viii
INTISARI
Smart home dengan HMI berbasis android ini penelitian ini memberikan salah satu aplikasi dari perangkat otomasi yaitu dengan menggunakan PLC Modicon TM221CE40R atau M221. PLC ini mengendalikan proses dari sebuah sistem smart home dengan kendali melalui HMI android dan komunikasi melalui jaringan internet. Sistem mempunyai kemampuan pengendalian melalui HMI android via internet untuk lampu (ON/OFF) , motor DC (buka/tutup pintu garasi dan pintu gerbang), serta pengaktifan indikator keamanan.
Aplikasi dari sistem smart home ini terdiri dari pengendali lampu, pengendali motor, dan pengendali keamanan. Proses pengendalian lampu terdiri dari lima buah lampu AC yang dikendalikan dengan saklar manual dan HMI android (SCADATOUCH). Proses pengendalian motor terdiri dari motor DC 12 volt sebagai penggerak dikendalikan melalui HMI android dan limit switch sebagai batas atas dan batas bawah. Proses yang terakhir adalah pengendalian keamanan. Pada pengendalian ini terdapat tiga sensor, yaitu: sensor PIR, sensor ultraviolet, dan sensor cahaya/LDR. Sensor PIR berfungsi untuk mendeteksi gerakan asing, sensor ultraviolet berfungsi untuk mendeteksi sinar UV dari matahari guna mengendalikan lampu secara otomatis, dan sensor cahaya berfungsi untuk mendeteksi manusia yang masuk melalui pintu rumah. Semua data dan peringatan akan ditampilkan pada HMI android (SCADATOUCH).
Dari hasil pengujian dan analisa, sistem pengendalian lampu dan motor beroperasi sesuai perintah yang diberikan. Untuk pengendali keamanan, sensor PIR dapat mendeteksi gerakan dengan baik pada jarak maksimal 3 meter, sensor cahaya/LDR berfungsi mendeteksi dan mengirim data alarm saat kedua sensor ON, dan pada sensor ultraviolet dapat bekerja pada saat terpapar sinar ultraviolet langsung, sehingga pada saat berada di dalam ruangan sensor ini tidak akan bekerja.
ix
ABSTRACT
Smart home with this android-based HMI This study provides one of the applications of automation devices by using TM221CE40R or Modicon M221 PLC. The PLC controls the process of a smart home system with control via the HMI android and communication through the Internet. The system has the ability to control via the HMI android via internet for the lights (ON / OFF), the DC motor (open / close garage doors and gates), as well as the activation of the security indicator.
Application of smart home system consists of a light controller, motor controllers, and security control. Light control process consists of five lights controlled air conditioning with manual switch and HMI android (SCADATOUCH). Process control motor consists of a 12 volt DC motor as the driving is controlled through the HMI android and limit switch as the upper limit and lower limit. The latter process is a security control. In this control there are three sensors, namely: PIR sensors, ultraviolet sensor, and light sensor / LDR. PIR sensor is used to detect the movement of foreigners, ultraviolet sensors used to detect the UV rays of the sun in order to control the lights automatically, and light sensor serves to detect the man who came through the door of the house. All data and a warning will be displayed on the HMI android (SCADATOUCH).
i
TUGAS AKHIR
APLIKASI PLC MODICON M221 UNTUK SMART
HOME DENGAN HMI BERBASIS ANDROID
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik pada
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Disusun oleh :
BENEDIKTUS TRI APRIYANTO NIM : 125114028
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
APPLICATION OF PLC MODICON M221 FOR
SMART HOME WITH HMI-BASED ANDROID
Presented as partial fulfillment of the requirements for the degree of Sarjana Teknik
Department of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University
BENEDIKTUS TRI APRIYANTO NIM : 125114028
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
Skripsi ini kupersembahkan untuk :
Bapak, Ibu, Pacar, Kakak, dan teman-teman elektro USD angkatan 2012
Yang seslalu mendampingi dan memberi semangat
“
“
viii
INTISARI
Smart home dengan HMI berbasis android ini penelitian ini memberikan salah satu aplikasi dari perangkat otomasi yaitu dengan menggunakan PLC Modicon TM221CE40R atau M221. PLC ini mengendalikan proses dari sebuah sistem smart home dengan kendali melalui HMI android dan komunikasi melalui jaringan internet. Sistem mempunyai kemampuan pengendalian melalui HMI android via internet untuk lampu (ON/OFF) , motor DC (buka/tutup pintu garasi dan pintu gerbang), serta pengaktifan indikator keamanan.
Aplikasi dari sistem smart home ini terdiri dari pengendali lampu, pengendali motor, dan pengendali keamanan. Proses pengendalian lampu terdiri dari lima buah lampu AC yang dikendalikan dengan saklar manual dan HMI android (SCADATOUCH). Proses pengendalian motor terdiri dari motor DC 12 volt sebagai penggerak dikendalikan melalui HMI android dan limit switch sebagai batas atas dan batas bawah. Proses yang terakhir adalah pengendalian keamanan. Pada pengendalian ini terdapat tiga sensor, yaitu: sensor PIR, sensor ultraviolet, dan sensor cahaya/LDR. Sensor PIR berfungsi untuk mendeteksi gerakan asing, sensor ultraviolet berfungsi untuk mendeteksi sinar UV dari matahari guna mengendalikan lampu secara otomatis, dan sensor cahaya berfungsi untuk mendeteksi manusia yang masuk melalui pintu rumah. Semua data dan peringatan akan ditampilkan pada HMI android (SCADATOUCH).
Dari hasil pengujian dan analisa, sistem pengendalian lampu dan motor beroperasi sesuai perintah yang diberikan. Untuk pengendali keamanan, sensor PIR dapat mendeteksi gerakan dengan baik pada jarak maksimal 3 meter, sensor cahaya/LDR berfungsi mendeteksi dan mengirim data alarm saat kedua sensor ON, dan pada sensor ultraviolet dapat bekerja pada saat terpapar sinar ultraviolet langsung, sehingga pada saat berada di dalam ruangan sensor ini tidak akan bekerja.
ix
ABSTRACT
Smart home with this android-based HMI This study provides one of the applications of automation devices by using TM221CE40R or Modicon M221 PLC. The PLC controls the process of a smart home system with control via the HMI android and communication through the Internet. The system has the ability to control via the HMI android via internet for the lights (ON / OFF), the DC motor (open / close garage doors and gates), as well as the activation of the security indicator.
Application of smart home system consists of a light controller, motor controllers, and security control. Light control process consists of five lights controlled air conditioning with manual switch and HMI android (SCADATOUCH). Process control motor consists of a 12 volt DC motor as the driving is controlled through the HMI android and limit switch as the upper limit and lower limit. The latter process is a security control. In this control there are three sensors, namely: PIR sensors, ultraviolet sensor, and light sensor / LDR. PIR sensor is used to detect the movement of foreigners, ultraviolet sensors used to detect the UV rays of the sun in order to control the lights automatically, and light sensor serves to detect the man who came through the door of the house. All data and a warning will be displayed on the HMI android (SCADATOUCH).
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Bapa Yang Maha Kuasa atas segala kasih dan pertolongan-Nya melalui Tuhan Yesus Kristus, serta karunia Roh Kudus, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Aplikasi PLC Modicon M221 untuk Smart Home dengan HMI Berbasis Android” dengan segenap kerja keras sebagai syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
Penulis menyadari bahwa selama penulisan skripsi ini tidak lepas dari bantuan, dukungan, arahan, dan bimbingan berbagai pihak, yang telah menyumbangkan pikiran dan tenaga kepada penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung, maka pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus Sang Juru Selamat sebagai semangat hidupku dan Bapa,
Putra, Roh Kudus yang selalu membimbing, menuntun dan menjagaku dalam menjalani hidup ini.
2. Ibu Bernadeta Wuri Harini, S.T., M. T. selaku dosen pembimbing atas
bimbingan, pengarahan, waktu, pengetahuan dan kesabaran yang diberikan selama proses pengerjaan tugas akhir. Berkat dukungan beliau penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
3. Bapak Ir. Tjendro, M. Kom. dan ibu Ir. Theresia Prima Ari Setyani, M. T. selaku dosen penguji yang telah memberi pertanyaaan-pertanyaan dan saran-saran kepada penulis atas tugas akhir ini.
4. Dosen dan Karyawan Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu pengetahuan dan bantuan kepada penulis
selama proses pengerjaan.
5. Segenap keluarga tercinta penulis, Bapak, Mamak, dan Kakak untuk setiap
doa, kesabaran, kasih sayang, dukungan materi yang diberikan kepada penulis dari awal kuliah sampai dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
6. Christella Pradista Riyana Putri, untuk pengorbanan, kesabaran, motivasi,
semangat, doa, waktu serta kasih sayang yang begitu besar dalam mendampingi penulis selama menyelesaikan tugas akhir ini.
