DESAIN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE SISTEM MONITORING DAN KENDALI PEMANFAATAN ENERGI LISTRIK UNTUK PENGISIAN KARTU PENGGUNAAN ENERGI

ISSN 1978 - 2365 Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : 81- 88

DESAIN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE SISTEM MONITORING DAN KENDALI PEMANFAATAN ENERGI LISTRIK UNTUK PENGISIAN KARTU PENGGUNAAN ENERGI Khalif Ahadi, Endang Lestari, Dedi Suntoro Pusat Penelitian dan Pengembangan Teknologi Ketenagalistrikan dan Energi Baru Terbarukan Jl. Ciledug Raya Kav. 109 Telp.(021)7203530, Cipulir Kebayoran Lama, Jakarta Selatan [email protected], [email protected]

ABSTRAK Terbitnya Peraturan Menteri ESDM Nomor 0031 Tahun 2005 mengisyaratkan adanya pemantauan pemanfaatan energi listrik pada bangunan komersial dan gedung perkantoran sebagai langkah konservasi energi. Manajemen energi dapat terlaksana dengan baik apabila sistem pemantauan data pemakaian energi dilakukan dengan rapi dan selalu tersedia setiap saat. Dengan mengacu pada pembagian jenis beban sesuai Kartu Penggunaan Energi pada lampiran peraturan menteri tersebut, dilakukan perancangan dan pembuatan suatu prototipe sistem monitoring pemakaian energi listrik sederhana yang diharapkan dapat diterapkan untuk mendukung manajemen energi listrik. Perancangan sistem dilakukan dengan mengacu pada beberapa literatur mengenai mikrokontroler, komunikasi data dengan komputer serta pengkondisi sinyal untuk pencuplikan tegangan dan arus. Hasil pengujian sistem telah menunjukkan hasil seperti yang diharapkan sehingga dapat digunakan untuk pemantauan pemakaian listrik dan mengisi Kartu Penggunaan Energi, namun pengujian dan kalibrasi menggunakan peralatan standar masih harus dilakukan. Kata kunci: aplikasi mikrokontroler, sistem monitoring pemakaian energi listrik.

ABSTRACT According to the Minister of Energy and Mineral Resources regulation No.0031/2005, a monitoring of energy consumption in office and commercial buildings is one of the energy conservation implementation. A proper energy management can be achieved if the monitoring system of energy consumption data is well arranged and available at anytime. Based on load distribution on the energy utilization card on that regulation, design and development of simple power utilization monitoring system was conducted, which is expected to be well applied to support power utilization management. The design refers to literatures of microcontroller, data communication with computer and signal conditioning of sampling voltage and current. Test result of the system has give result as expected so this system can be used to monitor the power utilization to fill the energy utilization card but further test and calibration have to be performed. Keywords: Microcontroller applications, power utilization monitoring system.

PENDAHULUAN Terbitnya Peraturan Menteri ESDM No. 0031 Tahun 2005 sebagai penjelasan dari INPRES No. 10 Tahun 2005 yang digantikan

oleh

INPRES

mengisyaratkan

No. harus

2

Tahun

adanya

2008

pemantauan

pemanfaatan energi listrik pada bangunan komersial dan gedung perkantoran sebagai

81

Ketenagalistrikan Dan Energi Terbarukan, Vol. 9 No. 2 Desember 2010 : 81 - 88

82 132 132

langkah konservasi energi. Saat ini masih banyak bangunan komersial dan perkantoran yang belum menerapkan manajemen energi yang baik. Tujuan dari manajemen energi adalah untuk dapat melakukan pemantauan secara

berkelanjutan

terhadap

pemakaian

Gambar 1. Format tabel pemantauan pemakaian listrik pada Kartu Penggunaan Energi [1]

energi sehingga tingkat pemborosan dapat Dengan mengacu pada pembagian beban

dikurangi. Manajemen energi dapat terlaksana dengan baik apabila sistem pemantauan data pemakaian energi dilakukan dengan rapi dan

sesuai dengan peraturan menteri tersebut, dilakukan perancangan, pembuatan, percobaan dan

selalu tersedia setiap saat.

modifikasi

suatu

prototipe

sistem

monitoring pemakaian energi listrik yang lebih Pemantauan pemakaian energi listrik

sederhana dan diharapkan dapat diterapkan

dapat dilakukan secara manual oleh operator

untuk mendukung manajemen energi listrik

menggunakan peralatan sederhana seperti kWh

terutama

meter dan power quality analyzer yang

pemerintah.

