Sistem Informasi Energi Listrik pada Sis

(1)

SIELTUGAS III

SISTEM INFORMASI ENERGI LISTRIK

(2)

A. LATAR BELAKANG

Monitoring sistem PLTS bertujuan untuk melihat keadaan tegangan dan arus dalam sistem. Oleh karena itu, diperlukan sistem informasi energi listrik yang menyediakan data arus dan tegangan secara realtime. Untuk mendapatkan data arus dan tegangan tersebut diperlukan alat berupa sensor arus dan sensor tegangan.

Pada penelitian ini, peneliti mensimulasikan sistem informasi PLTS menggunakan arduino, memonitoring data melalui WEB menggunakan Ethernet Shield dan menggunakan perangkat tambahan Ethernet Switch agar data dapat diakses melalui lebih dari 1 PC / Laptop.

B. KOMPONEN

Adapun komponen yang diperlukan untuk penelitian ini adalah : 1. Arduino Uno

Arduino merupakan mikroprocessor yang mengatur regulasi informasi yang diterima dari pin input dan memberikan informasi tersebut dalam bentuk data output, dimana data output ditampilkan melalui interface IDE. Maka dari IDE, kita dapat membaca/mengolah informasi yang telah diterima oleh arduino.

Arduino Uno memiliki 6 buah pin analog, 16 buah pin digital dan 6 buah pin power dapat dilihat pada Gambar 1. Mikroprocessor yang digunakan Arduino Uno adalah jenis ATmega328 dengan operasi tegangan 5 volt dan input tegangan 7 – 12 volt.

Gambar 1. Arduino Uno

Pada penelitian ini,

peneliti menggunakan

dua pin analog A1 untuk

input hasil yang terbaca di

sensor arus dan A2 untuk

input hasil yang terbaca di

sensor tegangan serta menggunakan pin power berupa 2 buah pin GND untuk (-) dan 2 pin 5 Volt untuk vcc/(+) dikarenakan kedua sensor yang dipakai memiliki tegangan kerja sebesar 5 volt.

2. Ethernet Shield

(3)

memiliki pin yang sama dengan Arduino, dimana pin tersebut dapat meneruskan informasi yang diterima arduino menuju kabel LAN yang terkoneksi ke IDE (laptop). Ethernet Shield ini memiliki IP Address v4 tersendiri, yaitu default Gateway : 192. 168.1.177 (untuk TCP maupun UDP). Sehingga pada saat ingin menampilkan/membaca informasi pada Web, peneliti harus menyetting alamat IP ini.

Gambar 2. Tampilan Ethernet Shield dari samping

Gambar 3. Tampilan Ethernet Shield dari atas 3. Sensor Arus (ACS712)

ACS712 bekerja berdasarkan efek medan magnet. Arus yang mengalir menghasilkan medan magnet lalu ditangkap oleh IC dan diubah menjadi tegangan proporsional.

Karakateristik ACS712

 Memiliki sinyal analog dengan low-noise atau ganguan rendah  Bandwidth 80 kHz

(4)

 Memiliki resistansi sebesar 1.2 mΩ  Tegangan kerja pada 5.0 V

 Tegangan offset keluaran yang sangat stabil

 Hysterisis yang diakibatkan oleh medan magnet mendekati nol  Perbandingan rasio keluaran sesuai tegangan sumber

Gambar 4. Modul Sensor Arus ACS712

Fungsi tiap pin pada sensor ACS712 ditunjukkan pada tabel berikut.

Tabel Fungsi Pin pada ACS712

Pin output ACS712 Fungsi

VCC Catu daya sensor

OUT Output sensor

GND Grounding

Varian dari ic ACS712 antara lain:

 ACS712ELCTR-05B-T jangkauan pengukuran = ±5 A, sensitivitas = 185 mV/A  ACS712ELCTR-20A-T jangkauan pengukuran = ±20 A, sensitivitas = 100 mV/A  ACS712ELCTR-30A-T jangkauan pengukuran = ±30 A, sensitivitas = 66 mv/A

Pada penelitian ini digunakan sensor arus jenis ACS712ELCTR-30A-T. 4. Sensor Tegangan

(5)

Gambar 5. Sensor Tegangan Sensor tegangan memiliki fitur – fitur sebagai berikut:  Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V

 Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V  Tegangan resolusi analog: 0,00489 V