7. Sahabat dan teman seangkatan Teknik Elektro 2012, untuk kenangan, bantuan,
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL INDONESIA ... i
HALAMAN JUDUL INGGRIS ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA TULIS ... v
MOTTO DAN HALAMAN PESEMBAHAN ... vi
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH ... vii
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR TABEL ... xx
DAFTAR LAMPIRAN ... xxii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat... 4
1.3. Batasan Masalah... 4
1.4. Metodologi Penelitian ... 5
xiii BAB II DASAR TEORI
2.1. Smart Home ... 8
2.2. Programable Logic Controller (PLC) ... 8
2.2.1. Bagian-bagian PLC Modicon TM221CE40R ... 10
2.2.2. Metode Pemrograman PLC ... 14
2.3. Sensor ... 15
2.3.1. Sensor Ultraviolet (GUVA-S12D Sensor) ... 16
2.3.1.1. Prinsip Kerja Sensor Ultraviolet ... 17
2.3.2. Sensor Pergerakan (PIR Motion Sensor) ... 17
2.3.2.1. Prinsip Kerja Sensor Pergerakan ... 18
2.3.3. Sensor Cahaya/LDR (Light Dependent Resistor) ... 18
2.3.3.1. Prinsip Kerja Sensor Cahaya ... 18
2.3.4. Dioda LASER (LASER Pointer) ... 20
2.3.4.1. Prinsip Kerja Dioda LASER ... 20
2.3.5. Limit Switch ... 21
2.3.5.1. Prinsip Kerja Limit Switch ... 22
2.4. Motor DC ... 22
2.4.1. Bagian-bagian Motor DC ... 24
2.4.2. Prinsip Kerja Motor DC ... 25
2.5. Relay ... 26
2.5.1. Prinsip Kerja Relay ... 26
xiv
2.6.1. Prinsip Kerja SCADATOUCH ... 27
BAB III PERANCANGAN 3.1. Pendahuluan ... 29
3.2. Perancangan Perangkat Keras Mekanis ... 30
3.3. Perancangan Perangkat Keras Elektronis ... 32
3.3.1. Driver motor DC ... 32
3.3.2. Pendeteksi benda... 32
3.3.3. Lampu AC ... 33
3.4. Perancangan Perangkat Lunak ... 35
3.4.1. Perancangan SCADA pada Android ... 35
3.4.2. Diagram Alir SCADA ... 36
3.4.3. Proses Login ... 37
3.4.4. Proses Pengendalian Lampu ... 38
3.4.5. Proses Pengendalian Pintu Gerbang dan Pintu Garasi ... 40
3.4.6. Proses Pengendalian Keamanan ... 41
3.4.7. Perancangan PLC ... 43
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Cara Kerja Alat ... 46
4.2. Pengujian Alat Keseluruhan ... 48
4.3. Analisa Perangkat Keras ... 56
4.3.1. Motor Penggerak Gerbang dan Garasi ... 58
xv
4.3.3. Sensor Cahaya/LDR ... 59
4.3.4. Sensor Ultraviolet ... 60
4.3.5. Sensor Gerak/PIR ... 60
4.3.6. Modul Terminal dan Power Supplay ... 62
4.4. Analisa Perangkat Lunak ... 63
4.4.1. Pemrograman Ladder ... 63
a. Kontrol Motor DC ... 63
b. Kontrol Lampu AC dengan Saklar Tunggal ... 64
c. Kontrol Lampu AC dengan Saklar Tukar ... 67
d. Kontrol Keamanan ... 69
4.4.2. SCADA/SCADATOUCH ... 72
a. Login Form ... 72
b. Pengendali Lampu ... 75
c. Pengendali Motor ... 76
d. Keamanan ... 77
e. Komunikasi Via Ethernet ... 78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 81
5.2. Saran ... 81 DAFTAR PUSTAKA
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Diagram blok perancangan ... 6
Gambar 2.1. Bagian-bagian PLC M221 ... 10
Gambar 2.2. LED indicator pada PLC M221 ... 11
Gambar 2.3. Contoh Instruction List ... 14
Gambar 2.4. Contoh Ladder Diagram ... 15
Gambar 2.5. Ilustrasi sensor... 15
Gambar 2.6. GUVA_S12D ... 16
Gambar 2.7. Kurva responsivitas spectral ... 17
Gambar 2.8. Piroelektrik PIR sensor ... 18
Gambar 2.9. LDR (Light Dependent Resistor) ... 19
Gambar 2.10. Skema rangkaian pengondisi sinyal LDR ... 19
Gambar 2.11. LASER pointer ... 21
Gambar 2.12. Micro limit switch ... 22
Gambar 2.13. Bagian-bagian limit switch ... 22
Gambar 2.14. Skema hubungan kontak ... 22
Gambar 2.15. Motor DC dengan gear ... 23
Gambar 2.16. Bagian-bagian motor DC sederhana ... 24
Gambar 2.17. Struktur relay ... 26
Gambar 2.18. Logo SCADATOUCH ... 27
Gambar 2.19. Contoh pengisisan alamat pada SCADATOUCH ... 28
xvii
Gambar 3.2. Mekanisme pintu garasi ... 30
Gambar 3.3. Mekanisme pintu gerbang... 31
Gambar 3.4. Desain prototype smart home ... 31
Gambar 3.5. Skema Rangakaian Driver Motor DC ... 32
Gambar 3.6. Skema perancangan sensor cahaya ... 33
Gambar 3.7. Skema rangkaian lampu... 34
Gambar 3.8. Skema rangkaian saklar ... 34
Gambar 3.9. Tampilan pengendalian lampu ... 35
Gambar 3.10. Tampilan pengendalian pintu gerbang dan pintu garasi ... 36
Gambar 3.11. Tampilan pengendalian keamanan ... 36
Gambar 3.12. Diagram alir SCADA secara umum ... 37
Gambar 3.13. Diagram alir proses login ... 38
Gambar 3.14. Diagram alir pengendalian lampu. ... 39
Gambar 3.15. Diagram alir pengendalian garasi dan gerbang ... 40
Gambar 3.16. Diagram alir pengendalian keamanan ... 42
Gambar 3.17. Diagram alir pemrosesan pada PLC ... 43
Gambar 4.1. Miniatur sistem smart home ... 46
Gambar 4.2. HMI SCADATOUCH ... 47
Gambar 4.3. Lampu menyala bersamaan ... 49
Gambar 4.4. Pintu gerbang dan pintu garasi beroperasi bersamaan ... 51
Gambar 4.5. Mekanik dan elektronik gerbang ... 57
xviii
Gambar 4.7. Lampu AC... 58
Gambar 4.8. Perangkat keras saklar ... 58
Gambar 4.9. Sensor cahaya ... 59
Gambar 4.10. Perangkat keras sensor ultraviolet ... 60
Gambar 4.11. Perangkat keras sensor PIR ... 61
Gambar 4.12. Rangakaian tambahan sensor PIR ... 61
Gambar 4.13. Modul terminal dan power supplay ... 62
Gambar 4.14. Layout modul terminal dan power supplay... 63
Gambar 4.15. Kontrol Motor DC CW ... 63
Gambar 4.16. Kontrol Motor DC CCW ... 64
Gambar 4.17. Logika program lampu saklar tunggal ... 65
Gambar 4.18. Kontrol Lampu AC Saklar Tunggal ... 66
Gambar 4.19. Logika X-OR 3 masukan ... 67
Gambar 4.20. Kontrol Lampu AC Saklar Tukar ... 68
Gambar 4.21. Kontrol Sensor Cahaya/LDR ... 69
Gambar 4.22. Kontrol Sensor Ultraviolet ... 70
Gambar 4.23. Kontrol Sensor PIR ... 71
Gambar 4.24. Kontrol ON/OFF Keamanan ... 72
Gambar 4.25. Tampilan peringatan pada SCADATOUCH ... 73
Gambar 4.26. Tampilan komunikasi ... 73
Gambar 4.27. Tampilan menu... 74
xix
Gambar 4.29. Tampilan awal keamanan ... 75
Gambar 4.30. Tampilan pengendali lampu ... 75
Gambar 4.31. Tampilan pengaturan jenis tombol ... 76
Gambar 4.32. Tampilan pengendali motor ... 76
Gambar 4.33. Tampilan pengaturan jenis tombol ... 77
Gambar 4.34. Tampilan pengendali keamanan ... 77
Gambar 4.35. Tampilan komunikasi SCADATOUCH ... 78
Gambar 4.35. Konfigurasi IP address SoMachine ... 78
Gambar 4.36. Konfigurasi ethernet pada bagian commisioning ... 79
xx
DAFTAR TABEL
xxi
xxii
DAFTAR LAMPIRAN
1. Lampiran 1 Skema Rangkaian Sistem 2. Lampiran 2 Listing Program Ladder
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang
Perkembangan teknologi informasi yang sangat pesat saat ini memberikan perubahan besar pada struktur sistem otomasi. Hal ini membuat level permintaan orang terhadap kenyamanan, efisiensi, dan keamanan rumah tinggal semakin tinggi. Saat ini, penelitian terhadap smart home menjadi fokus dalam dunia otomasi. Konsep smart home telah menyebar pada awal tahun 1980-an, ketika konsep smart building mulai digunakan. Pada tahun itu, smart home didesain hanya untuk kenyamanan pengguna saja [1]. Pada awalnya, ide tentang smart home ini bertujuan untuk meningkatkan kenyamanan rumah bagi orang yang tidak cacat. Sekarang, smart home juga memberi kenyamanan dan memenuhi kebutuhan oarang tua dan orang cacat untuk membantu serta menyemangati mereka. Aplikasi pada bagian ini sangat penting dan menjanjikan dimasa depan [2].
