TUGAS AKHIR
SISTEM KONTROL DAYA LISTRIK PADA SALURAN MASUK PELAYANAN TENAGA LISTRIK MENGGUNAKAN SHORT MESSAGE SERVICE
I GEDE GUNADI PRADNYANA
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
TUGAS AKHIR
SISTEM KONTROL DAYA LISTRIK PADA SALURAN MASUK PELAYANAN TENAGA LISTRIK MENGGUNAKAN SHORT MESSAGE SERVICE
I GEDE GUNADI PRADNYANA NIM 1104405074
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
i
SISTEM KONTROL DAYA LISTRIK PADA SALURAN MASUK PELAYANAN TENAGA LISTRIK MENGGUNAKAN SHORT MESSAGE SERVICE
Tugas Akhir Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Starata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana
I GEDE GUNADI PRADNYANA NIM 1104405074
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS
Tugas Akhir / Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.
Nama
: I Gede Gunadi Pradnyana
NIM
: 1104405074
Tanda Tangan
:
.............................. Tanggal
: .............................
iii
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir ini diajukan oleh: Nama
: I Gede Gunadi Pradnyana
NIM
: 1104405074
Jurusan
: Teknik Elektro
Judul Tugas Akhir
: SISTEM KONTROL DAYA LISTRIK PADA SALURAN MASUK PELAYANAN
TENAGA
LISTRIK
MENGGUNAKAN
SHORT
MESSAGE SERVICE Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana
DEWAN PENGUJI Pembimbing I
: Ir. I Wayan Arta Wijaya, MErg.,MT. NIP : 196603131993031001
Pembimbing II
: Ir. I Gusti Ngurah Janardana, MErg. NIP : 196208151992031002
Penguji
…………….
: Ir. Antonius Ibi Weking, MT. NIP : 196503311991031001
Penguji
…………….
: Anak Agung Ngurah Amrita, ST., MT. NIP : 196807171995031001
Penguji
…………….
…………….
: Ir. Cok Gede Indra Partha, M.Erg.,MT. NIP : 196505251992031004
…………….
Ditetapkan di
: Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Denpasar-Bali
Tanggal
:
MENGETAHUI Ketua Jurusan Teknik Elektro
Ir. I Nyoman Setiawan, MT. NIP. 19631229 199103 1 001
iv
KATA PENGANTAR
Om Swastiastu, puja dan puji syukur penulis panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga Tugas Akhir dengan judul “Sistem Kontrol Daya Listrik Pada Saluran Masuk Pelayanan Tenaga Listrik Menggunakan Short Message Service” telah dapat diselesaikan. Tugas Akhir ini disusun guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan sarjana starata satu (S1) Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyususan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar - besarnya kepada: 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D., selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Gede Sukadarmika,ST.,MSc., selaku Pembimbing Akademik. 4. Bapak Ir. I Wayan Arta Wijaya, MErg.,MT., selaku Dosen Pembimbing I yang telah memberikan arahan, saran - saran dan semangat dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. I Gusti Ngurah Janardana, MErg., selaku Dosen Pembimbing II yang telah memberikan arahan, saran - saran dan semangat dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 6. Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan doa dan dukungan secara moril. 7. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu. Penulis menyadari bahwa dalam
Tugas Akhir ini masih banyak
kekurangannya. Maka dari pada itu penulis mengharapkan saran dan kritik demi sempurnanya Tugas Akhir ini. Akhir kata penulis memohon maaf yang
v
sebesar - besarnya apabila ada kesalahan penulisan nama maupun kata - kata sehingga dapat menyinggung perasaan pembaca.
