RANCANG BANGUN BUILDING AUTOMATION SYSTEM DENGAN MENERAPKAN KONTROL LOGIKA FUZZY UNTUK PENGATURAN KIPAS ANGIN DAN AIR CONDITIONER PADA GEDUNG D4 LANTAI 3 Syechu Dwitya N1,Anang Tjahjono 2, Joke Pratilastiarso 3 PENS-ITS, Surabaya, 2 PENS-ITS, Surabaya, 3 PENS-ITS, Surabaya Politeknik Elektronika Negeri Surabaya β ITS, Surabaya 60111, Email :
[email protected],
[email protected],
[email protected] 1
Abstrak Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan yang sangat vital di Politeknik Elektronika Negeri Surabaya (PENS) dan wajib diterapkan efisiensi energi di dalamnya. Untuk mendapatkan efisiensi energi listrik maka dibuatlah Building Automation System (BAS) yang diaplikasikan untuk beban kipas angin, dan juga air conditioner (AC). BAS dioperasikan melalui PLC menggunakan Kontrol Logika Fuzzy (KLF) yang inputnya dari sensor Passive Infra Red (PIR), LM35, dan LDR. Dengan mengolah input-input tersebut menggunakan KLF didapatkan penghematan daya AC di laboratorium (LAB) sebesar 8.96% dari penggunaan daya sebesar 151.44kWh menjadi 137.97kWh selama 4 hari dan juga didapatkan penghematan daya kipas angin sebesar 12.63% dari penggunaan daya sebesar 7.9kWh menjasi 6.9kWh selama 5 hari. Kata kunci: KLF, PIR, LDR, LM35, BAS. 1. Pendahuluan Gedung D4 PENS memiliki 14 kelas yang didalamnya terdapat beban lampu, receptacle, dan kipas angin dan juga memiliki 18 laboratorium yang 17 diantaranya terdapat beban lampu, receptacle, dan AC sedangkan 1 laboratorium terdapat beban lampu, receptacle, dan blower. Dalam satu bulan rata-rata pemakaian daya untuk AC sebesar 78.885kWh, lampu sebesar 12.813kWh, peralatan sebesar 38.442kWh. Dari beban yang ada hampir keseluruhan tidak terkontrol dengan kata lain tidak ada penjadwalan ataupun secara manual dalam penggunaanya. Sehingga dalam keadaan jam kosong, ataupun istirahat masih bisa dipergunakan. Bahkan ada beban-beban yang lupa untuk dimatikan sehingga terjadi pemborosan. Dengan melihat keadaan tersebut kami menerapkan BAS pada gedung D4 PENS untuk penekanan pemakain daya pada beban AC dan kipas angin.
2. Dasar Teori 2.1 PLC PLC yang digunakan adalah PLC Modicon Quantum keluaran produksi dari Scheneider Electric yang dalam pemrogrammanya menggunakan software Unity pro dengan struktur bahasa yang digunakan Ladder logic. PLC tersebut memiliki masukan digital 32 IN (4 grup x 8 poin) dan keluaran digital 32 OUT (4 grup x 8 poin) dengan operating voltage (maksimum) 19,2 sampai 30 Vdc. Semua rak yang disediakan bisa dipasangkan dengan I/O module discrete maupun analog. 2.2 FLC (Fuzzy Logic Controller) Secara umum pengendali logika fuzzy memiliki kemampuan sebgai berikut : 1. Beroprasi tanpa campur tangan manusia secara langsung, tetapi memiliki efektivitas yang sama dengan pengendali manusia. 2. Mampu menangani system-sitem yang kompleks, non-linier dan tak stasioner. 3. Memenuhi spesifikasi operasional dan criteria kinerja. 4. Struktur sederhana, kuat dan beroperasi real time. Stuktur dasar system pengendali logika fuzzy ditunjukan pada gambar berikut. Kontroller
Data Base
Z-1
-
dE
+
+
Fuzzyfikasi
Control Rule Base
Defuzzyfikasi
Proses/system
Output
Sensor
Gambar 2.2.1 Stuktur dasar system control logika fuzzy Stuktur logika fuzzy yang dikembangkan tampak pada gambar berikut ini. Pada gambar tersebut terdapat proses kwantisasi, yaitu proses pengubahan sinyal masukan-dalam hal ini error dan delat errormenjadi sinyal yang terkwantisasi (E dan dE) untuk diproses selanjutnya.
