RANCANG BANGUN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) SISTEM SCADAUNTUK SIMULATOR GENERATOR PLTMH BERBASIS ATMEGA 16
DESIGN AND BUILD REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) SCADA SYSTEM FOR GENERATOR SIMULATORPLTMH BASED ON ATEMEGA 16
Proyek Akhir Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Diploma Tiga Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro
Oleh : DZULFIKAR AZHAR 091321044
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
ABSTRAK Kebutuhan akan energi listrik terus mengalami peningkatan seiring dengan
perkembangan teknolonogi yang semakin pesat. Kebutuhan ini menuntut perusahaan penyedia tenaga listrik untuk meningkatkan kualitas penyediaan
tenaga listrik dan meningkatkan jumlah tenaga listrik yang diproduksi. Salah satu cara untuk meningkatkan kualitas penyediaan tenaga listrik adalah dengan menggunakan sistem yang mampu mengawasi, mengukur dan juga mengolah data
secara otomatis dan terus menerus. Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) adalah Sistem yang dapat melakukan pengendalian, pengukuran, dan
pengolahan data secara real time terhadap beberapa objek yang dikendalikan (plant). Namun, pada saat ini sistem SCADA masih terlalu mahal untuk diaplikasikan karena menggunakan perangkat yang khusus. Oleh karena itu, pada proyek akhir ini penulis melakukan penelitian terhadap sistem SCADA, yaitu merancang simulator Remote Terminal Unit (RTU) berbasis mikrokontroler ATMega16 dan membuat simulator plant berupa miniatur pembangkit dengan jalur komunikasi antara RTU dengan Master Terminal Unit (MTU) menggunakan RS-485. RTU ini dapat dikendalikan dengan mode operasi lokal dan remote,
Remote Terminal Unit simulator generator
mampu melakukan proses pendeteksian tegangan, arus, frekuensi, dan suhu pada generator yang kemudian besaran tersebut akan diolah oleh processor ATMega 16 untuk ditampilkan di LCD dan dikirimkan ke Master Terminal Unit. Selain itu master juga dapat melakukan kontrol terhadap plant melalui perintahnya terhadap RTU untuk melakukan proses kontrol. Dari pengerjaan proyek akhir dan hasil pengujian yang dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa Remote Terminal Unit sudah dapat bekerja dengan baik dimana RTU dapat mensensor, mengirim data juga mengeksekusi perintah dari master. Namun pada pelaksanaanya masih terdapat kendala seperti ganguan komuniksi, sistem terminasi dan gangguan-gangguan pada LCD RTU.
Kata kunci: SCADA, RTU, RS-485, ATMega16, ADC.
ABSTRACT
Centralized control system is a system that was developed in accordance
with the development of industrial technology at the moment. Where these systems will be able to improve the quality, quantity and continuity of the system.
One centralized control system is a Supervisory Control and Data Acquisition
(SCADA). SCADA system can perform control, measurement, and data processing in real time against some object which is controlled (plant). However,
at the moment the system is still too expensive for SCADA applied because it
uses special devices.
Therefore, at the end of this project the authors conducted a study on the system of SCADA, i.e. designing the Remote Terminal Unit simulator (RTU) ATMega16 microcontroller-based and made in the form of miniature power plant simulator with communication lines between RTU with Master Terminal Unit (MTU) using RS-485. Of this final project work can be drawn the conclusion that the overall SCADA system simulator can function properly, but is not perfect and still needs further development.
Keyword : SCADA, RTU, RS-485, ATMega 16, ADC
BIODATA PENULIS
Nama
: Dzulfikar Azhar
NIM
: 091321044
Tempat, Tanggal Lahir
: Bandung, 23 Juni 1991
Tinggi, Berat Badan
: 170 cm, 60 Kg
Agama
: Islam
Alamat
: Kp. Babakan Pari RT 38/17 Desa. Sukaresmi Kec.