Bukit Jimbaran, 25 Agustus 2015 Penulis
vi
ABSTRAK Banyaknya tunggakan pembayaran energi listrik pada pelanggan pengguna kWh Meter pascabayar berpengaruh terhadap pendapatan yang diterima oleh PLN. Hal tersebut juga berpengaruh terhadap beban kerja dari bagian Pemutusan dan Penyambungan. Berdasarkan data yang diperoleh dari PT PLN (Persero) Rayon Denpasar, terdapat 4.493 pelanggan kWh Meter pascabayar yang melakukan tunggakan. Keadaan rumah pelanggan yang dalam keadaan terkunci serta tidak ada penghuni sangat menghambat tugas dari petugas Pemutusan dan Penyambungan. Solusi untuk membantu meringankan tugas dari petugas Pemutusan dan Penyambungan adalah mengintegrasikan switch pada saluran masuk pelayanan pada kWh Meter pascabayar yang dapat dikontrol oleh petugas Pemutusan dan Penyambungan dengan menggunakan SMS. Sistem kontrol daya listrik merupakan sebuah alat yang akan diintegrasikan pada kWh meter pascabayar. Alat ini dapat melakukan pemutusan energi listrik, penyambungan energi listrik dan cek status berdasarkan perintah yang dikirimkan oleh pengguna melalui pesan singkat. Jika perintah pemutusan atau penyambungan tidak terlaksana maka alat ini akan mengirimkan informasi balik ke pengguna dalam bentuk pesan singkat dengan isi pesan yaitu perintah yang dikirimkan sebelumnya serta status aliran energi listrik pada saat itu. Terdapat dua status yang dapat dikirimkan oleh alat ini yaitu status tersambung dan terputus. Status tersambung akan dikirim jika terdapat energi listrik pada APP sedangkan status terputus akan dikirim jika tidak terdapat energi listrik pada APP. Perintah yang dikirimkan dengan kode “PUTUS”, “SAMBUNG” dan “CEK STATUS” dapat diterima dan direspon dengan baik sesuai perencanaan. Alat dapat membaca perintah terakhir yang dikirimkan oleh pengguna. Jika terjadi pemadaman listrik maka alat ini tidak akan bekerja dan jika pemadaman listrik telah selesai maka alat akan mengeksekusi perintah terakhir yang dikirimkan oleh pengguna. Waktu yang diperlukan untuk pengiriman dan penerimaan pesan menggunakan SMS dengan menggunakan operator yang sama antara alat dan pengguna memiliki respon yang lebih cepat dibandingkan dengan menggunakan operator yang berbeda. Kuat sinyal serta jangkauan dari sinyal GSM juga dapat berpengaruh terhadap proses pengiriman dan penerimaan pesan menggunakan SMS. Konsumsi daya yang diperlukan oleh alat secara keseluruhan adalah sebesar 6,9 VA. Kata kunci : kWh Meter, Pelanggan, SMS
vii
ABSTRACT The large number payment arrears of electrical energy on customers “kWh Meter pascabayar” is affect for the income by PLN. It also affects for workload of “Pemutusan and Penyambungan” team. From data obtained in the PT PLN (Persero) Rayon Denpasar, There are 4,493 customers arrears for “kWh Meter pascabayar”. In addition the customers home is locked and no occupants is very hamper the task of “Pemutusan and Penyambungan” officers. To help ease the task of “Pemutusan and Penyambungan” officers then the solution is to integrate the switch on “saluran masuk pelayanan” at the “ kWh Meter pascabayar” which can be controlled by “ Pemutusan and Penyambungan” officers by SMS. Electrical power control system is a instrument that will be integrated on the “kWh Meter pascabayar”. This instrument can disconnection of electric energy, connection of electric energy and check status based on commands sent by the user via short messages service. If the disconnection or reconnection command is not executed then this instrument will submit information to users by a short message the content of the message that commands sent previously and the status of the electrical energy flow at the time. There are two states that can be delivered by instrument are “tersambung and terputus”. Status “tersambung” will be sent if there is electricity in the APP while the status terputus to be sent if there is no electricity in the APP. Commands sent by code “PUTUS” ,“SAMBUNG” and “CEK STATUS” can be received and responded well according to plan. Instrument can read the last command sent by the user. If the power goes out then this instrument will not work and if the power outage has been completed then the instrument will be execution the last command sent by users. The time required for sending and receiving messages using SMS uses the same operator between the instrument and the user has a faster response compared to using a different operator. Strength and range of the GSM signal can also affect the process of sending and receiving messages using SMS. Power consumption required by the instrument is 6,9 VA. Keywords
: kWh Meter, Customer, SMS.
viii
DAFTAR ISI Halaman JUDUL ............................................................................................................
i
LEMBAR PERSYARATAN GELAR SARJANA .........................................
ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................
iv
KATA PENGANTAR ....................................................................................
v
ABSTRAK .......................................................................................................
vii
ABSTRACT .......................................................................................................
viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................
xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................
xv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ..................................................
xvi
DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xviii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...........................................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................