MOTION Proses
Aturan
Defuzzyfikasi
Fuzzyfikasi
Kwantisasi
Error
FUZZY
SPEED OF FAN
LDR
Gambar 2.2.2 Struktur pengendali logika fuzzy 3 Rancangan Sistem 3.1 Blok Diagram Berikut ini adalah blok diagram dari sistem secara keseluruhan:
Gambar 3.2.2 Blok Diagram FLC Untuk Kipas Angin
SUHU
FUZZY
EARLY WARNING AC
Gambar 3.2.3 Blok Diagram FLC Untuk AC 3.3 Perencanaan Kontrol Logika Fuzzy Pada PLC Dalam prosesnya, ada 5 tahapan dalam membangunan logika fuzzy, yaitu menentukan crisp input dan crisp output, menentukan fungsi keanggotaan, Fuzzifikasi, Evaluasi aturan dan defuzzyfikasi. 3.3.1 Menentukan crisp input dan crisp output Dalam pembuatan Kontrol Logika Fuzzy ini menggunakan 4 buah input dan 3 buah ouput seperti gambar 3.2.1.
Gambar 3.1.1 Blok Diagram Sistem 3.2 Blok Diagram Kontrol Keseluruhan Building Automation system ini kami kontrol menggunakan metode fuzzy logic control sebagai berikut : SUHU KIPAS ANGIN MOTION
3.3.2 Fungsi keanggotaan Penerapan pada PLC, tahapan ini berupa deklarasi nilai pada masing label pada 4 buah input dan 3 buah output, misal untuk deklasi fungsi keanggotaan dari variabel input Itensitas Cahaya sebagai berikut ST_0:=1500.0; ST_1:=0.0; ST_2:=2500.0; ST_3:=5000.0; 3.3.3 Fuzzifikasi Ide dasar pembuatan proses fuzzifikasi ini adalah dengan menggunakan rumus persamaan garis lurus yang melewati dua buah titik.
FUZZY LDR AC
Gambar 3.2.1 Blok Diagram FLC Keseluruhan Breakdown dari keseluruhan control Fuzzy diatas dibagi menjadi dua, yaitu fuzzy untuk mengontrol kipas angin dan fuzzy untuk mengontrol AC.
(3) Penerapannya pada PLC akan menjadi sebagai berikut : a. Untuk bentuk Trapezoid. { IF lev_cahaya<ST_0 THEN Lev1:=1.0; ELSIF lev_cahaya >=ST_3 THEN Lev1:=0.0; ELSIF lev_cahaya>ST_0 and lev_cahaya <ST_3 THEN Lev1:=((ST_3-lev_cahaya)/(ST_3-ST_2)); END_IF; }
b. Untuk bentuk Triangular. { IF lev_cahaya
T_3 THEN Lev2:=0.0; ELSIF lev_cahaya>T_1 and Lev_cahayaT_2 and lev_cahaya =0.0 and Absnsi_ada>=0.0 and M0>=0.0 then Rule1:= lev1 *M0; End_If; 3.3.5 Defuzzifikasi Pada dasarnya defuzzifikasi ada beberapa metode. Tapi untuk proses BAS ini digunakan metode COG (center of gravity).
Sedangkan untuk design penempatan dari PIR dan LDR untuk ruang kelas seperti pada gambar 3.4.2 di bawah ini.
9m
LDR
PIR PI R 1 PIR PI R 2
7,2 m 7.2 m Gambar 3.4.2 Penempatan Sensor PIR dan LDR di Ruang Kelas. Ada 2 buah PIR dalam ruangan 9 m x 7.2 m luasnya 64.8 π2 . Sedangkan tinggi ruang kelas = 3 m. Dan untuk jangkauan dari PIR itu sendiri sebagai berikut
3.4 Penempatan Passive Infra Red (PIR) dan LDR di Ruang Lab dan Kelas. Untuk design penempatan dari sensor motion beserta LDR untuk ruang LAB seperti pada gambar 3.4.1 di bawah ini
Gambar 3.4.3 Jangkauan Sensor PIR
LM35
Gambar 3.4.1 Penempatan Sensor PIR dan LM35 di Ruang LAB.