Cisaat Kab. Sukabumi. Sukabumi
No. Tlp/ Hp
: 0266-236790/089656843433
E-mail
:
[email protected]
Pendidikan Formal
: (1997-2003) SD Negeri Babakan Pari (2003-2006) SMP Negeri 1 Cisaat (2006-2009) SMA Negeri 2 Kota Sukabumi (Jurusan IPA) (2009-2012) Politeknik Negeri Bandung (D3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik)
Pengalaman Organisasi
:
(2007-2008) Wakil Ketua Osis SMAN 2 Kota Sukabumi
(2009-2012) Anggota Himpunan Mahasiswa Listrik (HML)
(2010-2011) Koordinator Divisi Seni dan Budaya Himpunan Mahasiswa Listrik
(2009-2012) Forum Komunikasi Himpunan Mahasiswa Elektro seBandung (FKHME Bandung)
“Bacalah dengan menyebut Tuhanmu, Yang menciptakan. Dia telah menciptakan manusia dari segumpal darah. Bacalah dan Tuhanmu-lah yang Maha Pemurah. Yang telah mengajar (manusia) dengan perantara kalam. Dia telah mngajarkan kepada manusia apa yang tidak diketahuinya. (QS. Al-Alaq ; 1-5)
“Niscaya Allah akan meninggikan orang-orang yang beriman di antara kalian dan
orang-orang yang diberi ilmu (agama) beberapa derajat." Al-Mujaadilah: 11 “MAN JADDA WA JADDA”... “Siapa yang bersungguh-sungguh maka dia akan mendapatkan hasilnya....”
Ketahuilah bahwa sabar, jika dipandang dalam permasalahan, seseorang adalah ibarat kepala dari suatu tubuh. Jika kepalanya hilang maka keseluruhan tubuh itu akan membusuk. Sama halnya, jika kesabaran hilang maka seluruh permasalahan akan rusak.” Sayidina Ali Bin Abi Thalib Tidak ada yang tidak mungkin saat kita mencoba, berusaha , dan berdoa..... (Penulis)
Laporan proyek akhir ini penulis dedikasikan kepada Orang tua tercinta dan untuk ornag-orang yang telah membantu penulis selama ini.. Terima kasih
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah
melimpahkan rahmat dan hidayah –Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Laporan Proyek Akhir yang berjudul “Rancang Bangun Remote Teminal Unit
(RTU) Sistem SCADA untuk Simulator Generator PLTMH Berbasis ATMega 16. Shalawat serta salam semoga tetap tercurah kepada jujunan kita Nabi besar Muhammad SAW, karena berkat perjuangan beliau umat manusia dapat terlepas dari zaman jahiliyah ke zaman yang beradab dan berakhlak mulia. Pembuatan laporan Proyek Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan untuk menyelesaikan pendidikan Diploma III di Program Studi Teknik Listrik Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung. Dalam penulisan laporan Proyek Akhir ini Penulis menemui berbagai kesulitan dan kendala dalam penyelesainnya, oleh karena itu Penulis menyadari sepenuhnya bahwa tanpa adanya bimbingan, dukungan, dan motivasi dari berbagai pihak, maka laporan Proyek Akhir ini tidak dapat diselesaikan sesuai dengan harapan Penulis. Pada kesempatan ini Penulis ucapkan terimakasih yag sebesar-besarnya kepada :
Bapak Hari Purnama ST.,MT selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Bandung.
Bapak Sunarto., ST MT selaku Ketua Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung
Bapak Yusuf Sofyan., Ir.MT selaku dosen pembimbing utama yang telah senantiasa membimbing, memeberi ilmu, motivasi, tuntunan, dan waktunya kepada penulis
Bapak Dedi Aming.,ST.,MT selaku dosen pembimbing pendamping yang telah memberikan arahan kepada penulis
Bapak Dedi Nono.ST.,MT selaku Penguji utam yng telah memberikan arahan kepada penulis
Kepada Bapak Budi Setiadi.,ST.,MT selaku penguji satu yang telah
memeberikan arahan kepada penulis
Kepada Bapak Syafril.,HND.,B.Eng selaku penguji dua yang telah memberikan arahan kepada penulis Lalu kepada teknisi lab staf dan rekan-rekan TIM SCADA 2012 serta
semua pihak yang tidak dapat Penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam perancangan dan pembuatan laporan Proyek Akhir ini. Oleh karena itu besar harapan Penulis untuk
menerima saran dan kritik untuk perbaikan laporan ini. Semoga laporan Proyek Akhir ini dapat memberikan manfaat bagi mahasiswa Politeknik Negeri Bandung khususnya dan dapat memberikan pengetahuan lebih untuk para pembaca masyarakat luas umumnya.