di

gedung

perkantoran

milik

dipasang sesuai pembagian jenis beban dan dilakukan pencatatan secara berkala. Beberapa

METODOLOGI

pabrikan internasional telah membuat sistem Perancangan sistem dilakukan dengan

pemantauan pemakaian energi yang sangat komplek sehingga memerlukan biaya yang sangat mahal dan diperlukan pelatihan khusus untuk instalasi dan mengoperasikannya. Halhal

tersebut

mengakibatkan

keengganan

berbagai pihak di Indonesia untuk melakukan pemantauan pemakaian energi listrik. Pada Gambar 1 tampak contoh kartu

mengacu pada beberapa literatur mengenai rangkaian

mikrokontroler,

pencuplikan

tegangan dan arus listrik beserta pengkondisi sinyal menggunakan op-amp. Langkah-langkah yang

dilakukan

dalam

perancangan

ini

diantaranya adalah: Pengumpulan informasi dan literatur

pemantauan pemakaian listrik yang tercantum

Perancangan sistem dan blok rangkaian

di dalam Lampiran Peraturan Menteri ESDM

Simulasi tiap blok rangkaian

No 0031 Tahun 2005. Pada tabel tersebut

Perancangan

tampak pemisahan pemakaian energi listrik

Circuit Board (PCB)

(kWh) yang didasarkan pada 3 jenis beban,

Pemrograman

yaitu:

mikrokontroler dan komputer

dan

pembuatan

perangkat

lunak

Printed

untuk

Pengkondisi udara (AC)

Penyolderan dan assembling tiap blok

Lampu penerangan

rangkaian

Peralatan lain

Uji coba tiap blok rangkaian Diskusi dengan berbagai pihak.

Desain Dan Pembuatan Prototipe Sistem Monitoring Dan Kendali Pemanfaatan Energi Listrik Untuk Pengisian Kartu Penggunaan Energi

83 132

132 clock) untuk membantu penghitungan kWh

setiap bulan. Sedangkan untuk penyimpanan

HASIL DAN PEMBAHASAN Sistem ini terdiri dari beberapa bagian, namun komponen utama dari sistem ini adalah mikrokontroler. Dalam sebuah mikrokontroler tergabung CPU (central processing unit), dua

data sementara digunakan RAM (random access memory) tambahan. Pada Gambar 2, dapat dilihat blok diagram sistem secara keseluruhan.

macam memory (RAM dan ROM), port I/O (input/output), status mode, register-register data, dan random logic yang digunakan untuk pergantian fungsi peripheral. Semua bagian dihubungkan dengan data bus 8 bit yang terdapat di dalam chip[2]. Data bus ini mempunyai penahan (latch) pada seluruh port I/O, sehingga pengembangan di luar chip dapat dilakukan dengan lebih mudah. Pada CPU dilakukan semua operasi logika, aritmetika, pembacaan program dan mengeksekusi setiap instruksi yang tersimpan di dalam memori. Elemen utamanya adalah ALU (aritmetic logic unit) 8 bit yang digabungkan dengan register A (accumulator), register B, PSW (program

V 1-3 I 1-3 PF 1 - PF 3 MUX ADC µC 1 - µC 4 RTC RAM KEY SCAN LCD CONVERTER PC L1 - L3

status word) dan PC (program counter) 16 bit, serta DPTR (data pointer) register pointer 16 bit [3].

: Pengkondisi sinyal untuk sensor tegangan : Pengkondisi sinyal untuk sensor arus : Pengkondisi sinyal untuk faktor daya : Multiplexer analog : Konverter sinyal analog ke data digital : Mikrokontroler : Real Time Clock : Penyimpan data sementara : Keypad : Sistem untuk scanning keypad : Tampilan : Konverter data serial 232-485 : Komputer : Jalur beban

Gambar 2. Diagram Blok Sistem Karena

menggunakan

mikrokontroler

AVR ATMega 8535 sebagai mikrokontroler Digunakan 4 buah mikrokontroler untuk

utama (μC 4) maka komponen multiplekser

pembuatan sistem ini karena diperlukan jalur

(MUX) dan analog to digital converter (ADC)

interrupt

untuk

dengan resolusi 10 bit dan waktu konversi yang

mendeteksi beda fasa antara arus dan tegangan

cukup singkat (65-260 μs)[4] tidak berdiri

sebagai

sendiri

pada

dasar

mikrokontroler

perhitungan

faktor

daya,

melainkan

berada

di

dalam

sehingga untuk masing-masing jalur beban

mikrokontroler utama. Hal ini memudahkan

digunakan 1 buah mikrokontroler. Sedangkan

pembuatan alat dimana keluaran dari seluruh

moikrokontroler

utama

pengkondisi sinyal yang berjumlah 6 buah

pengolah

Pencuplikan

data.

