TUGAS AKHIR
SCADA SEBUAH SMARTHOME UNTUK
PENGENDALI LAMPU, PENGENDALI PINTU
PAGAR RUMAH, DAN PENGENDALI GORDEN
BERBASIS PLC SCHNEIDER M221
Diajukan untuk memenuhi salah satu syaratmemperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Disusun Oleh : KEVIN SANJAYA
NIM : 155114046
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
FINAL PROJECT
SCADA AS A SMARTHOME FOR LIGHT
CONTROL, HOME FENCE DOOR CONTROL, AND
CURTAIN CONTROL BASED ON SCHNEIDER PLC
M221
In a partial fulfillment of the requirements for the degree of Sarjana Teknik Department of Electrical Engineering
Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University
Arranged by: KEVIN SANJAYA
NIM : 155114046
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2019
iv
vi
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP
“JIKA DIAMMU BIJAK, MAKA DIAMLAH. NAMUN
JIKA DIAMMU DIINJAK, MAKA BICARALAH,
AGAR MEREKA DIAM.”
Skripsi ini saya persembahkan untuk TUHAN YANG MAHA ESA Keluarga Tercinta Bangsa INDONESIA Dan sahabat-sahabat saya
viii
INTISARI
Smarthome dibuat untuk membantu meringankan pekerjaan manusia di bidang
otomasi dilingkungan rumah tinggal. Tujuan dari sistem ini untuk mengendalikan lampu, gorden, dan pintu pagar, yang dilengkapi dengan HMI (Human Machine Interface) untuk menampilkan proses secara real time.
Sistem dari smarthome ini dibuat menggunakan PLC Schneider TM221CE24R sebagai kontroler. Smarthome ini mengendalikan lampu dengan lima kondisi kecerahan lampu yang berbeda-beda dengan menggunakan sensor UV (Ultraviolet), mengendalikan pintu pagar buka dan tutup dengan menggunakan sensor PIR (Passive Infrared), dan mengendalikan gorden dengan tiga kondisi berbeda-beda (Buka penuh, Tutup setengah , Tutup penuh) dengan sensor LDR. Pengendalian objek-objek smarthome ini ditampilkan pada sebuah HMI (Human Machine Interface). Operator dapat memantau objek-objek yang sedang bekerja melalui tampilan HMI secara realtime.
Melalui tahapan-tahapan pengujian dan percobaan alat, didapatkan kesimpulan bahwa perangkat keras smarthome ini dapat melakukan pengendalian objek-objek dengan baik sesuai dengan fungsinya masing-masing. Perangkat lunak berupa tampilan HMI untuk setiap objek, tombol start sistem, dan tombol stop sistem dapat berjalan dengan baik sesuai dengan perancangan.
Kata kunci : Smarthome, PLC, HMI.
ix
ABSTRACT
Smarthome was made to help relieve human work in the field of automation in the home of residence. The purpose of this system is to control the lamp, curtain, and fence door, which are equipped with the HMI (Human Machine Interface) to display the process in real time.
The system of this smarthome is made using Schneider TM221CE24R PLC as a controller. This smarthome controls the lamp with five different conditions of lamp brightness by using a UV (Ultraviolet) sensor, controlling the open and close fence doors using a PIR (Passive Infrared) sensor, and controlling the curtains with three different conditions (open full, close half, full lid) with LDR sensor. The control of these Smarthome objects is displayed in an HMI (Human Machine Interface). The Operator can monitor the objects that are currently working through the HMI view in realtime.
Through the testing and test stages of the tool, there is a conclusion that this Smarthome hardware can control objects well according to their respective functions. The software in the form of HMI display for each object, System Start button, and System stop button can run well according to the design.
x
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “SCADA SEBUAH SMARTHOME UNTUK PENGENDALI LAMPU, PENGENDALI PINTU PAGAR RUMAH, DAN PENGENDALI GORDEN BERBASIS PLC SCHNEIDER M221” yang berjalan dengan baik dan lancar.