Bandung, Juli 2012
Penulis
LEMBAR PERSEMBAHAN
Laporan Proyek Akhir ini penulis persembahkan kepada : 1) Orang tua Penulis Bapak Irwan Nurhoer .,S.pd dan Ibu Surtini.,S.pd yang
senantiasa selalu memberikan doa, naehat, kasih sayang, semangat, dan motivasi serta dukungannya baik moril dan materil. 2) Keluarga penulis yang senantiasa selalu membarikan semangat, dukungan dan doa
3) Kepada Arif Apriyana, Diki Syahrudin, Lufty, Lutfi, M.sidik, Teguh Afandi,
M.Rizki. Fajar MR dan Fakhri Munziar yang selalu bersama selama 3 tahun ini 4) Rekan-rekan tim SCADA Pembangkit dan Distribusi Tenaga Listrik yang telah banyak membantu penulis dalam menyelesaikan proyek akhir ini. 5) Rekan-rekan PDML, SDTL, dan
instalasi yang telah bekerja keras dan
berjuang bersama 6) Rekan-rekan mahasiswa Teknik Listrik angkatan 2009 khususnya kelas 3B yang telah sama-sama berjuang, juga semua mahasiswa Teknik Listrik angkatan 2010 dan 2011 atas semua doa dan dukungannya.
Terima kasih Penulis ucapkan, semoga Allah SWT selalu memberi keamanan, keselamatan, kelancaran dan kebarokahan kepada kita semua, aamiin.
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL...............................................................................................i LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................ii
KATA MUTIARA ..............................................................................................iii BIODATA PENULIS..........................................................................................iv
ABSTRAK ...........................................................................................................v
ABSTRACT .........................................................................................................vi KATA PENGANTAR ........................................................................................vii LEMBAR ERSEMBAHAN ...............................................................................ix DAFTAR ISI .......................................................................................................x DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xiv DAFTAR TABEL...............................................................................................xvi DAFTAR LAMPIRAN......................................................................................xvii
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................. 1 1.1Latar Belakang ................................................................................................. 1 1.2Tujuan dan Manfaat..................................................................................... 2 1.3Rumusan Masalah ....................................................................................... 2 1.4Batasan Masalah.......................................................................................... 3 1.5Metodologi Penelitian ................................................................................. 3
1.6Sistematika Penulisan.................................................................................. 4
BAB II LANDASAN TEORI ............................................................................5 2.1Sistem SCADA............................................................................................5
2.1.1Pengertian Sistem SCADA ....................................................................5
2.1.2 Komponen Sistem SCADA .................................................................6 2.1.3 Aplikasi Sistem SCADA......................................................................7 2.1.4 SCADA pada Sistem Tenaga Listrik ...................................................7
2.2 Sistem Pembangkitan ................................................................................9 2.3 Generator Induksi .....................................................................................11 2.4 Motor Induksi sebagai Generator ..............................................................12 2.5Perangkat Keras...........................................................................................13 2.5.1 Definisitrafo tegangan...........................................................................13 2.5.2 Definisi trafo arus ..............................................................................14 2.5.3 Sensor tegangan .................................................................................15 2.4.4 Sensor Arus ..........................................................................................16 2.4.5 Sensor suhu ..........................................................................................18 2.5.6 Sensor frekuensi.................................................................................21 2.5.7 AVR ATMega 16.................................................................................22 2.5.7.1 Konfigurasi Pin AVR ATMega 16 .................................................23 2.5.7.2 Arsitektur ATMega 16....................................................................25 2.5.7.3 Serial pada ATMega 16 ..................................................................26
2.5.8 Liquid Crystal Display (LCD) ...........................................................26
2.6 Perangkat Lunak Bahasa BASIC (BASCOM) ..........................................27 2.6.1 Karakter dalam BASCOM ...................................................................27 2.6.2 Tipe Data..............................................................................................28