digunakan

sebagai pada

dapat dihubungkan ke kaki-kaki mikrokontroler

dilakukan

tersebut. Sedangkan untuk komunikasi data

menggunakan sensor arus dan trafo tegangan.

dari sistem ke perangkat komputer, digunakan

Selain itu digunakan komponen RTC (real time

jalur serial dengan standar ANSI (American

masing-masing

jalur

beban

sinyal


84 132 132 National

Standards

Institute)

Telecommunications

Industry

Association/Electronic Industries Alliance (TIA/EIA) tegangan

RS485 diferensial

yang

menggunakan

sehingga

mampu

mengantarkan data lebih jauh dan tahan terhadap gangguan jika dibandingkan RS232. Untuk

itu

digunakan

’converter’

untuk

mengubah sinyal RS485 ke RS232 karena pada

Gambar 4. Tampilan perangkat lunak pada komputer

komputer hanya tersedia jalur serial dengan standar RS232.

Program untuk mikrokontroler pada tiap jalur beban dibangun dengan menggunakan bahasa assembler dan di-compile menggunakan 8051 Macro Assembler versi 4.03c, kemudian di-link menggunakan Linker versi 4.03b yang diproduksi oleh 2500 A.D. Software, Inc. Sedangkan untuk mikrokontroler utama yang menggunakan AVR ATMega 8535 digunakan CodeWizardAVR v1.24 Standard Automatic Program Generator produksi HP InfoTech s.r.l. yang berbasis pada bahasa C [5]. Untuk pengendalian pemakaian energi

Single Line Diagram Sebelum Pemasangan Alat

Single Line Diagram Sesudah Pemasangan Alat

listrik, hanya digunakan suatu relai jenis solid state relay. Pengendalian ini dimaksudkan

Gambar 3. Diagram blok pemasangan sistem pada panel distribusi Pemantauan pemakaian energi listrik menggunakan

sistem

monitoring

ini

direncanakan dilakukan pada setiap cabang

untuk

Perangkat lunak sebagai interface pada

kelalaian

pengguna

ruangan. Misalnya, jika jam kantor telah lewat dan tidak ada yang lembur, maka setiap jalur beban dapat dimatikan dari komputer operator tanpa harus masuk ke tiap ruangan.

jalur beban pada panel distribusi seperti yang tampak pada Gambar 3.

menghindari

Proses ujicoba dilakukan bertahap untuk setiap modul. Pada Gambar 5 tampak ujicoba salah

satu

modul

yang

penting

yaitu

komputer untuk monitoring dan kendali ini

pengkondisi sinyal dari sensor arus dan trafo

dibuat menggunakan bahasa pemrograman

tegangan.

Borland Delphi yang tampilannya dapat dilihat pada Gambar 4.


85 132 132

Gambar 5. Pengujian modul pengkondisi sinyal untuk pencuplikan arus dan tegangan Tampak pada gambar tersebut trafo untuk pencuplikan tegangan dipisahkan dengan trafo untuk catu daya (power supply). Hal ini

Gambar 6. Sinyal hasil simulasi modul pengkondisi sinyal untuk pencuplikan beda fasa arus dan tegangan.

dilakukan untuk mengurangi adanya distorsi dan pengaruh dari sinyal yang dicuplik terhadap kualitas tegangan catu daya. Hasil simulasi dan hasil uji coba pada pengkondisi sinyal ini telah sesuai dengan yang diharapkan, sebagai contoh seperti yang tampak pada Gambar 6 dan Gambar 7 merupakan sinyal untuk

pendeteksian

faktor

daya

yang

merupakan beda fasa antara arus dan tegangan yang nantinya akan dijadikan masukan pada jalur interrupt INT0 dan INT1.

