Jumiati Ilham, Desain Sistem Kendali Proteksi Arus

Jumiati Ilham, Desain Sistem Kendali Proteksi Arus

MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 1, Juni 2010

Desain ini bertujuan: 1) Memahami konsep dasar dari perancangan mikrokontroller 89C51 sertaPROTEKSI optimasi bahasa pemograman DESAIN SISTEM KENDALI ARUS

Jumiati Ilham Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Gorontalo

Abstrak Sistem kontrol mencakup; unit proteksi dan monitoring, sensor arus (CT fasa dan netral) dan system itu sendiri yang mengontrol gangguan arus lebih (hubung singkat). Dengan menggunakan teknik digital memberikan keuntungan untuk proteksi unit dan kontrol di mana mengurangi hampir seluruh biaya, fleksibel dan sederhana, parameter sederhana dan pengujian, kegagalan menemukan oleh langsung efisien diinformasikan kepada operator. proses Sistem awal dengan membaca ADC yang saat ini fasa R, fasa S, T langsung disimpan ke memori selanjutnya membandingkan set_point data dengan data ADC sensor CT. Jika data dari ADC saat ini adalah sama dengan atau lebih besar dari mikrokontroller Set_Point akan langsung melaksanakan perintah instruksi proses perjalanan, dimana jika terdekteksi untuk jenis masalah OC mewakili invers saat ini memiliki waktu, dan CC merupakan instan saat ini secara langsung adalah sistem mengtripkan tanpa ada waktu luang waktu pemutusan Kata Kunci: Sistem Kendali, Proteksi Arus

Keandalan suplay tenaga listrik semakin menjadi tututan bagi konsumen, dan lingkungan industri. Untuk menghasilkan penyaluran daya yang baik perlu adanya sistem proteksi, sebagai pengaman peralatan listrik. Dalam sistem proteksi pemakaian ralai yang konvensional adalah relai elektris dimana kepresisianya kurang sehingga membuat sistem proteksi tidak begitu andal. Dimana CPU, RAM, I/O Port yang terintegrasi dalam setiap chip, maka penggunaan mikrokontroller sebagai alat kontrol menjadi sangat kompak. Sistem kontrol meliputi ; proteksi dan unit pemantauan, sensor arus (CT fasa dan netral) dan sistem itu sendiri meliputi pengontrolan gangguan over current, short circuit. Dengan penggunaan teknik digital memberi keuntungan utama untuk proteksi dan unit kontrol dimana mengurangi hampir seluruh biaya, sederhana dan fleksibel, parameter dan testing yang sederhana, menemukan kegagalan dengan cara yang efisien langsung diinformasikan ke operator.

mikrokontroller, dan aplikasinya pada proyek akhir ini, dan 2) Merancang bahasa program mikrokontroller 89C51 untuk aplikasi pengolahan data dan transfer data antara mikrokontroller dengan periperal pendukung sesuai dengan aplikasi sistem pengaman.

TINJAUAN PUSTAKA KONVIGURASI SISTEM 1. Perangkat Keras Blok diagram dari rangkaian pengontrol pada perangkat keras sebagai berikut : I/O PORT PARAREL

INTERFACE RANGKAIAN DRIVER

PEMUT US DAN SENSO R ARUS

Gambar .1 Diagram blok interface (Muamar Ahmad2004) Pada perancangan perangkat keras akan diuraikan berbagai parameter komponen yang


menunjang kerja sistem. Dimana driver, komponen indikator, dan microcontroller dikemas dalam satu sistem kontrol

rangkaian driver dimana akan mengoffkan pemutus daya seperti pada gambar 4 dan gambar 5. (Malvino: 1992)

2. Desain Catu Daya Rangkaian catu daya ini berfungsi untuk mencatu sistem dimana tegangan yang diperlukan 5 Volt DC. Dapat kita lihat pada gambar 3-2

55+ 55-

220V AC

D8

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1 Port C lower 0 = output 1 = input Port B 0 = output 1 = input

7805

+ C 2200mF

Mode select 0 = Pb &Pcl -> I/O 1 = Pcl Input

MCS 89C51

5V

-

Port C Upper 0 = output 1 = input Port A 0 = output 1 = input

Gambar 2. Rangkaian catu daya

Mode 00 = Pa&Pch ->I/O 01 = Pch input 10 = Pa Input 01 = Pa&Pch ->I/O Active H

3. Desain I/O Interface Perancangan interface microcontroller menggunakan PPI 8255 yang memiliki 3 Port I/O yaitu Port A sebagai Inputt, Port B sebagai Output, Port CL sebagai Ouput dan Port CU Input. Control Work PPI 8255 menentukan kerja sistem dimana parameter-parameter yang akan dikontrol harus disesuaikan dengan alamat dari minimum sistem microcontroller.