Adapun tujuan dari tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana (S.T) bagi mahasiswa program S-1 jurusan Teknik Elektro di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Dalam Pengerjaan tugas akhir ini penulis banyak mendapat dukungan dari gagasan dan materi dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa yang selalu setia mendampingi dan memberikan berkat, serta pernyetaan kepada penulis. Hallelujah.
2. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Sanata Dharma.
3. Ibu Ir. Theresia Prima Ari Setiyani,M.T., selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran meluangkan waktu membimbing penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. 4. Bapak Djoko Untoro Suwarno S.Si., M.T., selaku dosen penguji yang selalu memberikan saran dan kritik selama pengerjaan tugas akhir ini.
5. Bapak Martanto S.T., M.T., selaku dosen penguji yang selalu memberikan saran dan kritik selama pengerjaan tugas akhir ini.
6. Seluruh dosen dan laboran Teknik Elektro yang dengan sabar memberi pengetahuan yang lebih.
7. Anggota keluarga tercinta dan tersayang. Bapak, Ibu, Nenek, Adik, Kakak, dan sepupu yang senantiasa mendampingi dalam segala keadaan serta memberikan dukungan baik secara moril maupun materi.
8. Para sahabat “Gaple Gaple Sekaban” yang selalu membantu dan menghibur. 9. Para sahabat “END TA” yang selalu membantu dan memberikan gagasan-gagasan. 10. Para sahabat “FOESEAL” yang selalu menghibur.
11. Keluarga besar “UKF Futsal FST USD” yang senantiasa menghimbur.
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL (BAHASA INDONESIA)……….…………...i
HALAMAN SAMPUL (BAHASA INGGRIS)……….…………ii
HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi
INTISARI ... viii
ABSTRACT ... ix
KATA PENGANTAR ... x
DAFTAR ISI ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR TABEL ... xvii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Tujuan dan Manfaat ... 2
1.3. Batasan Masalah ... 2
1.4. Metologi Penelitian ... 3
BAB II DASAR TEORI ... 6
2.1. Smarthome ... 6
2.2. Programmabel Logic Controller ... 6
2.2.1. Bagian-bagian PLC M221 ... 7
2.2.2. Memori PLC M221 ... 8
2.2.3. Diagram ladder ... 8
2.3. Sensor ... 9
2.3.1. Sensor Ultraviolet ... 10
2.3.1.1. Prinsip Kerja Sensor Ultaviolet ... 10
2.3.2. Sensor LDR ... 11
2.3.2.1. Prinsip Kerja Sensor LDR ... 12
2.3.3. Sensor Pergerakan PIR HC-SR501 ... 13
2.3.3.1. Prinsip Kerja Sensor Pergerakan ... 14
2.3.4 Limit switch ... 15
2.3.4.1 Prinsip Kerja Limit switch ... 15
2.3.5. Motor DC ... 16
2.3.5.1. Prinsip kerja motor DC ... 17
2.3.6. Relay ... 18
2.3.6.1. Prinsip kerja relay... 18
2.4. SCADA ... 19
2.4.1. Arsitektur Sistem SCADA ... 19
xiii
2.5. Wonderware In Touch ... 20
2.5.1. Wonderware InTouch Script dan Animasi ... 21
2.6. Wonderware MODBUS Ethernet I/O Server (MBENET) ... 24
2.7. TM3AM6 ... 25
2.8. Driver Current ... 26
2.8.1. Konfirgurasi Darlington ... 26
BAB III PERANCANGAN PENELITIAN ... 28
3.1. Blok diagram ... 29
3.2. Perancangan perangkat keras mekanis... 30
3.2.1. Cara kerja dan bagian komponen pengendali pintu pagar ... 30
3.2.2. Cara kerja dan bagian komponen pengendali gorden ... 31