Dalam beberapa tahun terakhir, sistem cerdas telah dipersiapkan untuk perumahan, mall, gedung pencakar langit, hotel, dan banyak lagi lainnya. Berbagai teknologi yang
diterapkan dalam hal ini pun mengalami banyak perkembangan dalam sistemnya. Dengan memanfaatkan salah satu sistem otomatis dalam hal ini Programmable Logic Control
(
PLC), diharapkan mampu menciptakan sebuah alat kontrol otomatis yang dapat memenuhi harapan tersebut. Dalam hal ini, smart home dapat dibagi dalam empat aspek inti, yaitu : struktur fisik dari bangunan, sistem (keamanan, AC, power control), pelayanan (Internet, komunikasi), dan manajemen (energi, pencahayaan, irigasi) [3]. Dari empat aspek di atas, yang pertama harus tersedia adalah struktur fisik bangunan, tetapi untuk pembuatan tugas akhir ini hanya akan berupa prototype, sehingga pengaplikasian hanya pada tiga aspek lainnya. Ketiga aspek tersebut pun akan dibatasi pada aplikasi keamanan dan pencahayaan. Banyak smart home diciptakan untuk tujuan pendidikan dengan literatur dan aplikasinya yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhannya.(pencahayaan) yang dapat dikendalikan jarak jauh. Jika dilihat dalam kehidupan sehari-hari banyak hal yang dilakukan di dalam dan di luar ruangan, bahkan aktifitas tersebut tidak lepas dari keberadaan pintu dan lampu dimana harus membuka atau menutup pintu, menghidupkan dan mematikan lampu yang membuat enggan untuk melakukannya, berulang kali keluar masuk dengan melakukan hal tersebut. Bagi sebagian orang, membuka atau menutup pintu garasi dan pintu gerbang serta menyala matikan lampu secara manual mungkin tidak menjadi persoalan, namun bagi sebagian orang lainnya, kegiatan seperti itu mungkin saja menjadi sebuah hal yang membosankan.
Dengan memanfaatkan salah satu sistem yang mempergunakan alat–alat kontrol otomatis, dalam hal ini PLC Modicon M221 dari Schneider Electric diharapkan mampu memenuhi harapan tersebut. PLC ini biasa digunakan untuk pengendalian di pabrik, tapi port I/O yang terdapat pada TM221CE40R (24 digital inputs, 16 digital outputs, 2 analog
inputs, 1 ethernet port, dan 1 serial line port) dapat digunakan untuk merancang smart
home. Pada penelitian sebelumnya, sudah banyak terobosan yang dilakukan untuk
mengembangkan smart home menggunakan PLC dari berbagai merk dan perusahaan, tapi kali ini akan ditingkatkan pada sisi keamanan dan kenyamanan dengan menggunakan HMI berbasis Android software.
Dari penelitian Brata Abi Mantra dalam tugas akhir yang berjudul “Simulasi Pintu Garasi Mobil Otomatis Berbasis PLC (Programmable Logic Control)” telah merancang dan membuat sebuah sistem yang dapat menggerak pintu garasi secara otomatis dengan menggunakan sensor diode laser dan Light Dependent Resistor (LDR). Kedua sensor ini berfungsi sebagai pendeteksi, apabila kendaraan menghalangi cahaya dari diode laser maka LDR tidak akan menerima cahaya dan PLC Omron CPM2A akan memberi perintah pada motor DC untuk membuka pintu garasi. Dari penelitian yang dilakukan ini masih terdapat beberapa kekurangan yaitu motor DC yang digunakan adalah tipe tanpa gear, sehingga harus memilih gear yang cocok untuk motor DC tersebut [4].
pendingin dan pemanas pada set-point yang telah ditentukan. Untuk pencahayaan, terdapat empat ruangan yang dikendalikan, yaitu : ruang tamu, kamar tidur, dapur, dan halaman. Pada saat lampu menyala, maka data akan dikirim pada user interface untuk melihat situasi pada suatu ruangan dan dapat mematikannya secara otomatis jika tidak digunakan. Sedangkan pada sistem keamanan menggunakan dua buah sensor yaitu sensor gas dan asap (gas dan smoke sensor) dan sensor pergerakan (motion sensor). Sensor gas dan asap digunakan untuk mendeteksi asap yang disebabkan oleh api dan kebocoran gas yang dapat menyebabkan kebakaran. Sensor akan mendeteksi dan mengirimkan alarm pada user interface. Sedangkan motion sensor digunakan untuk mendeteksi pergerakan asing di
dalam rumah. Pada saat sensor ini mendeteksi pergerakan maka kamera akan mengambil gambar dan mengirimnya melalui e-mail yang telah ditentukan. Smart home ini dioperasikan melalui operator terminal yaitu DOP-AS35THTD dan melalui website yang telah disediakan [3].
Pada tugas akhir Dedi Sagita, dkk yang berjudul “Trainer Kontrol Sistem
Keamanan Rumah Berbasis PLC 24 I/O dengan SCADA TOUCH Android” yang pada
prinsipnya mengendalikan aktifitas di rumah dan mengawasi rumah hanya dalam genggaman. Trainner ini menggunakan PLC Modicon TM221CE24T sebagai pusat pengolahan data. Pada sistem keamanan ini meliputi pengendalian sensor dan lampu di dalam rumah. Sensor-sensor yang digunakan diinisialisasikan dalam push button. Untuk pengendalian jarak jauh, Ethernet port pada PLC dihubungkan pada IP public speedy atau direct phone, sehingga dapat diakses melalui perangkat lunak SCADA TOUCH yang telah
diunduh dari Android playstore [5].
Pada tugas akhir yang berjudul “Aplikasi PLC Modicon M221 untuk Smart Home
dengan HMI Berbasis Android” ini mengambil dan menyimpulkan beberapa kelebihan pada tiga referensi di atas. Aplikasi pada tugas akhir ini berupa sebuah miniatur rumah yang seperti yang terdapat pada jurnal yang berjudul “Web-based Smart Home Automation: PLC-controlled Implementation”dan pengendalian pintu gerbang dan pintu garasi dari “Simulasi Pintu Garasi Mobil Otomatis Berbasis PLC(Programmable Logic Control)” , tetapi HMI yang digunakan tidak berbasis website, melainkan berbasis Android atau SCADA TOUCH seperti pada “Trainer Kontrol Sistem Keamanan Rumah Berbasis
PLC 24 I/O dengan SCADA TOUCH Android”. Dari referensi tersebut dapat disimpulkan
pengendalian smart home tidak sepenuhnya otomatis demi keamanan. Jika seluruh sistem tersebut otomatis, maka saat ada benda atau orang asing yang terdeteksi oleh sensor tertentu, sistem akan bekerja dengan sendirinya. Oleh sebab itu HMI yang digunakan SCADA TOUCH yang memiliki sistem keamanan berupa password, sehingga hanya orang yang memiliki akses saja yang dapat mengaktifkan sistem.
1.2.
Tujuan dan Manfaat
Tujuan yang hendak dicapai dari tugas akhir ini adalah :
1. Membuat sistem prototype smart home dengan PLC Modicon TM221CE40R dan HMI berbasis Android.
Manfaat yang diharapkan dari tugas akhir ini adalah :
1. Diharapkan dapat memberikan sumbangan pemikiran dan sebagai acuan dalam penelitian selanjutnya mengenai pengembangan smart home menggunakan PLC.
2. Memberikan gambaran mengenai salah satu aplikasi PLC dan tidak terbatas pada satu aplikasi saja.
3. Memberikan kenyamanan, efisiensi, dan keamanan dengan pengendalian pintu gerbang, pintu garasi, dan lampu.
1.3.