 Tegangan DC masukan antar muka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan GND

 Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s" terhubung Arduino pin A0

Arduino dapat membaca nilai tegangan dengan memanfaatkan pin analog. Jika range tegangan yang dibaca diantara 0-5 V bisa langsung menggunakan pin analog, namun jika tegangan yang dibaca>5V harus menggunakan rangkaian tambahan yakni pembagi tegangan karena pin arduino bekerja pada max 5 v. Data yang diterima arduino berupa nilai ADC, untuk mengkonversi menjadi nilai tegangan menggunakan rumus:

Tegangan = ADC/1023 * 5V ADC : Nilai ADC yang terbaca

1023 : Nilai ADC maksimal (10 bit)

5V : Tegangan referensi ADC arduino (default)

Prinsipkerjasensor tegangan didasarkan pada prinsip penekanan resistansi dan dapat membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan aslinya sehingga sensor hanya mampu membaca tegangan maksimal 25 V bila input tegangan Arduino sebesar 5 V. Padadasarnya pembacaan sensor di ubah dalam bentuk bilangan dari 0 sampai 1023, karena chip Arduino AVR memiliki 10 bit, jadi resolusi simulasi modul 0,00489 V yaitu dari (5 V / 1023), dan tegangan input dari modul ini harus lebih dari 0,00489 V x 5 = 0,02445 V. Sehinggadapatdirumuskan seperti berikut :

Volt = ((Vout x 0.00489) x 5)

4. Ethernet Switch (8-Port Gigabit Desktop Switch TL-SG1008D)

(6)

Switch diperlukan untuk membangun jaringan komputer LAN (Local Area Network)

Sedangkan ethernet merupakan standard untuk perkabelan dan signaling yang digunakan sebagai penghubung antara komputer dengan switch. Ini bisa berupa kabel UTP dengan konektor RJ-45 ataupun fiber optic. Switch juga digunakan untuk menghubungkan beberapa jaringan komputer sehingga membentuk jaringan yang lebih besar, artinya switch juga bisa menyatukan switch-switch yang lain.

Gambar 6 (a)

Gambar 6 (b)

Ethernet Switch 8-Port Gigabit Desktop Switch TL-SG1008D

Gambar 6(a) dan 6(b) merupakan gigabit switch dengan fitur 8 port 10/100/1000Mbps, TL-SG1008D digunakan untuk memperluas kapasitas jaringan dan transfer file besar secara instan dimana mampu mentransfer gambar, CGI, CAD, atau file multimedia melalui jaringan secara cepat.

Semua port tp-link TL-SG1008D didukung auto MDI / MDIX, sehingga tidak perlu khawatir tentang jenis kabel, cukup plug and play. Selain itu, TL-SG1008D juga memiliki teknologi hemat energi yang inovatif, yang dapat menghemat konsumsi daya. Secara otomatis TL-SG1008D menyesuaikan konsumsi daya sesuai dengan status link dan panjang kabel untuk membatasi karbon di jaringan.

 Menurunkan daya port menganggur

Ketika peralatan komputer atau jaringan tidak aktif, port yang terhubung ke switch tradisional akan terus mengkonsumsi sejumlah besar daya sedangkan tp-link TL-SG1008D dapat secara otomatis mendeteksi status link port masing-masing dan mengurangi konsumsi daya port yang menganggur.

 Pengaturan daya menurut panjang kabel

Pada umumnya, kabel yang lebih pendek akan menggunakan daya yang lebih kecil karena degradasi daya yang lebih kecil sesuai panjang kabel, ini tidak terjadi dengan sebagian besar perangkat karena mereka akan menggunakan jumlah daya yang sama di seluruh kabel terlepas dari panjangnya

(7)

Auto-negosiasi pada setiap port berguna untuk mendeteksi kecepatan link dari sebuah perangkat jaringan (10, 100, 1000 Mbps) dan dengan cerdas menyesuaikan kompatibilitas dan kinerja yang optimal. Berikut ini adalah spesifikasi dan features dari tp-link TL-SG1008D.

5. Kabel USB

(8)

Gambar 7. Kabel USB 6. Kabel LAN (RJ45)

Kabel LAN merupakan kabel yang digunakan untuk menyampaikan atau mentransfer informasi yang diterima oleh Ethernet Shield ke Laptop dengan menggunakan laman web sebagai interface data nya.