Gambar 3. Control Work PPI 8255 (Atmel: 2000)

PLN

Tabel 1. Aplikasi I/O 8255 NAMA PPI Port A PPI Port B PPI Port C [L] PPI Port C [U] LCD INS LCDWrite

KETERANGAN Input data pengukuran arus dari ADC Output sinyal kontrol ke ADC & Relay Output data dari keypad Input data dari keypad Output intruksi ke LCD Output data ke LCD

BEBAN

Gambar 4. Diagram Pemutus Daya VCC

Karakteristik I/O PPI 8255 hanya bisa dijalankan secara programmable oleh karena itu sebelum merancang perangkat eksternal yang terkait dengan sistem penulis mendesain Control Work PPI dengan menghasilkan data yang memfungsikan setiap Port pada I/O seperti pada Gambar 3.

R2

6

SCR

R1 MCS-

D 313

51

6

LED

4. Rangkaian Switch Beban Rangkaian switch Beban beroperasi saat terjadi gangguan terhadap Arus. Mikrokontroller akan memberikan sinyal ke kontaktor melalui

Kontaktor


Gambar 5. Rangkaian Driver 5. Rangkaian Keypad Untuk keypad, setelah ditentukan port yang akan digunakan, maka harus diketahui nilai sinyal dari tombol-tombol yang ada pada keypad untuk digunakan pada saat pemrograman.

dengan microcontroller 89C51 melalui jalur data ( data bus) Gambar 7 menunjukan secara lengkap rangkaian aplikasi ADC 0808. (Petruzella, Frank, 2001). ADC 0808

Sensor Arus

01H 02H 04H 08H

1 4 7 * 10H

2 5 8 0

3 6 9 #

VCC

12 16 10 9 7

20H 40H

Gambar 5. Hubungan keypad dengan PPI 82C55A. (Putra, A. E, 2002) 6. Rangkaian Sensor Arus Rangkaian sensor arus menggunakan Trafo CT dimana perbandingan antara input dan output trafo 100/5 Ampere yang dihubung bintang, titik yang menjadi simpul ditanahkan. Gambar 6.

R S T

26 27 28 1 2 3 4 5

IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7

Ref+ A0 RefA1 CLK A2 OE

D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6

D7

21 20 19 18 8 15 14 17 25 24 23 6 22

START

VCC

VCC

Gambar 7. Rangkaian Aplikasi ADC 0808 8. Perencanaan Alamat I/O Perencanaan alamat input/output pada rancang bangun ini perlu dilakukan sebelum pada tahap pembuatan perangkat lunak ataupun perangkat keras maupun perangkat lunak pada tahap pembuatan. Sehingga pada tahap penggabungan perangkat keras dan perangkat lunak diharapkan sistem pengendali dapat berjalan sesuai dengan apa yang telah direncanakan.

Input Analog ADC

Tabel 2. Alamat kerja Input/Output Gambar 6. Rangkaian Sensor Arus (Wibowo, S, 1993)

7. Rangkaian ADC Dalam perancangan ADC digunakan untuk mengolah data analog berupa tegangan menjadi data digital agar dapat diterima dan diolah oleh mikrokontroller. ADC yang digunakan pada pembuatan alat ini adalah ADC 0808. Dalam chip ADC0808 tersedia hampir semua komponen yang diperlukan untuk membangun sistem pengenalan data yang lengkap. Ouput ADC dihubungkan

NAMA PPI Port A PPI Port B PPI Port C [Lower] PPI Port C [Upper] LCD INS LCD Write Sumber: (Putra, A. E, 2002)

ALAMAT 2000H 2001H 2002H 2002H 0740H 0730H

METODE Setelah mempersiapkan rangkaian hardware, kita akan mencoba menjalankan simulasi rangkaian kontrol. Langkah pertama yang dilakukan adalah membuat suatu diagram alir (


flow chart ) untuk memudahkan pelaksanaan langkah-langkah program. Dalam hal ini diagram alir digunakan untuk menjelaskan secara detail proses pemrograman. Berikut ini adalah flow chart dari sistem, START

