. Pengujian Lapangan

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 5 9 13 17 21 25 29

Tachometer

Sensor


Hasil pengujian di lapangan diperlihatkan pada tabel 4.

Tabel 4 Pengujian lapangan

Data

ke-

Tegangan

(V)

Arus

(A)

Daya

(W)

Kecepatan putaran

(RPM)

1 12.29 6.32 77.64 225

2 9.81 5.81 56.98 120

3 12.07 7.05 85.07 225

4 17.23 9.36 161.20 255

5 12.83 8.72 131.51 225

6 12.83 8.14 104.35 150

7 14.38 7.03 101.11 135

8 10.24 4.95 50.69 135

9 9.97 5.80 57.84 105

10 7.02 3.67 25.76 120

Pada data ke-1,3,4 dan 5 kecepatan sama tetapi nilai tegangan berbeda, karena

efek dari sinar matahari yang mengenai sensor sehingga sensor tidak bekerja

dengan baik.

4. Kesimpulan

Berdasarkan hasil pengujian yang dilalukan pada penelitian ini, baik di

laboratorium atau di lapangan, dapat di simpulkan bahwa :

1. Pengiriman data antara mikrokontroler dengan web server berhasil

terkirim dan tampil di antarmuka web.

2. Sensor dapat membaca nilai arus, tegangan, dan kecepatan putaran kincir

angin dengan baik dan data dapat dikirim serta ditampilkan di halaman

website.

3. Pengujian sensor tegangan berhasil dilakukan. Sensor tegangan memiliki

eror 3,807%, artinya jika sensor mengukur tegangan 100V, sensor

memiliki toleransi sebesar ±3,8V. maka nilai yang terbaca oleh sensor

adalah 103,8V.

4. Pengujian sensor arus berhasil dilakukan.Sensor arus memiliki eror

10,67%, nilai toleransi sensor arus ini juga cukup besar.

5. Pengujian sensor RPM berhasil dilakukan, data yang didapat akurat.

Ucapan terima kasih

Ucapan terima kasih kepada Direktorat Penelitian Pengabdian Kepada Masyarakat Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan atas dana hibah Penelitian Dosen Pemula tahun anggaran 2015. Dengan bantuan dana tersebut penulis bisa melakukan penelitian.


DaftarPustaka

1. Budianto, A., Muhyidin Farid, M., &Sukarman, Monitoring Dan Kontrol Suhu Menggunakan Modul Jaringan Nm7010a-Lf, Seminar Nasional V, Yogyakarta: SDM Teknologi Nuklir, 2009.

2. Fachrurrozi, I, Perancangan Sistem Monitoring Dan Optimasi Berbasis Labview Pada Pembangkit Listrik Tenaga Surya Dan Angin, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, 2013.

3. Forouzan, Behrouz A, Data Communications and Networking, 4th Edition, McGraw Hill, 2007.

4. Syahrul, Mikrokontroler AVR ATMEGA8535: Menjelajahi Prinsip-prinsip, Antarmuka, dan Aplikasi Mikrokontroler dengan Assembler , 1st Edition, Informatika, 2012.

5. Tocci, R. J., dan Widmer, S. N., Digital systems principles and applications, 8th Edition, Prentice Hall, 2002.

6. Sunardi, J., Sutanto., Eko Prihantono, S, Rancang Bangun Antarmuka Mikrokontroler Atmega32 Dengan Multimedia Card, Elektronika Instrumentasi, Jurusan Teknofisika Nuklir, STTN-BATAN, 2009.

7. Subkhi Sa’dullah, M, Rancang Bangun Sistem Monitoring Kelajuan Dan Arah Angin Menggunakan Mikrokontroller Dan Wifi, Universitas Dipenogoro, Semarang, 2009.

sistem pemantauan pembangkit listrik...

Documents