Gambar 8. RJ45

7. Baterai 12 Volt

Baterai sebagai sumber daya dalam rangkaian atau pengganti PLTS pada simulasi.

(9)

8. Beban

Beban yang digunakan dalam penelitian adalah Lampu sorot LED 9 watt dan Lampu LED 10 watt.

Gambar 9. Lampu (beban) 9. Jumper

Jumper male to female, jumper female to female berfungsi bagaikan urat nadi pada manusia. Dimana jumper ini berperan sebagai jalan penghubung setiap komponen yang ada pada rangkaian atau sebuah sistem. Tidak hanya melewatkan tegangan sumber juga melewatkan tegangan informasi.

Gambar 10. Jumper

(10)

10. Multimeter

Multimeter berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan, baik AC maupun DC. Juga berfungsi untuk men-cek apakah rangkaian itu terkoneksi atau tidak.

Gambar 11. Multimeter

C. RANGKAIAN

(11)

Gambar Rangkaian Sistem Informasi Sifat sensor arus dan tegangan

- Sensor arus ACS712 dihubungkan secara seri dengan baterai dan beban (lampu) sedangkan sensor tegangan dihubungkan secara paralel dengan baterai dan beban (lampu).

Karena pada arduino hanya ada satu pin power 5 Volt, sedangkan setiap sensor memerlukan pin Vcc 5 volt , maka kami menggunakan pin 5 volt pada arduino ke dua.

(12)

-Rangkaian percobaaan data energi D. Setting LAN dengan Ethernet Shield 1. Sambungkan Arduino dengan Ethernet Shield

2. Hubugnkan Ethernet dengan LAN di Laptop 3. Ubah IP pada LAN menjadi IP Static

(13)

5. Lalu masukkan IP laptop :

(14)

7. Masukkan Program WebServer ini ke dalam Program di IDE

8. Hubungkan ethernet switch tp-link TL-SG1008D dengan beberapa laptop dan Arduino ethernet shield, dimana kabel LAN pada port 1 tp link dihubungkan ke ethernet shield sedangkan port yang lainnya terhubung ke laptop.

(15)

Konfigurasi ip Laptop 1

10. Setelah berhasil melakukan pengaturan konfigurasi ip masing-masing laptop maka data dapat diakses melalui web.

(16)

1. ADC

Data hasil bacaan / inputan yang diterima arduino berupa dalam bentuk Desimal (biner) dimana data analog masuk pada pin analog Arduino. Data yang masuk dikonversi terlebih dahulu menjadi data digital. Proses konversi dari nilai analog menjadi digital ini disebut proses ADC (Analog to Digital Conversion).

Arduino uno memiliki resolusi 10 bit dengan nilai terbesar 1023, artinya Pin analog arduino dapat menerima nilai hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi data analog menjadi 1024 keadaan (2^10= 1024) yaitu nilai 0 merepresentasikan tegangan 0 volt dan nilai 1023 merepresentasikan tegangan 5 volt. Mengapa 1023? Bukannya 1024? karena dimulai dari angka 0 bukan angka 1, sehingga nilai terbesar adalah 1023.

Tegangan referensi sebesar 5 volt dikonversi menjadi data digital 10 bit,maka dapat dihitung:

Artinya, setiap 1 angka desimal mewakili tegangan sebesar 0,004887585 volt. Berdasarkan percobaan, sehingga didapatkan nilai data yaitu

= 500

Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi.

2. Pembacaan Sensor Arus

Adalah pembacaan nilai arus yang mengalir dari baterai ke beban. Dilakukan dua kali percobaan yaitu pada saat rangkaian terhubung pada 2 beban dan pada saat rangkaian terhubung 3 beban. Sebelum dilakukan pembacaan arus pada arduino, terlebih dahulu menetukan nilai vcc dan vout yang diukur secara manual yang mana nilai vcc dan vout ini nanti digunakan pada perhitungan untuk mencari nilai arus terbaca pada arduino.

(17)

 Pada program function analogRead(A1) digunakan untuk membaca nilai ADC

pada analog pin yaitu pin arduino A1.

 Untuk variable “unsigned int x=00” dengan jenis data integer dan variabel

sampling, rata-rata dan hasilnilai dengan tipe data float digunakan untuk menyimpan nilai pembacaan ADC sebelum ditampilkan, dan diberikan nilai awal 0.