2.6.3 Variabel................................................................................................28
2.6.4 Alias .....................................................................................................29 2.6.5 Konstanta .............................................................................................29 2.6.6 Array ....................................................................................................30 2.6.7 Anlog to digital converter .....................................................................30
2.7 Komunikasi Data ........................................................................................31 2.7.1 Jenis kominukasi data ..........................................................................31 2.7.2 Recomended standard 485 ...................................................................32 2.7.3 Topologi jaringan RS-485....................................................................33
BAB IIIPERANCANGAN DAN REALISASI ALAT.....................................35 3.1Perancangan simulator SCADA Pembangkit..............................................35 3.2 Perancangan Simulator plant dan RTU.....................................................38 3.3 PerancanganPerangkat Keras ....................................................................38 3.3.1Peancanganperangkat simulator plant turbin dan generator ..................38 3.3.2Perancangan perangkat simulator plant generator .................................39 3.3.3Perancangan perangkat simulator pembebanan .....................................42 3.3.4 Perancangan perangkat simulator RTU ...............................................43
3.3.4.1 Rangkaian power supplay DC 5 volt dan 12 Volt ...........................43
3.3.4.2Rangkaian sensor tegangan
.................................................................................................................44 3.3.4.3 Rangkaian sensor arus................................................................46 3.3.4.4 Rangkaian sensor suhu dengan penguat Op Amp......................48 3.3.4.5 Rangkaian sensor frekuensi .......................................................50
3.4 Perancangan Perangkat Lunak .................................................................52 3.5 Realisasi Perangakat Keras ......................................................................53
3.5.1 Realisasi perangakat simulator plant ...................................................53 3.5.2Realisasi perangkat simulator pembebanan ...........................................54 3.5.3Realisasi perangakat simulator lokal kontrol (panel).............................54 3.5.4Realisasi perangkat simulator RTU (panel) ...........................................55
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ...........................................................56 4.1 Tujuan Pengujian........................................................................................56 4.2 Metoda Pengujian.......................................................................................56 4.3 Pengujian Perangkat Keras.........................................................................56 4.3.1 Pengujian perangkat simulator plant generator ....................................56 4.3.2 Pengujian perangkat pembebanan.........................................................58 4.3.3 Pengujian perangkat simulator lokal.....................................................58 4.3.4 Pengujian perangkat RTU.....................................................................59 4.3.4.1 Pengujian rangkaian power supply................................................59 4.3.4.2 Pengujian rangkaian sensor tegangan ...........................................59
4.3.4.3 Pengujian rangkaian sensor arus ...................................................60
4.3.4.4 Pengujian rangkaian sensor suhu ..................................................61
4.3.4.5 Pengujian rangkaian frekuensi ......................................................61
Pengujian Perangkat Lunak........................................................................62 4.4
4.5 Analisis.......................................................................................................63
4.5.1 Analisa perangkat keras ........................................................................63 4.5.2 Analisa perangkat lunak........................................................................63 4.5.3 Analisa pengujian sistem ......................................................................64
BAB V PENUTUP...............................................................................................65 5.1 Kesimpulan.................................................................................................65 5.2 Saran ...........................................................................................................66
DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................67 LAMPIRAN.........................................................................................................68
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi sistem SCADA ..............................................................5 Gambar 2.2 Diagram proses pembangkitan tenaga listrik ...................................10
Gambar 2.3 Diagram generator tiga fasa ..............................................................12 Gambar 2.4 Rangkaian prinsip kerja transformator ..............................................14
Gambar 2.5 Transformator Arus ...........................................................................15