Batasan Masalah
Pada tugas akhir ini perlu adanya batasan masalah yang sesuai dengan judul, agar dapat mengarah pada tujuan dan menghindari pembahasan yang terlalu luas. Adapun batasan masalahnya sebagai berikut :
1. Menggunakan maket rumah dengan satu ruang keluarga, satu ruang tamu, satu kamar tidur, garasi, dan halaman rumah.
2. Menggunakan satu buah PLC Modicon TM221CE40R sebagai pusat pengolah data dari sensor dan mengirimkannya pada HMI.
4. Sensor pergerakan yang digunakan adalah IR motion sensor yang digunakan dalam mendeteksi pergerakan dengan pantulan infra merah yang dikeluarkan oleh IR motion sensor. Sensor ini digunakan sebanyak satu buah dan diletakkan pada dinding depan rumah bagian atas.
5. Menggunakan dua buah motor DC 12V yang memiliki gear sebagai penggerak pintu gerbang dan pintu garasi masing-masing satu buah.
6. Limit switch yang digunakan sebagai sensor untuk menghentikan gerakan pintu gerbang dan pintu garasi adalah tipe micro limit switch. Limit switch yang digunakan sebanyak empat buah, setiap pintu menggunakan dua buah limit switch yang dipasang pada maximum dan minimum level.
7. Sensor ultraviolet yang digunakan sebagai pengendali lampu berdasarkan UV yang diterima oleh sensor adalah analog UV light sensor breakout GUVA-S12SD. Penggunaannya sebanyak satu buah dan diletakkan pada tempat yang terpapar sinar ultraviolet.
8. Lampu yang digunakan sebanyak lima buah adalah lampu 220V 2,5 Watt. Penempatan lampu pada satu kamar tidur, satu ruang keluarga, satu ruang tamu, garasi, dan halaman.
9. Relay digunakan pada setiap keluaran dan beberapa masukan juga, relay yang
digunakan sebanyak sepuluh buah dengan tipe SPST (Single Pole Single Throw).
10. HMI yang digunakan adalah aplikasi HMI yang terdapat pada Android yaitu Scada Touch.
1.4.
Metodologi Penelitian
Berdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah :
2. Dokumenter, yaitu dengan mendapatkan sumber informasi berdasarkan data atau arsip yang telah ada, sehingga dapat membantu penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini.
3. Eksperimen, yaitu dengan langsung melakukan pengujian terhadap sensor dan alat yang dibutuhkan dalam tugas akhir.
4. Perancangan subsistem hardware, yaitu tahap yang bertujuan untuk mencari model yang optimal dari sistem yang akan dibuat dengan pertimbangan beberapa faktor permasalahan dan kebutuhan yang telah ditentukan.
5. Pembuatan subsistem hardware. Berdasarkan gambar 1.1, rangkaian akan bekerja dengan beberapa sensor yang digunakan sebagai masukan PLC, sedangkan motor DC 12V dan lampu 220V sebagai keluaran. Pengendalian dilakukan dengan HMI SCADA TOUCH. Aplikasi ini memungkinkan pemilik untuk mengamati dan mengendalikan masukan dan keluaran yang diinginkan. Sensor cahaya akan bekerja pada saat ada benda atau orang yang menghalangi sensor ini untuk mendeteksi benda atau orang asing yang melintasi pintu masuk. Untuk UV sensor bekerja pada saat sensor menerima sinar UV. Saat sensor menerima sinar UV pada titik tertentu maka akan digunakan untuk mematikan dan menyalakan lampu secara otomatis jika lupa mematikan atau menyalakan lampu. Motion sensor digunakan untuk meningkatkan keamanan pada halaman rumah pada pergerakan benda atau asing pada skala ukuran tertentu. Limit switch digunakan untuk menghentikan putaran motor pada saat pintu gerbang
maupun pintu garasi menyentuh limit switch. Sedangkan HMI ini digunakan untuk mengaktifkan motor dan lampu sesuai kebutuhan.
Sensor cahaya
Sensor UV
Sensor motion
PLC
M221
HMI (SCADA TOUCH)
Motor DC 12V
Motor DC 12V
Lampu 220V
[image:30.595.83.529.100.684.2]Limit switch
Gambar 1.1 Diagram blok perancangan
6. Proses pengambilan data. Pengambilan data UV sensor akan dilakukan dengan memberikan sinar UV (sinar matahari) dengan level yang berbeda, yaitu pada saat pagi, siang, sore, dan malam. Data yang diambil adalah banyaknya sinar UV yang diterima untuk menyalakan dan mematikan lampu. Pengambilan data pada sensor cahaya dengan cara melewatkan benda pada sensor dengan ketentuan salah satu atau semua mendeteksi dan tidak sama sekali. Maka data yang diambil adalah tegangan yang dihasilkan dari pengujian benda tersebut. Pada motion sensor pengambilan data dilakukan dengan memberikan gerakan pada jarak yang berbeda. Data yang diambil adalah aktif atau tidaknya sensor pada jarak yang berbeda-beda. Untuk limit switch ini pengambilan data dilakukan saat pintu gerbang dan garasi menyentuh dan saat tidak menyentuh limit switch. Data yang diambil adalah tegangan saat on dan off. Untuk
pengujian HMI bekerja atau tidak, data yang diambil adalah pada saat tombol on pada HMI aktif, maka motor dan lampu akan menyala, dan saat off, maka
motor dan lampu akan mati.
7. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan. Analisis data dilakukan dengan mendeteksi perubahan tegangan pada sensor, menganalisis kestabilan HMI pada jarak dan jaringan yang digunakan, dan menganalisa keluaran pada smart home. Analisa ini dilakukan untuk mengecek ketanggapan sistem pada perintah yang diberikan pada HMI.
1.5.
Sistematika Penulisan
BAB I Pendahuluan
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan dan manfaat, batasan masalah, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan.
BAB II Dasar Teori
Bab ini membahas mengenai teori-teori yang berkaitan dengan smart home, PLC Modicon M221, SCADATOUCH, motor DC, sensor ultraviolet, sensor PIR, sensor cahaya/LDR, limit switch, relay, dan beberapa tinjauan pustaka.
Bab ini berisi perancangan sistem dari sisi perangkat keras mekanik, elektronik, dan perangkat lunak SCADATOUCH.
BAB IV Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisi tentang hasil penelitian dan analisis data yang diperoleh serta pembahasan.
BAB V Penutup
8
BAB II
DASAR TEORI
2.1.
Smart Home
Konsep tentang smart home telah menyebar sejak awal tahun 1980-an ketika konsep smart building mulai digunakan [1]. Smart home memiliki teknologi cerdas dengan remot atau pusat pengontrolan dan servis. Dalam smart home, keinginan pemilik dan semua kebutuhan atau beberapa bagian peralatan dan fungsinya menjadi prioritas [2].
Pada awalnya, ide tentang smart home ini bertujuan untuk meningkatkan kenyamanan rumah bagi orang yang tidak cacat. Sekarang, smart home juga memberi kenyamanan dan memenuhi kebutuhan oarang tua dan orang cacat untuk membantu serta menyemangati mereka. Aplikasi pada bagian ini sangat penting dan menjanjikan dimasa depan [2]. Dalam beberapa tahun terakhir, sistem cerdas telah dipersiapkan untuk perumahan, mall, gedung pencakar langit, hotel, dan banyak lagi lainnya. Banyak organisasi yang berbagi untuk peralatan bangunan cerdas, seperti MIT, Siemens, Cisco, IBM, Xerox, Microsoft, dan banyak lagi lainnya yang telah bekerja untuk smart home ini dan grup ini telah membuat sekitar 20 buah laboratorium smart home [6].
Teknologi untuk smart home pun semakin dikembangkan dari berbagai sisi, mulai dari strukturnya hingga sisi ekonomisnya. Teknologi yang sedang berkembang ini pun telah dapat dibuat dengan perangkat yang murah dan mudah didapatkan. Smart home bukan merupakan hal yang baru dan dipandang mewah sehingga banyak perseorangan yang mulai berinovasi membuatnya sendiri.
2.2.
Programable Logic Controller (PLC)
PLC merupakan perangkat elektronik yang didesain untuk digunakan pada industri yang mengontrol suatu sistem ataupun sekelompok sistem baik data I/O analog atau digital. Pada awalnya, PLC digunakan untuk menggantikan fungsi relay yang banyak digunakan pada lingkungan industri. PLC (Programmable, menunjukkan kemampuannya dapat diubah-ubah sesuai program yang dibuat dan kemampuannya dalam hal memori program yang telah dibuat. Logic, menunjukkan kemampuannya dalam memproses input secara aritmatik, yakni melakukan operasi negasi, mengurangi, membagi, mengalikan, menjumlahkan & membandingkan. Controller, menunjukkan kemampuannya dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan keluaran yang diinginkan) [7].