2
1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................
2
1.4 Manfaat Penelitian .....................................................................................
3
1.5 Batasan Masalah ........................................................................................
3
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................
4
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Mutakhir .....................................................................................
5
2.2 Sambungan Tenaga Listrik Tegangan Rendah ..........................................
6
2.3 Global System For Mobile Communication ..............................................
7
2.3.1 General Packet Radio Service ..........................................................
7
2.3.2 Short Message Service ......................................................................
8
2.4 Blok Diagram Hardware ...........................................................................
9
2.4.1 Arduino .............................................................................................
10
2.4.1.1 Arduino Uno R3 ....................................................................
10
ix
2.4.2 Modul IComSat v1.1-SIM900 GSM/GPRS .....................................
11
2.4.3 Optocoupler.......................................................................................
13
2.4.4 Transistor ..........................................................................................
13
2.4.5 Relay .................................................................................................
15
2.4.6 Transformator ...................................................................................
16
2.4.7 Dioda .................................................................................................
16
2.4.8 Kapasitor ...........................................................................................
16
2.4.9 Voltage Regulator .............................................................................
17
2.5 Arduino IDE...............................................................................................
17
BAB III MATERI DAN METODE PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ....................................................................
20
3.2 Data ............................................................................................................
20
3.2.1 Sumber data ......................................................................................
20
3.2.2 Jenis data ...........................................................................................
20
3.2.3 Metode pengumpulan data ................................................................
20
3.3 Bahan .........................................................................................................
21
3.4 Peralatan Kerja ...........................................................................................
21
3.5 Langkah Penelitian.....................................................................................
22
3.6 Pemodelan Sistem ......................................................................................
23
3.7 Metode Perancangan Sistem Kontrol Daya Listrik Pada Saluran Masuk Pelayanan Tenaga Listrik Menggunakan Short Message Service .............
24
3.7.1 Perancangan perangkat keras ............................................................
25
3.7.1.1 Perancangan rangkaian catu daya .........................................
25
3.7.1.2 Perancangan rangkaian driver relay......................................
26
3.7.1.3 Perancangan AC volt detector ..............................................
27
3.7.1.4 Perancangan mikrokontroler .................................................
28
3.7.2 Perancangan perangkat lunak............................................................
29
3.8 Alur Kerja Pemutusan dan Penyambungan ...............................................
31
x
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Sistem Pemutusan dan Penyambungan Energi Listrik Pada kWh Meter Pascabayar Bagi Pelanggan Yang Menunggak ..........................................
33
4.2 Realisasi Hasil Perancangan ......................................................................
33
4.2.1 Penjelasan gambar pada blok diagram kontrol daya listrik ..............
35
4.2.2 Penjelasan gambar pada blok diagram
pemodelan APP pada
pelanggan ..........................................................................................
36
4.3 Pengujian dan Pembahasan Hasil Perancangan .........................................
37
4.3.1 Pengujian dan pembahasan rangkaian catu daya ..............................
37
4.3.1.1 Pengujian stabilitas tegangan ................................................
37
4.3.1.2 Pengujian konsumsi daya listrik ...........................................
42
4.3.2 Pengujian dan pembahasan rangkaian mikrokontroler .....................
46
4.3.3 Pengujian dan pembahasan rangkaian driver relay ..........................
48
4.3.4 Pengujian dan pembahasan rangkaian AC volt detector...................
51
4.3.5 Pengujian dan pembahasan modul IComSat V1.1-SIM900 .............
53
4.4 Pengujian Keseluruhan Sistem ..................................................................
58
4.4.1 Pengujian pemutusan energi listrik ...................................................
58
4.4.2 Pengujian penyambungan energi listrik ............................................
61
4.4.3 Pengujian pemantauan kondisi .........................................................
63
4.4.3.1 Perintah sambung dengan status tersambung........................
64
4.4.3.2 Perintah sambung dengan status terputus .............................
64
4.4.3.3 Perintah putus dengan status terputus ...................................
66
4.4.3.4 Perintah putus dengan status tersambung .............................
66
4.4.4 Pengujian pembacaan perintah terakhir ............................................
68
4.4.4.1 Pembacaan perintah “SAMBUNG” ......................................
68
4.4.4.2 Pembacaan perintah “PUTUS” .............................................
71
BAB V PENUTUP 5.1 Simpulan ....................................................................................................