Inti dari

pengkondisi sinyal ini adalah merubah bentuk sinusoidal menjadi gelombang kotak agar jalur interrupt

dapat

mendeteksi

beda

fasa

Gambar 7. Sinyal hasil pengukuran modul pengkondisi sinyal untuk pencuplikan beda fasa antara arus dan tegangan.

berdasarkan selisih waktu antara transisi turun pada sinyal dari trafo arus dan transisi turun

Pengujian

juga

dilakukan

pada sinyal dari trafo tegangan. Gambar 6

membandingkan

hasil

pengukuran

merupakan

menggunakan

dilakukan oleh prototipe dengan alat ukur

perangkat lunak Electronic Work Benc dengan

komersial terhadap beban berupa sebuah

setting simulasi beban yang dikondisikan

kompor listrik dimana pada name plat tertulis

sangat

7

125 watt selama 10 jam. Hasil pengukuran

merupakan hasil pengukuran pada percobaan

dengan alat ukur komersial tampak pada Tabel

yang diambil oleh osiloskop dengan beban riil.

1.

hasil

ekstrim,

simulasi

sedangkan

Gambar

dengan yang


86 132 132

Tabel 1. Hasil pengukuran

penggunaan

komponen

panel

pada

pemrograman Delphi yang hanya mengijinkan Tegangan (V)

Arus (A)

angka dan huruf sehingga tanda titik dan koma

Pengukuran 1

218,2

0,623

tidak

Pengukuran 2

219,1

0,617

menunjukkan prototype yang dikemas dalam

Pengukuran 3

218,8

0,618

sebuah panel.

Pengukuran 4

218,3

0,622

Nilai rata-rata

218,6

0,62

dapat

ditampilkan.

Gambar

9

Karena keterbatasan alat ukur, pengukuran faktor

daya

dilakukan

terpisah

dan

menunjukkan nilai 0,87. Dari hasil pengukuran dengan alat ukur komersial tersebut dapat dihitung besarnya daya listrik yang digunakan adalah 218,6 x 0,62 = 135,532 watt, sedangkan energi yang digunakan adalah 135,532 x 10 = 1355,32 Wh atau 1,35532 kWh. Sedangkan hasil yang ditampilkan oleh prototipe alat yang dibuat pada akhir percobaan, dapat dilihat pada Gambar 8.

Gambar 9. Prototipe Sistem Monitoring dan Kendali Pemanfaatan Listrik.

KESIMPULAN DAN SARAN Dalam

perancangan

dan

pembuatan

sistem ini, pembagian jalur beban sudah dapat mengakomodasi pembagian jalur beban sesuai Kartu Penggunaan Energi yang tercantum dalam Lampiran Peraturan Menteri ESDM Gambar 8. Tampilan perangkat lunak saat uji coba pengukuran.

No.0031 tahun 2005 tentang Tata Cara Pelaksanaan Penghematan Energi.

Pada tampilan tersebut, terdapat pembulatan nilai arus menjadi 1 ampere karena alat ini dirancang untuk dapat mengukur hingga 125A, namun hasil pengukuran kWh menunjukkan angka 13. Seperti halnya nilai faktor daya yang menunjukkan angka 9, penunjukan nilai kWh masih harus dibagi 10. Hal ini terkait

Penggunaan AVR ATMega 8535 sebagai mikrokontroler

utama

dapat

mengurangi

jumlah komponen yaitu multiplekser dan ADC dan

dari

hasil

pengujian,

sistem

telah

menunjukkan hasil seperti yang diharapkan sehingga dapat digunakan untuk pemantauan energi listrik dan mengisi Kartu Penggunaan


87 132

Energi. Namun tentu saja pengujian dan kalibrasi

dengan

menggunakan

peralatan

standar masih harus dilakukan.

DAFTAR ACUAN [1] Peraturan Menteri ESDM No.0031 tahun 2005 tentang Tata Cara Pelaksanaan Penghematan Energi [2] Intel

Corp.,

1990.

8-Bit

Embedded

Controllers, Intel Corp. [3] Mackenzie,

S.,

1995.

The

8051

Microcontroller, New Jersey, PrenticeHall [4] Heryanto, M. Ary & Wisnu Adi, P., 2008. Pemrograman

Bahasa

C

untuk

Mikrokontroler Atmega 8535, Yogyakarta, Andi. [5] Winoto, Ardi., 2008. Mikrokontroler AVR Atmega

8/32/16/8535

dan

pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR, Bandung, Informatika.

132


HALAMAN INI SENGAJA DIKOSONGKAN

DESAIN DAN PEMBUATAN PROTOTIPE SISTEM MONITORING DAN KENDALI PEMANFAATAN ENERGI LISTRIK UNTUK PENGISIAN KARTU PENGGUNAAN ENERGI

Recommend Documents