3.3. Perancangan perangkat keras elektronis ... 32
3.3.1. Sensor LDR ... 32
3.3.2. Sensor Ultraviolet ... 33
3.3.3. Sensor PIR ... 34
3.3.4. Pengendali arah putaran motor DC ... 35
3.3.5. Lampu DC ... 36
3.4. Perancangan PLC ... 38
3.5. Perancangan Perangkat Lunak ... 39
3.6. Perancangan Diagram Alir SCADA ... 40
3.6.1. Proses login ... 41
3.6.2. Proses pengendali lampu ... 42
3.6.3. Proses pengendali pintu pagar ... 43
3.6.4. Proses pengendali gorden ... 44
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46
4.1. Perubahan Perancangan ... 46
4.1.1. Penambahan Sensor Photodioda ... 46
4.1.2. Perubahan Tampilan HMI ... 47
4.1.3. Perubahan Rangkaian Switch Pada Sensor PIR ... 48
4.1.4. Perubahan Range Kondisi Sensor Ultraviolet ... 48
4.1.5. Perubahan Posisi Sensor PIR ... 49
4.2. Hasil Implementasi Perangkat Keras ... 50
4.2.1. Hasil Implementasi Pengendali Pintu Pagar ... 50
4.2.2. Hasil Implementasi Pengendali Gorden ... 51
4.2.3. Hasil Implementasi Pengendali Lampu... 52
xiv
4.2.5. Hasil Implementasi Rangkaian PIR (HC-SR501) ... 53
4.2.6. Hasil Implementasi Rangkaian Sensor LDR ... 55
4.2.7. Hasil Implementasi Rangkaian Sensor UV ... 55
4.2.8. Perangkat Keras Rangkaian Pembalik Arah Putaran Motor DC... 56
4.2.9. Perangkat Keras Rangkaian switch ... 56
4.3. Hasil Pengamatan Sistem ... 57
4.3.1. Hasil Pengamatan Proses Login ... 57
4.3.2. Data Proses Aktif Sistem... 58
4.3.3. Data Proses Pengendali Lampu ... 59
4.3.4. Data Proses Pengendali Pintu Pagar... 62
4.3.5. Data Proses Pengendali Gorden ... 64
4.4. Implementasi Perangkat Lunak ... 66
4.4.1. Tombol Start Dan Stop Di HMI ... 66
4.4.2. Ladder Pendeteksi Kondisi Gorden... 67
4.4.3. Ladder Output Analog ... 68
4.4.4. Timer-TP (Timer pulse) Menggerakkan Motor DC ... 69
4.4.5. Proses Login ... 69
4.4.6. Script Animasi Pengendali Gorden ... 72
4.4.7. Script Animasi Pengendali Pintu Pagar ... 72
4.5. Komunikasi Via Ethernet Dan Konfirgurasi Tagname ... 74
4.5.1. Konfigurasi I/O Server Pada MBENET dan InTouch ... 74
4.5.2. Konfigurasi Alamat IP Pada PLC ... 75
4.5.3. Konfigurasi Pengaturan Tagname ... 76
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 77
5.1. Kesimpulan ... 77
5.2. Saran ... 77
DAFTAR PUSTAKA ... 78
LAMPIRAN ... 81
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras ... 4
Gambar 2.1. Bagian-bagian PLC TM221CE40R ... 7
Gambar 2.2. Ladder diagram NO ... 9
Gambar 2.3. Ladder diagram NC ... 9
Gambar 2.4. Sensor Ultraviolet ... 10
Gambar 2.5. Kurva responsivitas spectral ... 10
Gambar 2.6. Keterangan index UV ... 11
Gambar 2.7. Simbol dan bentuk fisik LDR ... 12
Gambar 2.8. Grafik kerja LDR ... 12
Gambar 2.9. Rangkaian pembagi tegangan ... 13
Gambar 2.10. Sensor PIR (sensor gerak) ... 14
Gambar 2.11. Piroelektrik PIR sensor ... 14
Gambar 2.12. Jangkauan sensor PIR motion ... 15
Gambar 2.13. Sensor limit switch ... 15
Gambar 2.14. Konstruksi dan simbol limit switch ... 16
Gambar 2.15. Simbol dan bentuk motor DC ... 17
Gambar 2.16. Prinsip kerja motor DC ... 17
Gambar 2.17. Simbol relay NO dan NC ... 18
Gambar 2.18. Struktur sederhana relay ... 18
Gambar 2.19. Skema sistem SCADA sederhana dalam pengendalian sistem ... 19