74
5.2 Saran ..........................................................................................................
75
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
76
LAMPIRAN....................................................................................................
78
xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Sambungan Tenaga Listrik Tegangan Rendah...................................
6
Gambar 2.2 Cara Kerja SMS .................................................................................
8
Gambar 2.3 Blok Diagram Rangkaian ...................................................................
9
Gambar 2.4 Arduino Uno R3 ................................................................................. 11 Gambar 2.5 GSM Shield Icomsat V1.1 SIM 900 .................................................. 12 Gambar 2.6 Rangkaian Optocoupler ...................................................................... 13 Gambar 2.7 Simbul Transistor ............................................................................... 14 Gambar 2.8 Rangkaian Transistor Sebagai Saklar................................................ 15 Gambar 2.9 Voltage Regulator .............................................................................. 17 Gambar 3.1 Alur Prosedur Penelitian .................................................................... 22 Gambar 3.2 Pemodelan Sistem .............................................................................. 23 Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian ................................................................... 25 Gambar 3.4 Rangkaian Catu Daya ......................................................................... 26 Gambar 3.5 Rangkaian Driver Relay ..................................................................... 27 Gambar 3.6 Rangkaian AC Volt Detector ............................................................. 28 Gambar 3.7 Flowchart Program Utama ................................................................ 29 Gambar 3.8 Alur Kerja Pemutusan dan Penyambungan ........................................ 31 Gambar 4.1 Realisasi Hasil Perancangan............................................................... 34 Gambar 4.2 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Catu Daya ................................ 38 Gambar 4.3 Pengukuran Tegangan Keluaran Pada IC LM7805............................ 41 Gambar 4.4 Blok Diagram Pengujian Konsumsi Daya Listrik Keseluruhan......... 42 Gambar 4.5 Pengujian Konsumsi Daya Secara Keseluruhan ................................ 43 Gambar 4.6 Blok Diagram Pengujian Konsumsi Daya Listrik Pada Rangkaian Utama................................................................................................. 44 Gambar 4.7 Pengujian Konsumsi Daya Listrik Pada Rangkaian Utama ............... 46 Gambar 4.8 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ........................ 46
xii
Gambar 4.9 Tampilan Serial Monitor Pengujian Rangkaian Mikrokontroler ...... 48 Gambar 4.10 Blok Diagram Pengujian Rangkaian Driver Relay .......................... 48 Gambar 4.11 Tampilan Serial Monitor Pengujian Rangkaian Driver Relay ........ 50 Gambar 4.12 Blok Diagram Pengujian Rangkaian AC Volt Detector .................. 51 Gambar 4.13 Tampilan Serial Monitor Pengujian Rangkaian AC Volt Detector . 53 Gambar 4.14 Blok Diagram Pengujian Modul IComSat V1.1-SIM900 ................ 53 Gambar 4.15 Tampilan Pengujian Pengiriman dan Penerimaan SMS .................. 57 Gambar 4.16 Blok Diagram Pengujian Pemutusan Energi Listrik ........................ 58 Gambar 4.17 Tampilan Serial Monitor Pengujian Pemutusan Energi Listrik ....... 59 Gambar 4.18 Respon Dari Pengujian Pemutusan Energi Listrik ........................... 59 Gambar 4.19 Respon Ketika Terjadi Kegagalan Pada Perintah Pemutusan .......... 60 Gambar 4.20 Blok Diagram Pengujian Penyambungan Energi Listrik ................. 61 Gambar 4.21 Tampilan Serial Monitor Pengujian Penyambungan Energi Listrik 61 Gambar 4.22 Respon Dari Pengujian Penyambungan Energi Listrik .................... 62 Gambar 4.23 Respon Ketika Terjadi Kegagalan Pada Perintah Penyambungan ... 62 Gambar 4.24 Blok Diagram Pengujian Pemantauan Kondisi ................................ 64 Gambar 4.25 Tampilan SMS Perintah Sambung Dengan Status Tersambung ...... 