Sudut yang terbentuk dengan jarak 3 meter dari lantai adalah 600 . Untuk mencari jari-jari jangkauan maka : 3 πππ 30 = π π = 3.46 π π¦ π ππ 30 = 3.46 π¦ = 1.73 π (1) Jadi jari-jari jangkauan PIR adalah 1.73 meter, maka luas jangkauan dari PIR adalah πΏ = ππ 2 πΏ = π π₯ 1.732 πΏ = 9.4 π2 (2)
4 Hasil Penelitian 4.1 Simulasi FLC Untuk Mengatur Kipas Angin Untuk pengontrolan kipas angin digunakan FLC yang inputnya dari motion sensor dan LDR
Berikut ini adalah pengujian output dengan cara merubah-ubah nilai dari kedua input ataupun salah satunya.
Gambar 4.1.1 Uji Simulasi FLC pada Matlab untuk Mengontrol kipas Angin Input dari sensor motion sendiri dibagi menjadi 4 bagian yaitu zero, small, medium, big yang diartikan dalam nilai berapa banyak aktifitas di dalam ruangan. Gambar 4.1.5 Pengujian Output 4.3.5 Perbandingan Nilai Simulasi dan Implementasi LDR Jumlah (real output_fuzzy Output Motion dalam speed kipas angin Matlab V)
0
Gambar 4.1.2 Data Input Motion
0 2500 5000 0 2500 5000 0 2500 5000 0 2500 5000 0 2500 5000 0 2500 5000
1
Input dari sensor LDR sendiri dibagi menjadi 3 bagian yaitu terang, normal, redup.
2
3
4 Gambar 4.1.3 Data Input LDR Sedangkan data output speed kipas angin menyala yang diperoleh terbagi dalam 4 range yaitu nol, speed satu, speed dua, speed tiga.
5
0 0 0 2 2 1 2 2 1 3 2 1 3 2 2 3 3 2
0 0 0 1.99 1.99 1 2.33 1.99 1 3 1.99 1 3 2.33 1.5 3 3 1.99
4.3.6 Cuplikan salah pemakaian daya kipas angin kipas A301 jam W Wh
Gambar 4.1.4 Data Output Speed kipas Angin
senin
2.3
180
414
selasa
3.16
180
568.8
rabu
1.8
180
324
kamis
2.8
180
504
jumat
0.75
180
135
Total pemakaian daya kipas angin sebelum implementasi BAS sebesar 7923.6 Wh atau 7.9 kWh dan setelah menerapkan BAS pemakaian daya menjadi 6915 Wh atau 6.9 kWh, maka efisiensinya sebesar 12.63%. 4.3.7 Cuplikan salah pemakaian daya AC lama Teg Arus Daya Hari PF on (V) (A) (kWh) 3.43 senin 375 5 0.97 10.8 jam 3.83 selasa 375 5 0.97 12.05 jam 4.71 Rabu 375 5 0.97 14.82 jam 4.08 kamis 375 5 0.97 12.81 jam Total pemakaian daya AC sebelum implementasi BAS sebesar 151.44 kWh dan setelah menerapkan BAS pemakaian daya menjadi 137.97 kWh, maka efisiensinya sebesar 8.96%.
5 Kesimpulan Dengan penggunaan BAS untuk mengontrol kipas angin didapatkan efisiensi daya sebesar 12.63% dalam 5 hari dari penggunaan daya sebesar 7.9kWh menjasi 6.9kWh dan efisiensi daya 8.96% untuk pemakaian AC di lab Factory automation dari penggunaan daya sebesar 151.44kWh menjadi 137.97kWh selama 4 hari. 6 Daftar Pustaka [1]. Sibigtroth, James M., "Fuzzy Logics", April, 1992, AI Expert. [2]. Ahidul Bariz,Zyendy. Pemanfaatan Magelis Touchscreen sebagai Human Machine Interface berbasis TCP/IP multivendor PLC networking, Proyek Akhir Politeknik Elektornika Negeri Surabaya, 2010. [3]. Unity Pro XL 4: Standard Block Library [4]. Unity Pro XL Manual Schneider Electric [5]. Tutorial Vijeo Designer, Telemecanique [6]. Risky Abadi, Yanuar . Rancang Bangun Supervisory Control And Data Acquisition (Scada) Pada Proses Pencucian Filter Secara Otomatis Di Pdam Karangpilang I Surabaya, Proyek Akhir Politeknik Elektornika Negeri Surabaya, 2010.