Gambar 2.20. Tipe PLC dan rentang alamat yang didukung MBENET ... 25
Gambar 2.21. Bentuk modul TM3AM6 ... 26
Gambar 2.22. Wiring diagram pada modul TM3AM6 ... 26
Gambar 2.23. Rangkaian dasar darlington NPN ... 27
Gambar 3.1. Ilustrasi prototipe Smarthome ... 28
Gambar 3.2. Blok diagram prototipe SCADA untuk pengendali lampu, pengendali pintu pagar rumah, dan pengendali gorden. ... 30
Gambar 3.3. Mekanisme Pintu Pagar ... 31
Gambar 3.4. Mekanisme Pengendali Gorden ... 31
Gambar 3.5. Perancangan elektronis sensor LDR ... 32
Gambar 3.6. Karakteristik input analog sensor LDR ... 33
Gambar 3.7. Perancangan elektronis sensor UV ... 33
Gambar 3.8. Karakteristik input analog sensor UV... 34
Gambar 3.9. Perancangan elektronis sensor PIR ... 35
Gambar 3.10. Rangkaian pengendali arah putaran motor ... 35
Gambar 3.11. Rangkaian driver current ... 36
Gambar 3.12. Karakteristik output analog PLC ... 37
Gambar 3.13. Layer pertama sebagai menu utama ... 39
Gambar 3.14. Layer kedua tampilan animasi dari 3 objek ... 40
Gambar 3.15. Diagram alir SCADA secara umum ... 41
Gambar 3.16. Diagram alir proses login... 42
Gambar 3.17. Diagram alir pengendali lampu ... 43
Gambar 3.18. Diagram alir pengendali pintu pagar ... 44
Gambar 3.19. Diagram alir pengendali Gorden ... 45
xvi
Gambar 4.2. Tampilan perubahan menu utama ... 47
Gambar 4.3. Tampilan perubahan animasi pengendali ... 47
Gambar 4.4. Perubahan perancangan elektronis sensor PIR ... 48
Gambar 4.5. Perubahan range sensor Ultraviolet ... 49
Gambar 4.6. Perubahan posisi sensor PIR ... 49
Gambar 4.7. (a). Tampilan perangkat keras dari depan (b). Tampilan perangkat keras dari belakang ... 50
Gambar 4.8. Mekanik pintu pagar ... 51
Gambar 4.9. Mekanik gorden ... 52
Gambar 4.10. Pengendali lampu... 53
Gambar 4.11. Tombol start dan stop di prototipe ... 53
Gambar 4.12. Letak sensor PIR ... 54
Gambar 4.13. Posisi sensor LDR... 55
Gambar 4.14. Posisi sensor UV ... 55
Gambar 4.15. Tampilan perangkat keras rangkaian pembalik putaran motor... 56
Gambar 4.16. Tampilan perangkat keras rangkaian switch... 56
Gambar 4.17. Ladder tombol start dan stop di HMI ... 67
Gambar 4.18. Tombol start dan stop di HMI ... 67
Gambar 4.19. Ladder pendeteksi gorden ... 68
Gambar 4.20. Ladder keluaran analog... 68
Gambar 4.21. Ladder timer tipe TP (Timer-pulse) ... 69
Gambar 4.22. Tagname password dan username ... 69
Gambar 4.23. Tipe input Script dan disable ... 70
Gambar 4.24. Script menampilkan layer kedua ... 70
Gambar 4.25. Tipe disable ... 71
Gambar 4.26. Program reset di button logout ... 71
Gambar 4.27. Window script pengendali gorden ... 72
Gambar 4.28. Program buka gorden ... 72
Gambar 4.29. Program tutup gorden ... 72
Gambar 4.30. Window script pengendali pintu pagar ... 72
Gambar 4.31. Program buka pintu pagar ... 73
Gambar 4.32. Program tutup pintu pagar ... 73
Gambar 4.33. Hasil pengaturan topic definition pada MBENET ... 74
Gambar 4.34. Hasil pengaturan access names pada Wonderware InTouch ... 75
Gambar 4.35. Hasil konfirgurasi alamat IP PLC ... 75
Gambar 4.36. Konfirgurasi pengaturan tagname ... 76
Gambar 4.37. Konfirgurasi pengaturan tagname ... 76