INISIALISASI

TAMPILAN LCD

INPUT SET_POINT

T OC,CC ENT Y INPUT ADC

PROSES UTAMA

Y ESC SET_POINT T END

Gambar 8. Diagram alir prosedur kerja sistem pengaman Penjelasan secara garis besar setiap tahap dari diagram alir prosedur diagram sistem pengaman dapat dijelaskan sebagai berikut : a. Setelah sistem dijalankan, rutin yang pertama kali dieksekusi oleh mikrokontroller adalah proses inisialisasi. b. Dilanjutkan dengan proses tampilan menu pilihan disertai scanning keypad untuk menantikan penekanan tuts pada menu pilihan. c. Penekanan tuts ‘1’ Digunakan untuk menuju ke proses pengisian set point, disertai dengan

scanning keypad untuk menantikan penekanan tuts ‘#’ yang digunakan untuk menuju ke pengisian set point berikutnya , secara berurutan. Penekanan tuts ’*’ digunakan untuk penggantian set point. d. Penekanan tuts ‘2’ digunakan untuk menuju ke proses pembacaan arus pemakaian, disertai dengan scanning keypad untuk menanti penekanan tuts ‘#’ digunakan untuk melanjutkan pembacaan arus pada fasa berikutnya, secara berurutan ( R, S, T ). Penekanan tuts ‘*’ pada setiap pembacaan arus, dimana proses akan kembali ke pesan menu pilihan. e. Penekanan tuts ‘3’ pada proses manu pilihan digunakan untuk menuju ke proses utama. Pada proses utama berulang secara kontinyu hingga didapat suatu kondisi untuk keluar dari proses ini. Setelah pada tahap proses utama didapat suatu kondisi yang mengisinkan untuk keluar dari proses luping tersebut, maka hal tersebut menandakan terjadi gangguan pada arus, dan tahap ini memberikan indikasi pada tampilan LCD yaitu harga aurs yang mengalir saat terjadi gangguan dan menampilkan jenis gangguan yang terjadii, bersama dengan, bersamaan dengan pemutusan (trip) ranbgkaian pemutus daya 3 fasa. f. Tampilan akhir menyatakan bahwa sistem dalam kondisi Imergensi. Untuk mengaktifkan sistem kembali, dilakukan penekanan pada tombol reset Rutin Inisialisasi Pada saat sistem minimum dihidupkan, keadaan port, phriperal input-output dan periperal pendukung perlu diinisialisasi agar dalam keadaan siap digunakan. Proses inisialisasi tersebut meliputi port 1, mikrokontroller, mode kerja PPI, LCD. INISIALISASI: LCALL LCALL

INITPPI INITLCD

Rutin Pengisian Set Point Sistem pengaman ini memiliki tiga buah set point. Gambar 9 memperlihatkan diagram alir sub rutin pengisian set point. Rutin Pembacaan Arus


Sub rutin ini berfungsi untuk melihat kondisi arus pemakaian, R S T sistem sedang bekerja. Gambar 10 memperlihatkan diagram alir sub rutin pembacaan arus nominal.

Gambar 11. Rutin Pembacaan arus

HASIL DAN PEMBAHASAN Apabila dalam pengujian perblok tidak ditemukan cacat, dalam arti pengujian program dalam semua blok dapat berfungsi dengan baik, maka tahap selanjutnya adalah pengujian sistem pengaman secara terpadu. Pada pengujian ini dilakukan dengan Desain Logika Assembly, hasil pengukuran arus oleh sensor arus (CT) yang dapat dilihat pada LCD.

START

TAMPILAN LCD

INPUT KEYPAD

org

Y BATAL‘

*

T T OKEY ’ # ‘ Y RET

Gambar 10 Rutin pengisian set point

START

TAMPILAN LCD

INPUT ADC

4000h sjmp main main: lcall init_ppi lcall init_lcd jmp start ;-----------------------------------------;pengisian set_point ;-----------------------------------------start: lcall keypad1 ; Set_point OC mov b,r0 lcall keypad2 mov a,r0 add a,b mov 30h,a ; memory SP OC lcall keypad1 ; Set_point CC mov b,r0 lcall keypad2 mov a,r0 add a,b mov 31h,a ; memory SP CC jmp proses end ListingProg 1. Pengisian Set_point