PLC pertama kali digunakan sekitar tahun 1960-an untuk menggantikan peralatan konvensional yang begitu banyak. Perkembangan PLC saat ini terus mengalami peningkatan sehingga bentuk dan ukurannya semakin kecil. Pada tahun 1980-an harga PLC masih terhitung mahal, namun saat ini dapat dengan mudah diperoleh dengan harga yang relatif murah. Beberapa perusahaan komputer dan elektronik menjadikan PLC sebagai produk produk terbesar yang terjual saat itu. Pertumbuhan pemasaran PLC mencapai jumlah 80 juta dolar di tahun 1978 dan 1 milyar dolar per tahun hingga tahun 2000 dan angka ini terus berkembang, mengingat penggunaan yang semakin luas, terutama dalam proses pengontrolan di industri, pada alat-alat kedokteran, dan alat-alat rumah tangga [8].
PLC (Programmable Logic Control) dapat dibayangkan seperti sebuah personal komputer konvensional (konfigurasi internal pada PLC mirip sekali dengan konfigurasi internal pada personal komputer). Akan tetapi dalam hal ini PLC dirancang untuk pembuatan panel listrik (untuk arus kuat). Jadi bisa dianggap PLC adalah komputernya panel listrik. Ada juga yang menyebutnya dengan PC (programmable controlle ).
PLC memiliki keunggulan yang signifikan, karena sebuah perangkat pengontrol yang sama dapat digunakan dalam beraneka ragam sistem kontrol. PLC serupa dengan komputer namun, bedanya : komputer dioptimalkan untuk tugas-tugas perhitungan dan penyimpanan data, sedangkan PLC dioptimalkan untuk tugas-tugas pengontrolan dan pengoperasian di dalam industry. Oleh karena itu, PLC memiliki karakteristik berikut :
1. Kokoh dan dirancang untuk tahan terhadap getaran, suhu, kelembaban, dan kebisingan.
3. Mudah deprogram dan menggunakan sebuag bahasa pemrograman yang mudah dipahami, yang sebagian besar berkaitan dengan operasi-operasi logika dan penyambungan [8].
2.2.1.
Bagian-bagian PLC Modicon TM221CE40R [9]
Pada gambar 2.1 merupakan PLC Modicon TM221CE40R merupakan PLC produk dari Schneider Electric. PLC ini adalah model terbaru dari Schneider Electric setelah model terdahulunya, yaitu TWIDO. PLC ini biasa disebut M221, tipe ini adalah tipe yang paling simple dengan harga yang terjangkau. Untuk keperluan tugas akhir ini, PLC yang digunakan memiliki 40 I/O, di mana 16 port sebagai keluaran dan 23 port sebagai masukan.
[image:35.595.83.522.226.730.2]Berikut ini merupakan penjelasan untuk bagian-bagian dari PLC M221 pada tabel 2.1.
Tabel 2.1. Bagian-bagian PLC
No. Deskripsi
1 Status LEDs
2 Blok terminal keluaran 3 Pengunci untuk 35 mm rel 4 Ethernet port / konektor RJ45 5 100-240 Vac power supply 6 Mini USB
7 Serial port 1 8 SD card slot 9 Masukan 2 analog 10 Saklar Run/Stop 11 Blok terminal masukan 12 Konektor penambahan I/O 13 Cartridge slot 1
14 Cartridge slot 2 15 Tutup pelindung 16 Locking hook
17 Penutup masukan analog 18 Dudukan baterai
1. Status LED
Gambar 2.2 merupakan indikator LED yang terdapat pada PLC yang memiliki banyak arti dan fungsi. Untuk penjelasan arti dari indikator LED tersebut dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.2. LED indicator
Label Tipe Fungsi Warna Status Deskripsi
PWR Power Hijau On Power sedang digunakan.
Off Power sedang dilepas.
RUN Status mesin Hijau
On Controller berjalan pada aplikasi yang valid.
Berkedip Controller berjalan pada aplikasi valid yang berhenti. Off Controller belum terprogram.
ERR Error Merah
On LED error terjadi pada saat proses booting Berkedip ( RUN LED off) INTERNAL ERROR Berkedip perlahan
Mendeteksi minor error Berkedip
sekali
Tidak ada aplikasi
SD Akses SD
card Hijau
On SD card sedang diakses. Berkedip Error terdeteksi saat SD card
dioperasikan.
Off Tidak ada akses atau SD card tidak ada.
BAT Baterai Merah
On Baterai harus diganti. Berkedip Baterai lemah.
Off Baterai dalam keadaan baik.
SL Serial line 1 Hijau
On Menunjukan status SL 1. Berkedip Menunjukkan aktivitas pada SL
1.
Off Menunjukkan tidak ada komunikasi serial. 2. Blok terminal keluaran
Merupakan bagian pada PLC M221yang berfungsi sebagai port masukan sensor dan lain sebagainya.
3. Pengunci untuk 35 mm rel
4. Ethernet port
Port ini digunakan untuk menghubungkan PLC dengan internet atau modbus
TCP/IP. PLC dihubungkan dengan menggunakan konektor kabel RJ45. 5. Power supply
Bagian ini merupakan blok terminal yang terhubung pada tegangan 220 Volt. 6. Mini USB
USB port ini digunakan untuk pemrograman yang dihubungkan ke komputer atau
laptop dengan perangkat lunak SoMachine Basic. Dengan menggunakan kabel USB khusus, koneksi ini sangat nyaman digunakan untuk memperbarui program atau koneksi singkat pada saat perbaikan dan memeriksa data.
7. Serial Line 1 port
Port ini biasa digunakan untuk melakukan komunikasi dengan perangkat yang lain
baik sebagai master atau slave. 8. SD card slot
PLC ini memugkinkan untuk menggunakan SD card sebagai media penyimpanan program. Maka dibutuhkan slot SD card untuk membaca program yang terdapat di dalamnya. Kapasitas SD card yang dapat digunakan mencapai 32 GB.
9. Masukan 2 analog
Masukan ini merupakan bagian dari I/O analog yang hanya terdapat dua port pada PLC.
10. Saklar Run/Stop
Saklar ini digunakan untuk mengoperasian PLC secara eksternal apabila aplikasi yang ada dalam PLC tidak dalam mode RUN.
11. Blok terminal masukan
Bagian dari PLC M221 yang berfungsi sebagai port masukan sensor dan berbagai masukan lainnya.
12. Konektor penambahan I/O
Konektor ini digunakan untuk menambah perangkat terminal I/O eksternal yang dibutuhkan.
13. Dudukan baterai
2.2.2.
Metode Pemrograman PLC [10]
Agar dapat menjalankan fungsinya sebagai peralatan kontrol, PLC harus diprogram sesuai dengan fungsi kontrol yang diinginkan. PLC biasa diprogram menggunakan ladder diagram pada perangkat lunak pemrograman yang dibutuhkan. Pada PLC M221, perangkat lunak yang digunakan untuk pemrograman adalah SoMachine Basic. Pada perangkat lunak ini terdapat tiga pilihan bahasa pemrograman berdasarkan
IEC61131-3 programming languages, yaitu : - IL (Instruction List)
- LD (Ladder Diagram) [10].
Dalam pemrograman PLC ini, bahasa yang digunakan dapat dipilih salah satu baik IL ataupun LD.
- Instruction List (IL)
Sistem pemrograman ini bersifat tekstual. Singkatan-singkatan khusus yang disebut mnemonic digunakan untuk mengidentifikasi perintah yang berbeda yang sedang dijalankan ataupun tidak. Bahasa yang biasa digunakan adalah OR, AND, NAND, XOR, dan sebagainya seperti pada gambar 2.3.
Gambar 2.3. Contoh Instruction List [10]
- Ladder Diagram (LD)
Gambar 2.4. Contoh Ladder Diagram [10]
2.3.
Sensor
Sensor adalah alat yang digunakan untuk mendeteksi dan sering berfungsi untuk mengukur magnitude sesuatu. Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor biasanya dikategorikan melalui pengukur dan memegang peranan penting dalam pengendalian proses pabrikasi modern. Gambar 2.5 menunjukkan bahwa sensor memberikan ekivalen mata, pendengaran, hidung, lidah untuk menjadi otak mikroprosesor dari sistem otomatisasi industri [11].