Gambar 2.6 Rangkain sensor tegangan.................................................................16 Gambar 2.7 Bentuk gelombang keluaran rangkaian sensor tegangan ..................16 Gambar 2.8 Rangkain sensor arus.........................................................................18 Gambar 2.9 Bentuk gelombang keluaran sensor arus ...........................................18 Gambar 2.10 Bentuk fisik LM35 tampak bawah ..................................................17 Gambar 2.11 Simbol diagram dan bentuk fisik LM358 .......................................19 Gambar 2.12 Rangkaian skematik sensor suhu dengan penguatan LM358..........21 Gambar 2.13 Rangkain sensor frekuensi ..............................................................22 Gambar 2.14 Konfigurasi pin ATMega 16 ...........................................................23 Gambar 2.15 Diagram blok ATMega 16 ..............................................................25 Gambar 2.16 Bentuk fisik LCD ............................................................................26 Gambar 2.17 Rangkain skematik LCD dengan ATMega 16 ................................27 Gambar 2.18 Konfigurasi IC MAX485 ................................................................33 Gambar 2.19 Topologi jaringan RS-485...............................................................34 Gambar 3.1 Diagram alir proses perancangan dan pembuatan alat ......................36
Gambar 3.2 Diagram blok perancangan alat.........................................................37
Gambar 3.3 Diagram simulator turbin dan generator ...........................................39 Gambar 3.4 Diagaram pengawatan lokal kontrol generator .................................41 Gambar 3.5 Design box panel lokal generator......................................................41
Gambar 3.6 Rangkaian pembebanan utama..........................................................42 Gambar 3.7 Rangkaian pembebanan penyeimbang ..............................................42
Gambar 3.8 Rangkaian power supplay .................................................................43
Gambar 3.9 Rangkaian sensor tegangan ...............................................................45 Gambar 3.10 Rangkaian sensor arus.....................................................................47 Gambar 3.11 Rangkaian sensor suhu dengan pengut Op Amp.............................49 Gambar 3.12 Rangkaian sensor frekuensi.............................................................51 Gambar 3.13 Diagram alir ADC ...........................................................................52 Gambar 3.14 Realisasi simulator plant .................................................................53 Gambar 3.15 Realisasi simulator pembebanan .....................................................54 Gambar 3.16 Realisasi perangkat simulator lokal kontrol ...................................54 Gambar 3.17 Realisasi perangkat simulator RTU.................................................55
DAFTAR TABEL
2.1 Karakter spesial.....................................................................................28 Tabel
Tabel 2.2 Tipe data BASCOM..............................................................................28
Tabel 2.3 Spesifikasi dari komunikasi RS 485 .....................................................33 Tabel 3.1 Spesifikasi perangakat simulator plant beban dan RTU.......................37 3.2 Elemen- elemen RTU............................................................................51 Tabel
Tabel 3.3 Daftar penggunaan port.........................................................................52 Tabel 4.1 Data pengujian generator tanpa beban ..................................................57 Tabel 4.2 Data pengujian generator dengan frekuensi tetap .................................57 Tabel 4.3 Data pengujian generator dengan tegangan tetap .................................57 Tabel 4.4 Data pengujian plant pembebanan frekuensi tetap ...............................58 Tabel 4.5 Data pengujian plant pembebanan frekuensi variabel ..........................58 Tabel 4.6 Pengujian sistem perangkat lokal..........................................................58 Tabel 4.7 Data pengujian sensor tegangan............................................................60 Tabel 4.8 Data pengujian sesnsor arus..................................................................60 Tabel 4.9 Data pengujian sensor suhu...................................................................61 Tabel 4.10 Data pengujian sensor frekuensi .........................................................61
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Skematik Rangkaian Instrumentasi RTU Generator Lampiran 2 PCB Layout Rangkaian Instrumentasi RTU Generator
Lampiran 3 Program Pembacaan ADC untuk Tegangan, Arus suhu, frekuensi dan
kirim data
Lampiran 5 Datasheet AVR ATMega 16
Lampiran 6 Datasheet LM35
Lampiran 7 Datasheet LM358 Lampiran 8 Datasheet 2917 Lampiran 9 Datasheet LM324
DAFTAR PUSTAKA
1) Panjaitan, Bonar. 1999. Teknologi Sistem Pengendalian Tenaga Listrik Berbasis SCADA . Jakarta ; Prenhallindo
2) Santosa, Insap. 2002. Komunikasi data. Yogyakarta: Andi 3) Syahroni, Nanang. 2000. Komunikasi Data. Surabaya: ITS 4) Wijayanto, Kartono. 2009. Elektronika Analog (Modul) . Bandung Politekik Negeri Bandung
5) Wiyono, Didik. 2007. Panduan Praktis Mikrokontroler Keluarga AVR.
Surabaya: Innovative Electronics 6) Rangkuti, Syahban.2011. Mikrokontroler ATMEL AVR. Bandung : Informatika Bandung