Y BATAL‘

*’ T T

OKEY ’ # ‘ Y RET

Pada sistem proses diawali dengan pembacaan arus ADC yaitu fasa R, fasa S, T yang langsung disimpan ke memori selanjutnya membandingkan data set_point dengan data ADC sensor CT. Jika data ADC arus sama dengan atau lebih besar dari Set_point mikrokontroller akan langsung mengeksekusi perintah instruksi proses trip, dimana jika terdekteksi untuk tipe gangguan OC yang merupakan arus Invers yang memiliki


waktu, dan CC merupakan arus instan dengan langsung mengtripkan sistem tanpa ada senggang waktu pemutusan. Hasil pengujian laboratorium kondisi trip ada dua jenis, diantaranya arus invers dan arus instan. Pengujian kondisi arus instan dilakukan dengan memasukan nilai arus yang adalah arus instan, kemudian set point diberi nilai sama dengan harga arus instan. Saat pilih proses utama, set point akan dibandingkan dengan data arus instan jika sama dengan set point maka sistem trip. Dimana tidak ada penundaan waktu untuk proses trip sesuai dengan seting arus instan. Sedangkan untuk pengujian arus invers terjadi penundaan waktu sesuai dengan perbandingan arus pemakaian dan set point. Tabel 3 memperlihatkan waktu trip dari arus Invers. Tabel 3 Tegangan Analog dan Digital pada ADC Analog Input ADC (volt) 0 1 2 3 4 5

Digital Output ADC 0000 0000B 0011 0011B 0110 0110B 1001 1001B 1100 1100B 1111 1111B

Dengan persamaan sebagai berikut :

data8bit x Tegangan Analog Vref 255 = x 1 Volt 5

Data Digital =

= 51 Desimal 51 desimal = 00110011 B

Jika arus pemakaian sama dengan atau kurang dari set point maka sistem tidak akan trip. Untuk arus invers ini, semakin besar arus, dengan nilai set point yang tetap maka semakin cepat penundaan waktu yang dilakukan oleh sistem. Gambar sistem keseluruhan dapat dilihat pada Gambar 12 dan 13, Tampilan LCD saat terjadi gangguan arus : Gangguan OC Set_point = 5 Ampere:

JENIS GANGGUAN TRIP ARUS OC. // <#> PROSES

Gambar 12. Tampilan Gangguan Arus OC Gangguan CC Set_point = 10 Ampere:

JENIS GANGGUAN TRIP ARUS SC. // <#> PROSES Gambar 13. Tampilan Gangguan Arus CC Pengujian dilakukan dengan mengisi Set_Point OC = 1,0 Tabel 4. Hasil Pengujian Sistem Proteksi Arus No. 1. 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Input Tegangan ADC (Volt) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Output Digital (Hex)

Waktu Trip

Kondisi Relay

0,0 5,1 10,2 15,3 20,4 25,5 30,6 35,7 40,8 45,9 50,0 56,1 61,2 66,3 71,4 76,5

6s 5,8 s 5,4 s 5,2 s 5s

Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Trip Trip Trip Trip Trip

Pengujian dilakukan dengan mengisi Set_Point SC = 1,5 Tabel 5. Hasil Pengujian Simulasi Sistem Proteksi Arus No

1. 2 3 4 5 6 7 8 9

Input Tegangan ADC (Volt) 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8

Output Digital (Hex) 0,0 5,1 10,2 15,3 20,4 25,5 30,6 35,7 40,8

Waktu Trip

Kondisi Relay

-

Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip


10 11 12 13 14 15 16

0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

45,9 50,0 56,1 61,2 66,3 71,4 76,5

0s

Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Tdk Trip Trip

SIMPULAN Berdasarkan hasil rancangan, dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Sistem pengaman ini menggunakan 2 buah set point yaitu: - Set point arus lebih, sebagai batas pengaman jika arus pemakaian naik melebihi batas set point, maka akan mentripkan sistem pemutus daya dengan waktu sesuai dengan standar invers time. - Set point arus hubung singkat, Sebagai batas pengaman jika terjadi hubung singkat dimana arus naik sangat cepat sampai batas set point maka langsung akan mentripkan pemutus daya 2. Pada umumnya arus yang mengalir selalu berubah terhadap kondisi beban, dengan sistem pengaman ini pemilihan set point dapat dilakukan dengan memasukan harga yang diharapkan melalui keypad, sehingga pemakai dapat menyesuaikan masukan set point dengan kondisi arus pemakaian. 3. Sistem pengaman ini juga berfungsi dapat menampilkan pembacaan arus dapat pula menampilkan indikasi ganguan diantaranya, harga arus pada saat terjadi gangguan dan jenis gangguan.