Gambar 2.5. Ilustrasi sensor [11]
Banyak pengukuran sistem menggunakan sinyal listrik, dan karenanya mengandalkan sensor. Berdasarkan sinyal keluarannya, sensor diklasifikasikan sebagai analog atau digital. Pada sensor analog perubahan keluaran secarta kontinyu pada tingka
makroskopik. Informasi ini biasanya diperoleh dari amplitudo, meskipun sensor dengan keluaran dalam domain waktu biasanya dianggap sebagai analog. Keluaran dari sensor digital berupa sinyal diskrit. Sensor digital tidak membutuhkan ADC, dan keluarannya
biasanya banyak digunakan untuk memilih suatu sensor. Sedangkan klasifikasi yang lain dapat dilihat pada tabel 2.3.
Tabel 2.3. Klasifikasi sensor [12]
Kriteria Kelas Contoh
Power supply Modulating Thermistor Self-generating Thermocouple
Output signal Analog Potentiometer Digital Potition encoder
Operationmode Deflection Deflection-accelarometer Null Servo-accelarometer
Dalam tugas akhir ini menggunakan tiga jenis sensor dan limit switch. Sensor yang digunakan adalah UV sensor, sensor cahaya dan motion sensor, berikut penjelasan umum dan prinsip kerjanya.
2.3.1.
Sensor Ultraviolet (GUVA-S12D Sensor) [13]
Pada dasarnya sensor ultraviolet digunakan untuk mendeteksi intensitas radiasi ultraviolet. Dalam perkembangannnya, sensor ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Salah satu tipe dari sensor ultraviolet adalah GUVA-S12D yang dapat mendeteksi dengan rentang dari 200 nm – 400 nm seperti pada gambar 2.6. Ini karena panjang gelombang elektromagnetik lebih pendek daripada panjang gelombang radiasi yang terlihat.
Gambar 2.6. GUVA_S12D [13]
UV sensor ini banyak digunakan pada pharmaceutical, automobile, dan robot. UV
sensor juga digunakan pada industri percetakan untuk menangani larutan dan proses
2.3.1.1 Prinsip Kerja Sensor Ultraviolet
UV sensor bekerja dibawah sinar matahari atau sinar UV. Di bawah sinar
matahari, indeks UV dan photocurrent memiliki hubungan yang linier pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Kurva responsivitas spectral [13]
Sensor ini mengkonversi photocurrent menjadi tegangan yang dibutuhkan. Tegangan keluaran dan indeks UV ini linier. Pada tabel 2.4 ini merupakan spesifikasi dari GUVA-S12D.
Tabel 2.4. Tabel spesifikasi GUVA-S12D [13]
Keterangan Min Typical Max Satuan
Tegangan kerja 3.0 5.0 5.1 VDC
Arus 0.31 mA
Tegangan keluaran mV
Respon panjang gelombang 200 - 370 Nm
Suhu kerja -30 - 85 oC
2.3.2.
Sensor Pergerakan (PIR Motion Sensor)
PIR sensor digunakan untuk mendeteksi pergerakan, sensor ini hampir selalu
2.3.2.1 Prinsip Kerja Sensor Pergerakan
Gambar 2.8 pada dasarnya PIR sensor yang terbuat dari sensor piroelektrik (logam bulat pada permukaan PCB dengan kristal segi empat di tengahnya), yang dapat mendeteksi kadar radiasi inframerah.
Gambar 2.8. Piroelektrik PIR sensor [14]
Semuanya dapat memancarkan radiasi yang rendah, dan semakin panas sesuatu, maka radiasi yang dipancarkan akan semakin besar dan banyak. Sensor pendeteksi pergerakan ini dibagi menjadi dua bagian. Alasan untuk itu adalah mendeteksi pergerakan (perubahan) bukan pada tingkat inframerah rata-rata. Dua bagian ini terhubung, sehingga dapat membatalkan satusama lain. Jika salah satu bagian melihat kurang atau lebih dari radiasi IR terdeteksi, maka keluaran akan tinggi atau rendah.
2.3.3.
Sensor Cahaya/LDR (Light Dependent Resistor)
Sensor cahaya adalah alat yang digunakan untuk merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi foton menjadi elektron. Salah satu penggunaannya yang paling populer adalah kameradigital [15].
Light Dependent Resistor atau yang biasa disebut LDR merupakan jenis resistor
yang memiliki nilai berubah-ubah sesuai intensitas cahaya yang diterima oleh komponen tersebut. Biasa digunakan sebagai detektor cahaya atau pengukur besaran konversi cahaya
2.3.3.1 Prinsip Kerja Sensor Cahaya
Light Dependent Resistor, terdiri dari sebuah cakram semikonduktor yang
memiliki resistansi yang besar pada saat gelap atau cahaya redup. Pada saat cahaya terang, ada lebih banyak elektron yang lepas dari atom bahan semikonduktor tersebut. Sehingga akan ada lebih banyak elektron untuk mengangkut muatan elektrik. Pada saat cahaya terang LDR menjadi konduktor yang baik, atau bisa disebut juga LDR memiliki resistansi yang kecil pada saat cahaya terang [16]. Untuk bentuk dan simbol LDR dapat dilihat pada gambar 2.9.
Gambar 2.9. LDR (Light Dependent Resistor) [16]
Gambar 2.10. Skema rangkaian pengondisi sinyal LDR [17]
Pada gambar 2.10 menunjukkan skema rangkaian pendeteksi, pada saat LDR terkena cahaya dari LASER pointer yang mengarah tepat pada LDR, maka nilai hambatan LDR akan menurun, tegangan VBB transistor menurun sehingga arus IB menjadi sangat
D1 DIODE R1
RV1
Q1 2N3704
0.000000 LDR1 LDR
kecil ≈ 0 dan dalam keadaan cut off. Arus IC tidak dapat mengalir ke emitor, hal ini dapat mengakibatkan relay tidak bekerja.
dengan .
Ketika cahaya dari LASER terhalang oleh benda asing, maka nilai hambatan LDR meningkat, sehingga tegangan VBB bertambah besar dan arus IB dapat men-drive transistor. Hal ini membuat transistor dalam keadaan ON, sehingga IC dapat mengalir ke emitor, dan mengakibatkan relay dapat bekerja.
dengan
Nilai hambatan pada LDR akan mencapai orde MΩ pada saat tidak menerima cahaya atau dalam keadaan gelap, dan hambatannya akan turun pada saat LDR terpapar cahaya hingga mencapai orde KΩ.
2.3.4.
Dioda LASER (LASER Pointer)
Dioda LASER adalah LED yang dibuat khusus untuk dapat beroperasi sebagai laser. LASER merupakan singkatan dari Light Amplifications by Stimulated Emision of Radiation [16]. Dioda LASER ini berbeda dari LED pada umumnya, yaitu memiliki
lubang optik yang diperlukan untuk produksi LASER. Pada dioda LASER ini memiliki sambungan PN yang pada level arus tertentu akan memancarkan cahaya seperti LED.
2.3.4.1 Prinsip Kerja Dioda LASER
Gambar 2.11. LASER pointer [16]
Pada dasarnya LASER pointer dibuat dari LASER gas helium-neon (HeNe) dan radiasi LASER dihasilkan pada 633 nm. Daya keluaran LASER poitnter diukur dalam mili Watt (mW). Sinar LASER dengan daya keluaran tidak lebih dari 1 mW untuk kelas 2, LASER yang menghasilkan daya 1-5 mW merupakan kelas 3a, dan 3b adalah LASER yang memancarkan daya keluaran antara 5 mW sampai 500 mW [16].
2.3.5.
Limit Switch
Limit switch merupakan salah satu jenis saklar yang berfungsi sebagai
penyambung dan pemutus arus listrik. Limit switch umumnya digunakan sebagai saklar untuk membatasi gerakan suatu benda. Misalnya pada palang pintu kereta api, pagar, crane, pengangkat barang dan sejenisnya.
Gambar 2.12. Micro limit switch [19]
2.3.5.1.
Prinsip Kerja Limit Switch
Gambar 2.13. Bagian-bagian limit switch [19]
Limit switch bekerja berdasarkan tekanan atau sentuhan benda kerja pada roller
seperti terdapat pada gambar 2.13. Limit switch merupakan saklar yang dapat dioperasikan secara otomatis ataupun manual. Limit switch mempunyai fungsi yang sama yaitu mempunyai kontak NO (Normaly Open) dan NC (Normaly Close). Limit switch akan bekerja jika ada benda yang menekan roller-nya, sehigga kedudukan kontak NO menjadi NC dan kontak NC menjadi NO. Jika benda sudah diangkat, roller dari limit switch kembali ke posisi semula, demikian pula dengan kedudukan kontak-kontaknya. Gambar 2.14 menunjukkan saat kontak pada C mendapat tekanan dari luar, maka kontak yang awalnya berada pada B akan menyentuh A. Dimisalkan saat pintu pagar bergeser, pada saat pagar sudah mencapai titik tertentu atau menyentuh batas yang diinginkan akan menekan pelat pemicu yang menyebabkan kontak limit switch membuka.