64 Gambar 4.26 Tampilan SMS Perintah Sambung Dengan Status Terputus ............ 65 Gambar 4.27 Pengujian Pemantauan Kondisi Untuk Perintah Sambung dan Status Terputus ........................................................................................... 65 Gambar 4.28 Tampilan SMS Perintah Putus Dengan Status Terputus .................. 66 Gambar 4.29 Tampilan SMS Perintah Putus Dengan Status Tersambung ............ 66 Gambar 4.30 Pengujian Pemantauan Kondisi Untuk Perintah Putus dan Status Tersambung .................................................................................... 67 Gambar 4.31 Blok Diagram Pengujian Pembacaan Perintah Terakhir “SAMBUNG” ......................................................................................................... 68 Gambar 4.32 (a) Pengiriman Perintah “SAMBUNG” (b) Respon Dari Alat ........ 69 Gambar 4.33 Pemutusan Sumber Energi Listrik Dengan Perintah Terakhir “SAMBUNG” .................................................................................. 69
xiii
Gambar 4.34 (a) Hasil Pembacaan Perintah “SAMBUNG” (b) Respon Dari Alat 70 Gambar 4.35 Blok Diagram Pengujian Pembacaan Perintah Terakhir “PUTUS”. 71 Gambar 4.36 (a) Pengiriman Perintah “PUTUS” (b) Respon Dari Alat ................ 71 Gambar 4.37 Pemutusan Sumber Energi Listrik Dengan Perintah Terakhir “PUTUS” ......................................................................................... 72 Gambar 4.38 (a) Hasil Pembacaan Perintah “PUTUS” (b) Respon Dari Alat....... 72
xiv
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Hasil Pengujian Tegangan Keluaran Rangkaian Catu Daya..................
39
Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus Secara Keseluruhan ..................
43
Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Tegangan dan Arus Pada Rangkaian Utama ............
44
Tabel 4.4 Pengujian Pembacaan Perintah “PUTUS” .............................................
60
Tabel 4.5 Pengujian Pembacaan Perintah “SAMBUNG”......................................
63
Tabel 4.6 Pengujian Pembacaan Perintah “CEK STATUS” .................................
67
Tabel 4.7 Respon Pembacaan Perintah “SAMBUNG” .........................................
70
Tabel 4.8 Respon Pembacaan Perintah “PUTUS” .................................................
73
xv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
AC
= Alternating Curent
ADC
= Analog to Digital Converter
APP
= Alat Pengukur dan Pembatas
DC
= Direct Current
DPDT
= Double Pole Double Throw
DPST
= Double Pole Single Throw
EEPROM
= Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory
ETSI
= European Telecommunication Standard Institute
FDMA
= Frequency Division Multiple Acces
GPRS
= General Packet Radio Service
GSM
= Global System For Mobile Communication
IDE
= Integrated Development Environment
IML
= Instalasi Milik Pelanggan
JTR
= Jaringan Tegangan Rendah
KWH
= Kilo Watt Hour
LED
= Light Emitting Diode
NC
= Normally Close
NO
= Normally Open
PCB
= Printing Circuit Board
PLN
= Perusahaan Listrik Negara
RISC
= Reduced Intrution Set Computer
RTC
= Real Time Clock
SLP
= Saluran Luar Pelayanan
SMP
= Saluran Masuk Pelayanan
SMS
= Short Message Service
SMSC
= Short Message Service Center
xvi
SPDT
= Single Pole Double Throw
SPST
= Single Pole Single Throw
SPTR
= Saluran Pelayanan Tegangan Rendah
TDMA
= Time Division Multiple Acces
UART
= Universal Asyncronous Receiver/Transmiter
USB
= Universal Serial Bus
WAP
= Wireless Application Protocol
xvii
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1: Jadwal Kegiatan ................................................................................ 79 Lampiran 2: Daftar Anggaran Biaya ...................................................................... 80 Lampiran 3: Data Sheet Arduino Uno R3.............................................................. 81 Lampiran 4: Data Sheet IComSat V1.1- SIM 900 GSM/GPRS ............................ 87 Lampiran 5: Data Sheet Relay ............................................................................... 94 Lampiran 6: Data Sheet LM78XX ......................................................................... 96 Lampiran 7: Data Tunggakan Pelanggan Bulan Mei 2015 .................................... 104 Lampiran 8: Listing Program Sistem Kontrol Daya Listrik................................... 106
xviii