DAFTAR PUSTAKA Atmel, 2000. AT89C51 Hardware Description, Atmel Inc, (http:/www.atmel.com), USA. Innovative Electronics, 2002. 89C51 Development Tools DT-51 version 3 : User’s Guide, Surabaya. Kuo, Benjamin, alih bahasa Mhd, Zulfan, 1998. Automatic Control System, Prenhallindo, Jakarta,. Malvino, 1992. Prinsip-Prinsip Elektronik Edisi ke 2, Erlangga, Jakarta. Petruzella, Frank, 2001. Elektronika Industri, ANDI, Yogyakarta. Putra, A. E, 2002. Belajar Mikrokontroler seri AT89C51/52/55 (teori dan aplikasi), Gava Media, Yogyakarta. Rijono, Y, 1997. Dasar Teknik Tenaga Listrik, ANDI,Yogyakarta. Wibowo, S, 1993. Merakit Sendiri 29 Rangkaian Alat Elektronika, Tiga Dua, Surabaya.




Sistem kontrol meliputi ; proteksi dan unit pemantauan, sensor arus (CT fasa dan netral ) dan sistem itu sendiri meliputi pengontrolan gangguan over current, short circuit. Dengan penggunaan teknik digital memberi keuntungan utama untuk proteksi dan unit kontrol dimana mengurangi hampir seluruh biaya, sederhana dan fleksibel, parameter dan testing yang sederhana, menemukan kegagalan dengan cara yang efisien langsung diinformasikan ke operator. Pada sistem proses diawali dengan pembacaan arus ADC yaitu fasa R, fasa S, T yang langsung disimpan ke memori selanjutnya membandingkan data set_point dengan data ADC sensor CT. Jika data ADC arus sama dengan atau lebih besar dari Set_point mikrokontroller akan langsung mengeksekusi perintah instruksi proses trip, dimana jika terdekteksi untuk tipe gangguan OC yang merupakan arus Invers yang memiliki waktu, dan CC merupakan arus instan dengan langsung mengtripkan sistem tanpa ada senggang waktu pemutusan.

Control systems cover the ; proteksi and monitoring unit, current censor ( CT Fasa and neutral ) and itself system cover the pengontrolan of trouble of over current, short circuit. With the digital technique use give the especial advantage for the proteksi of unit and control where lessening almost entire/all expense, flexible and simple, simple and testing parameter, finding failure by direct efficient informed to operator. System process early with the read of current ADC that is fasa R, fasa S, direct T kept to memory hereinafter compare the data set_point with the data ADC sensor the CT. If data of ADC current is equal to or bigger than Set_Point mikrokontroller will be direct execute the instruction comand process the trip, where if terdekteksi for the type of trouble OC representing current Invers owning time, and CC represent the current instan directly is mengtripkan system without there is spare time of disconnection time technique control have a lot of developed and used in our life. Generally rekayasa control is minimization and optimal of existing resource to get the amenity and also quicker good result during. Like at process of pengontrolan of electrics peripheral , which to date pengontrolan perlatan electrics activated at location of according to existing location perlatan electrics Computer peripheral nowadays become the very required appliance by human being, that is in the case of assisting human being work. Assorted of work human being can be conducted by for example; making bookkeeping, typing, as well as through computer of human being can control the other peripheral outside computer, what most required by is when we activate the electrics equipments of at condition and dangerous With the existence of Application program hence can be made by alternatife to introduce the way of network job control the electrics simply without require to conduct the direct practice is which is in certain kondisis will confiscate the time and equipments resource control electrics. Teknik pengontrolan telah banyak dikembangkan dan digunakan dalam kehidupan kita. Umumnya rekayasa pengontrolan adalah meminimalkan dan mengoptimalkan sumber daya yang ada untuk mendapatkan kemudahan serta hasil yang baik dalam waktu yang lebih cepat. Seperti pada proses pengontrolan perangkat listrik , yang mana sampai saat ini pengontrolan perlatan listrik diaktifkan pada lokasi sesuai penempatan perlatan listrik yang ada. Perangkat komputer kini menjadi alat yang sangat dibutuhkan oleh manusia, yaitu dalam hal membantu pekerjaan manusia. Berbagai macam pekerjaan manusia dapat dilakukan antara lain; membuat pembukuan, pengetikan, dan juga melalui komputer manusia dapat mengontrol perangkat yang lain diluar komputer, yang paling dibutuhkan adalah ketika kita mengaktifkan peralatan listrik pada kondisi mendan yang berbahaya.

MEDIA ELEKTRIK, Volume 5, Nomor 1, Juni 2010 Dengan adanya Program aplikasi maka dapat dijadikan alternatife untuk memperkenalkan cara kerja rangkaian kontrol listrik secara sederhana tanpa perlu melakukan praktek langsung yang dalam kondisis tertentu akan menyita waktu dan sumber daya peralatan kontrol listrik.

Jumiati Ilham, Desain Sistem Kendali Proteksi Arus

Recommend Documents