SISTEM PEMANTAUAN PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLER DAN WEBSITE

Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 21 November 2015 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor

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-41

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

FI-44


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


FI-45

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

FI-46


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. A

Mulai

A Inisialisasi Sensor arus, sensor tegangan, sensor RPM

B

C

Baca Data Sensor Arus

D

Baca Data Sensor Tegangan

E

Baca Data RPM

Mulai

B

Inisialisasi Register, variabel

C

Sampling data

G Kirim Pesan Eror Ke website

D

Value = (sampling * 5) / 1023

E

Aktual = value – 2.5

F

Arus = aktual * 1000

Tidak

F

Data diterima

Ya

H

Kirim Data Ke Datalogger

I

Kirim Data Ke web server

J

Tampilkan Data di website

G

Arus = arus / 1000

H

Kirim nilai arus I Ya

Tidak Ya

Tidak

Delay 1 detik

Delay 3 Detik

K

L

Selesai

stop

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.


FI-47

Mulai

A

B

Inisialisasi R1 R2

C

Sampling data

D

Value = (sampling * 5)/ 1023

E

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

F

Vout < 0,2

Tidak

Ya

G

Vout = 0,00

H

Tampilkan nilai tegangan

I Ya Tidak

Sudah 1 detik

J

stop

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

FI-48


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 Multimeter Sensor Data keEror (%) (V) (V) 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. 30 20

multimeter 10

sensor

0 1 5 9 13 17 21 25 29 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.


No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

FI-49

Tabel 2 Pengujian Sensor Arus Sensor (A) Multimeter (A) Eror (%) -1,53 1,28 1,30 4,00 0,26 0,25 -2,96 1,31 1,35 1,45 1,39 1,37 3,26 0,95 0,92 -6,45 1,45 1,55 1,93 1,58 1,55 -4,60 1,45 1,52 3,38 1,83 1,77 1,74 1,75 1,72

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. 6

4 2 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 sensor

multimeter

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. No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabel 3 Pengujian Sensor RPM Sensor RPM Tachometer 1650 1655 1588 1590 1458 1455 1425 1422 1230 1233 1125 1120 1275 1277 2340 2347 2450 2453 3450 4320

FI-50


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 ke10. 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. 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

Tachometer Sensor

1 5 9 13 17 21 25 29 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


FI-51

Hasil pengujian di lapangan diperlihatkan pada tabel 4.

Data ke1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Tabel 4 Pengujian lapangan Tegangan Arus Daya Kecepatan putaran (V) (A) (W) (RPM) 12.29 6.32 77.64 225 9.81 5.81 56.98 120 12.07 7.05 85.07 225 17.23 9.36 161.20 255 12.83 8.72 131.51 225 12.83 8.14 104.35 150 14.38 7.03 101.11 135 10.24 4.95 50.69 135 9.97 5.80 57.84 105 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.

FI-52


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 TENAGA ANGIN BERBASIS MIKROKONTROLER DAN WEBSITE

Recommend Documents