2.4.
Motor DC
Lebih dari 50% listrik yang diproduksi digunakan untuk memberi daya motor. Motor digunakan untuk memutar roda-roda industri. Motor listrik menggunakan energi listrik dan energi magnet untuk menghasilkan energi mekanis. Operasi motor tergantung pada interaksi dua medan magnet. Motor listrik dibagi menjadi dua berdasarkan masukannya, yaitu : arus bolak-balik (altenating current/ AC) dan arus searah (direct current/ DC). Motor DC, sebagaimana namanya, masukan yang digunakan adalah arus
[image:48.595.81.531.196.713.2]searah (direct current). Motor DC jarang digunakan pada industri umum karena semua sistem kelistrikan menggunakan AC. Meskipun demikian, pada aplikasi khusus, sebuah keuntungan jika mengubah AC menjadi DC dengan menggunakan motor DC. Motor DC digunakan dengan kontrol torsi dan kecepatan dengan rentang yang lebar diperlukan untuk kebutuhan aplikasi [18].
Bentuk fisik motor DC atau istilah lain dikenal sebagai dinamo tidak berisik seperti pada gambar 2.15, dapat memberikan daya yang memadai untuk tugas-tugas berat. Motor DC standar berputar secara bebas. Pada persamaan 2.3 rumus gaya pada motor DC dapat dinyatakan dengan [21]:
dengan F adalah gaya Lorenz dengan satuan Newton (N), B adalah medan magnet dengan satuan Weber (W), i adalah arus listrik dengan satuan Ampere (A), l adalah panjang kawat penghantar dengan satuan meter (m), dan θ adalah sudut terkecil yang dibentuk B dan l dalam satuan derajat. Pada dasarnya, jika sebuah penghantar yang dialiri arus listrik berada dalam medan magnet, maka penghantar tersebut digerakkan dengan sebuah gaya, yaitu gaya Lorenz. Motor DC juga memiliki torsi (τ) dengan satuan gram-cm, yaitu kemampuannya untuk menggerakkan benda yang memiliki massa (F) dengan satuan gram, yang terletak pada suatu lintasan (R) dengan satuan cm, seperti pada persamaan 2.4.
2.4.1.
Bagian-bagian Motor DC
Pada motor DC terdapat kumparan medan disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor (bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada medan magnet, maka akan timbul tegangan (GGL) yang berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan bolak-balik. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen.
Berdasarkan gambar 2.16, berikut ini merupakan bagian-bagian dari motor DC dan fungsi dari masing-masing bagian :
1. Magnet
Dua kutub magnet berfungsi agar dapat terjadi proses elektromagnetik dari kutub utara melalui celah udara dan jangkar menuju ke kutub selatan magnet. 2. Sikat-sikat
Terdapat dua sikat pada motor DC yang berfungsi sebagai jembatan bagi aliran arus darililitan jangkar dengan sumber tegangan. Disamping itu sikat-sikat memegangperanan penting untuk terjadinya komutasi. Agar gesekan antara komutatorkomutatordan sikat tidak mengakibatkan ausnya komutator, maka bahan sikat lebihlunak dari komutator. Biasanya dibuat dari bahan arang.
3. Komutator
Komutator ini berfungsi sebagai penyearah mekanik yang dipakai bersamaan dengan sikat. Sikat-sikat ditempatkan dekat dengan komutator sehingga terdapat gesekan dan komutasi terjadi pada saat sisi kumparan berbeda.
4. Jangkar / angker dinamo
Jangkar / angker dinamo dibuat dari bahan ferromagnetic dengan maksud jika kumparan jangkar terletak dalam daerah yang induksi magnetiknya besar, maka ggl induksi yang dihasilkan dapat bertambah besar.
5. Medan magnet
Medan magnet merupakan hasil dari proses elektromagnetik dari kutub utara ke kutub selatan yang berfungsi untuk menggerakkan jangkar.
2.4.2.
Prinsip Kerja Motor DC
dapat dikontrol dengan mudah. Kecepatan motor DC magnet permanen berbanding lurus terhadap nilai tegangan yang diberikan pada jangkar. Semakin besar tegangan jangkar, semakin tinggi kecepatan motor.
2.5.
Relay [22]
Relay merupakan sebuah saklar yang dioperasikan secara listrik dan merupakan
komponen elektromekanikal yang terdiri dari dua bagian utama, yaitu : elektromagnet (coil) dan mekanikal (kontak saklar). Bagian-bagian utamanya, yaitu : armature, kumparan inti besi, pegas, dan kontak.
Gambar 2.17. Struktur relay [22]
2.5.1.
Prinsip Kerja Relay
Berdasarkan gambar 2.17, terdapat sebuah kumparan atau coil yang melilit inti besi sehingga saat kumparan dialiri arus listrik maka akan muncul gaya elektromagnetik yang menarik armature. Posisi armature ini akan berpindah dari NC ke posisi NO sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Pada saat kumparan tidak dialiri listrik, maka armature akan kembali pada posisinya semula yaitu NC.
2.6.
SCADATOUCH
mentransfer kembali ke pusat kendali, melakukan analisis yang diperlukan dan kontrol, dan kemudian menampilkan data ini pada sejumlah operator display. SCADA digunakan untuk memantau dan mengendalikan pabrik atau peralatan. Kontrol memungkinkan secara otomatis atau dapat dimulai dengan perintah Operator.
Gambar 2.18. Logo SCADATOUCH [23]
Pada tugas akhir ini menggunakan aplikasi keluaran dari Aplliworld yang dapat di unduh dari playstore Android dengan logo seperti gambar 2.18. SCADATOUCH dapat digunakan untuk PLC M221 dengan mengambil data dari register PLC dan dimasukkan pada aplikasi ini. Aplikasi yang digunakan ini adalah seri SCADATOUCH basic yang merupakan mobile SCADA dan HMI untuk perangkat Android. Untuk pengontrolan dapat menggunakan wifi, Bluetooth, 3G atau 4G. Jarak maksimal wifi adalah 30 meter, jarak maksimal Bluetooth 10 meter, sedangkan untuk 3G atau 4G tidak ada batasan jarak selama masih terdapat konektivitas. Komunikasi dengan PLC dapat dilakukan melalui perangkat yang dapat terhubung dengan Modbus TCP seperti Schneider M221, Twido, Zelio, M258, Premium, Siemens S7, Wago, Omron, dan lainsebagainya [23].
2.6.1.
Prinsip Kerja SCADATOUCH
Berdasarkan penjelasan di atas, maka ada beberapa cara komunikasi PLC dengan SCADATOUCH, yaitu dengan wifi, Bluetooth, dan jaringan internet seluler. SCADATOUCH melakukan komunikasi berdasarkan alamat yang terdapat dalam program yang dibuat dalam PLC. Dalam hal ini, alamat yang digunakan adalah memori pada PLC, yaitu memory bit (%M) dan memory word (%MW).
SCADATOUCH untuk mengirimkan perintah. Sedangkan memory word digunakan untuk mengaktifkan penampil data seperti untuk menampilkan data dari sensor dan lainnya.
Gambar 2.19 menunjukkan penggunaan memori yang akan meminta digit angka pada alamat memori. Untuk memory bit dengan alamat %M10, maka pada SCADATOUCH hanya memasukkan angka 10 dan untuk memory word dengan alamat %MW20.1, maka angka yang digunakan adalah 20.1.
29
BAB III
PERANCANGAN
3.1.
Pendahuluan
Gambar 3.1. adalah perancangan bentuk maket pada smart home yang dibuat pada tugas akhir ini. Perancangan terdiri dari sensor, limit switch, lampu, motor DC, saklar dan aplikasi SCADATOUCH pada Android sebagai HMI.
Masukan terdiri dari sensor, saklar dan limit switch. Untuk sensor pergerakan ditempatkan pada dinding bagian depan, sebagai masukan untuk keamanan dan keluarannya adalah alarm pada HMI. Sensor cahaya ditempatkan pada pintu masuk rumah untuk mendeteksi benda asing yang melewatinya. Sedangkan untuk sensor ultraviolet ini diletakkan pada bagian luar yang dapat terpapar matahari langsung. Sensor ini akan menyalakan dan mematikan lampu secara otomatis jika lupa untuk mematikannya dan dapat juga dilakukan secara manual dengan saklar. Masukan yang terakhir adalah limit switch pada pintu gerbang dan pintu garasi sebagai penghenti jalannya motor DC.