 Setelah mendeklarasikan semua variabel dapat ditentukan rumus perhitungan

untuk mendapatkan nilai arus yaitu:

hasilnilai = ((rata2*(4.73/1023)) – 2.365)/0.066;

Dimana nilai rata2 dari 150 sampling, nilai vcc/vin = 4.73/1023 untuk menkonversi menjadi data digital dan vout=2.365 dan sensitivitas sensor arus yang digunakan = 0.066

 Serial.print merupakan perintah untuk menampilkan karakter/hasil di IDE

arduino. Pemberian delay(200) ditujukan agar pembacaan nilai ADC stabil. 3. Pembacaan Sensor Tegangan

Adalah pembacaan nilai tegangan pada baterai. Pada simulasi ini, baterai yang digunakan berkapasitas 12 Volt. Namun seiring penggunaan nya dan varian beban yang diberikan. Nilai tegangan yang terbaca semakin menurun, hingga 11,1 Volt

(18)

Maka, rumus yang dipakai pada IDE adalah :

 Pada program function analogRead() yang digunakan untuk membaca nilai

ADC pada analog Pin, yakni pin Arduino A2

 Mendeklarasikan variabel int sensorTegangan dengan tipe data integer dan

variabel V dengan tipe data float untuk mencari nilai tegangan yang terbaca pada arduino.

 Setelah mendeklarasikan semua variabel dapat ditentukan rumus perhitungan

untuk mendapatkan nilai tegangan yaitu: V = sensorTegangan*(4.73/1023.0)*5;

Dimana sensorTegangan merupakan nilai yang terbaca pada pin A2 dikalikan dengan kalibrasi Vin= 4.73/1023*5 untuk menkonversi data menjadi digital dengan tegangan referensi sebesar 5 volt.

(19)

(20)

(21)

G. HASIL SIMULASI Pada IDE

Saat dua beban Saat 3 beban

Pada WEB

(22)

Laptop 2 Ruly(Port3) IP: 169.254.87.206

(23)

H. ANALISA 1. Saat beban 2 lampu (2x10 watt)

Vcc di sensor arus : 4,73 volt Vout di sensor arus: 2,447 volt

 Nilai arus berdasarkan perhitungan secara manual

 V= Vout – (Vcc/2) = 2,447-(4,73/2) = 0,082 V = 82 mV  Arus = V/Sensitivitas arus = 82/66 = 1,24 A

 Baterai : 11,5 volt

 Nilai arus yang terukur di arduino  Arus = 1,44 A

 Baterai : 11,19 volt 2. Saat beban 3 lampu (2 x 10 w + 9 w)

 Vcc di sensor arus : 4,83 volt  Vout di sensor arus: 2,529 volt

 Nilai arus berdasarkan perhitungan secara manual

 V= Vout – (Vcc/2) = 2,529-(4,83/2) = 0,114 V = 114 mV  Arus = V/Sensitivitas arus = 114/66 = 1,72 A

 Nilai arus yang terukur di arduino  Arus = 1,62 A

 Kenaikan arus = arus pada beban 3 lampu – arus pada beban 2 lampu

= 1,72-1,44 = 0,18 A

 Arus yang dihitung manual pada lampu 9 watt = P/V = 9/12 = 0,75 A Berdasarkan perbandingan kenaikan arus dengan arus yang terukur manual pada lampu 9 watt telah terjadi error sebesar 0,75-0,18= 0,57 A dimana seharusnya kenaikan arus mencapai 0,75 A bukan 0,18 A.

Analisa percobaan dengan menggunakan tp-link TL-SG1008D

(24)

port tp-link TL-SG1008D. Misalnya, laptop 1 menggunakan kabel pada port 2 sedangkan laptop 2 menggunakan kabel pada port 3 maka laptop 1 akan menampilkan data yang diakses terlebebih dahulu setelah itu baru laptop 2.

J. KESIMPULAN

Saat menampilkan data pada masing-masing laptop butuh jeda waktu sesuai urutan portnya pada tp-link.

Laptop 1 cia(Port2) : 00:06:35 (yang terbaca tegangan=8,26 arus=0,26 daya=2,11)

Laptop 2 ruly(port3): 00:48:57 (yang terbaca tegangan=8,23 arus=0,26 daya=2,14)