Gambar 3.1. Perancangan smart home
MOTOR 1
MOTOR 2
LAMPU 1
LAMPU 2
LAMPU 3
LAMPU 4
LAMPU 5
SENSOR UV SENSOR
CAHAYA
SENSOR
MOTION LIMIT
Keluaran terdiri dari lampu dan motor DC yang dikendalikan oleh PLC melalui Android dengan aplikasi SCADATOUCH. Pengontrolan ini menggunakan toggle dan kelengkapan lainnya yang terdapat pada HMI SCADATOUCH. Selain sebagai pengontrol, SCADATOUCH juga sebagai penampil data secara real time di manapun dan kapanpun.
3.2.
Perancangan Perangkat Keras Mekanis
Prototype dari mekanik smart home ini meliputi pintu gerbang (slider door) dan pintu
garasi (roll up door). Kedua bagian tersebut penting, tetapi yang lebih penting adalah maket rumah dapat dilihat pada gambar 3.4 yang sesuai dengan gambar 3.1. Setiap bagian mekanik ini harus terpasang secara akurat dan tepat agar dapat beroperasi dengan baik serta tampilannya pun akan lebih rapi.
Pintu gerbang berada paling luar dari maket sebagai pintu utama saat masuk ke halaman. Ini terbuat dari bahan yang baik dengan dua buah roda dan rel sebagai jalan untuk pintu gerbang seperti gambar 3.3. Pada salah satu ujung pintu ditempatkan sebuah motor DC yang menggerakkan pintu dengan bantuan gear.
Gambar 3.2. Mekanisme pintu garasi
31 disambungkan menggunakan engsel pintu kecil. Pada bagian kanan dan kiri bawah diberi roda agar pada saat naik dapat halus. Pada sisi kanan dan kiri pintu dipasang rel yang membantu jalan dari roda tidak keluar dari jalur. Proses penarikan ke atas dilakukan dengan menggunakan tali yang dipasang pada bagian tengah bawah pintu, sehingga nantinya dapat digerakkan dengan menggunakan motor DC.
Pada pintu gerbang dan pintu garasi ini sangat memungkinkan terjadi pintu hanya terbuka sebagian, sehingga mobil dan kendaraan tidak dapat masuk. Masalah ini harus diantisipasi dengan pemberian alarm terjadinya error. Antisipasi dapat dilakukan dengan memperhitungkan waktu yang dibutuhkan pintu saat membuka dan menutup penuh, apabila pada saat membuka atau menutup membutuhkan waktu yang lebih lama dari waktu normal maka alarm akan disampaikan ke pengguna.
Gambar 3.3. Mekanisme pintu gerbang
3.3.
Perancangan Perangkat Keras Elektronis
3.3.1.
Driver motor DC
Dalam pengendalian pintu gerbang dan pintu garasi, perangkat utama yang digunakan adalah motor DC. Motor DC memiliki arah putaran yang tetap sesuai dengan catu yang digunakan. Tetapi pada saat digunakan untuk mengendalikan pintu gerbang dan pintu garasi, arah putaran motor yang digunakan adalah CW (Clockwise) dan CCW (Counter Clockwise). Untuk dapat mengendalikan putaran motor, maka menggunakan driver. Pada gambar 3.5 merupakan skema rangkaian driver motor untuk pengubah arah putaran.
Gambar 3.5. Skema Rangakaian Driver Motor DC
3.3.2.
Pendeteksi benda
Pendeteksi benda ini merupakan sebuah sensor yang dibangun dengan maksud untuk mengetahui benda asing yang melewati pintu rumah. Dalam keadaan sensor dinyalakan (keamanan aktif), maka sensor akan mendeteksi benda asing dengan spesifikasi tertentu. Pada keadaan sensor mati, maka pendeteksian akan berhenti sampai sensor diaktifkan kembali.
Berdasarkan rumus 2.1 dapat dilakukan perancangan sesuai skema pada gambar 3.6 sebagai berikut :
+
8
8
.8
RL1
RLY-SPCO
RL2
RLY-SPCO 1
2 3 4
J1
TBLOCK-I4
12 V
33
Gambar 3.6. Skema perancangan sensor cahaya
Pada saat terhalang oleh benda Rgl = 1 MΩ dan Rch = 5 KΩ. VBE cut off < 0,6 V, sehingga nilai resistor tetap adalah 100 KΩ danresistor variabel menggunakan 100KΩ. Maka
berdasarkan perhitungan, nilai resistor yang digunakan adalah 100 KΩ pada resistor tetap dan 95 KΩ pada resistor variabel 100 KΩ.
3.3.3.
Lampu AC
Penggunaan lampu AC pada tugas akhir ini bertujuan agar dapat semirip mungkin dengan sumber lampu pada rumah sebenarnya. Lampu ini akan dapat digunakan secara
D1
2N4004
Q1
2N3704
0.000000 LDR1
LDR
RL1
RLY-SPCO 12 V
R1
100k
RV1
manual dengan saklar maupun dengan Android. Skema elektronisnya dapat dilihat pada gambar 3.7 untuk la mpu dan skema saklar pada gambar 3.8 berikut.
Gambar 3.7. Skema rangkaian lampu
Gambar 3.8. Skema rangkaian saklar
dari PLC
RL1
1 2
J1
220 Volt
1 2
J2
1 2 3 4 5
J1
V
12 V
1
J2
ke PLC
35 Jika dilihat dari gambar 3.8, maka penggunaan tidak melulu melalui Android, tetapi melalui saklar manual juga dengan mengadopsi prinsip saklar tukar. Pada rangkaian terdapat relay yang berfungsi sebagai pengaman jika ada gangguan kelistrikan sehingga tidak secara langsung merusak PLC.
3.4.
Perancangan Perangkat Lunak
3.4.1.
Perancangan SCADA pada Android
Pada gambar 3.9 ini terdapat beberapa toggle dengan fungsinya masing-masing. Toggle dengan kode-kode itu mewakili berikut ini, K (Kamar), RT (Ruang Tamu), RK (Ruang
Keluarga), G (Garasi), dan H (Halaman) serta dengan masing-masing indikator di atasnya. Sedangkan untuk pengoperasiannya menggunakan logika saklar tukar pada rumah pada umumnya.
Gambar 3.9. Tampilan pengendalian lampu
Gambar 3.10. Tampilan pengendalian pintu gerbang dan pintu garasi
Seperti halnya dengan gambar 3.10, pengendalian keamanan ini juga hampir mirip yaitu untuk mengaktifkan sistem keamanan atau tidak. Dalam hal ini, gambar 3.11 menunjukkan beroperasi atau tidaknya sistem keamanan tidak dilakukan satu per satu, melainkan secara keseluruhan.
Gambar 3.11. Tampilan pengendalian keamanan
3.4.2.
Diagram Alir SCADA
37 gerbang dan pintu garasi, dan pengendalian keamanan. Untuk mengendalikannya, dapat memilih dengan menggeser tampilan agar berpindah ke halaman yang diinginkan. Apabila proses yang diinginkan telah selesai dilakukan maka pengguna dapat keluar dari aplikasi SCADA.
Mulai
Proses pengendalian
lampu
Proses pengendalian pintu garasi &
pintu garasi
Proses pengendalian
keamanan
[image:62.612.93.517.152.590.2]Selesai Proses Login
Gambar 3.12. Diagram alir SCADA secara umum
3.4.3.
Proses Login
Mulai
Ketikkan
password
Tekan
Validate
Password =
EEUSD ?
Tidak
Ya
[image:63.612.90.534.64.555.2]Selesai
Gambar 3.13. Diagram alir proses login.
3.4.4.
Proses Pengendalian Lampu
39
Mulai
Sensor = ON ?
Tidak
Pilih lampu
Ambil data indikator HMI halaman Ambil data indikator HMI ruang keluarga Ambil data indikator HMI ruang tidur Ambil data indikator HMI garasi Ambil data indikator HMI kamar Indikator
menyala ? Ya
Matikan lampu halaman Tidak Nyalakan lampu halaman Selesai Ambil data sensor UV A A B B Pilihan = (K, RK, H,
RT, atau G) ?
G K
RT H RK
Indikator
menyala ? Ya
Matikan lampu ruang keluarga Tidak Nyalakan lampu ruang keluarga Selesai B Indikator
menyala ? Ya
Matikan lampu ruang tamu Tidak Nyalakan lampu ruang tamu Selesai B C D Indikator
menyala ? Ya
Matikan lampu kamar Tidak Nyalakan lampu kamar Selesai B Indikator
menyala ? Ya
Matikan lampu garasi Tidak Nyalakan lampu garasi Selesai B D C E Ya
E E E
[image:64.612
![Gambar 2.1. Bagian-bagian PLC M221 [9]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/900895.597813/35.595.83.522.226.730/gambar-bagian-bagian-plc-m.webp)
![Gambar 2.15. Motor DC dengan gear [20]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/900895.597813/48.595.81.531.196.713/gambar-motor-dc-dengan-gear.webp)