xvii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Keterangan bagian-bagian PLC M221 ... 8
Tabel 2.2. Tabel spesifikasi sensor UV [10] ... 11
Tabel 3.1. Keterangan dan fungsi dari gambar 3.1 ... 29
Tabel 3.2. Tingkat kecerahan lampu ... 38
Tabel 3.3. Pembagian input digital pada PLC ... 38
Tabel 3.4. Pembagian input analog pada PLC ... 38
Tabel 3.5. Pembagian output digital pada PLC ... 38
Tabel 3.6. Pembagian output analog pada TM3AM6 ... 39
Tabel 3.7. Pembagian memori pada PLC ... 40
Tabel 4.1. Jangkauan sensor PIR ... 54
Tabel 4.2. Tampilan HMI Proses login ... 57
Tabel 4.3. Tampilan HMI proses aktif dan non aktif sistem ... 59
Tabel 4.4. Data proses input pengendali lampu ... 60
Tabel 4.5. Tampilan HMI proses pengendali lampu ... 60
Tabel 4.6. Data proses input pengendali pintu pagar ... 62
Tabel 4.7. Tampilan HMI proses pengendali pintu pagar ... 63
Tabel 4.8. Data proses input pengendali gorden ... 64
Tabel 4.9. Tampilan HMI proses pengendali gorden ... 65
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Seiring perkembangan zaman, teknologi tumbuh begitu pesat, bahkan hal yang dulunya dianggap tidak mungkin kini bisa terealisasikan dengan bantuan teknologi. Pertumbuhan ekonomi yang tinggi membuat permintaan rumah yang nyaman kian meningkat [1] oleh sebab itu banyak muncul permasalahan yang ada di kehidupan sehari-hari salah satunya seperti lupa mematikan lampu yang berakibat borosnya pemakaian listrik. Berbagai teknologi yang diterapkan sebagai sistem otomasi salah satunya PLC (Programmable Logic Controller), PLC salah satu komponen utama dalam sebuah sistem SCADA.
SCADA (Supervisory Control and Data Acquition) adalah sebuah sistem yang dirancang untuk sebuah pengendalian dan pengambilan data dalam pengawasan (Operator/Manusia), biasanya SCADA digunakan untuk pengendalian suatu proses pada industri. SCADA merupakan sistem yang terdiri dari banyak komponen penyusunnya yaitu HMI (Human Machine Interface), PLC, MTU (Master Terminal Unit), RTU (Remote
Terminal Unit), dan sistem komunikasi [2]. Sistem SCADA terdapat PLC (Programmabel
Logic Controller) sebagai pengendali utama, PLC biasanya digunakan pada sistem dalam industri untuk menggantikan sistem perkabelan (wiring). namun seiring perkembangan waktu PLC juga digunakan pada sistem sebuah Smarthome. PLC yang digunakan adalah Schneider M221, karena PLC ini memiliki port Ethernet yang memudahkan pemantauan jarak jauh.
Dari penelitian Benekditus Tri Apriyanto dalam tugas akhir berjudul “Aplikasi PLC Modicon M221 Untuk Smarthome dengan HMI Berbasis Android” sistem mempunyai kemampuan pengendalian melalui HMI android via internet untk lampu (ON/OFF), motor dc (buka/tutup pintu garasi dan pintu gerbang), serta pengaktifan indikator keamanan. Aplikasi dari Smarthome 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 pengendali motor terdiri dari motor DC 12V 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). [3]
Berdasarkan latar belakang tersebut akan dibuat tugas akhir yaitu “SCADA sebuah
Smarthome untuk pengendali lampu, pengendali pintu pagar rumah, dan pengendali gorden berbasis PLC Schneider M221”. Perbedaan dan kelebihan dari referensi yang ada
diatas adalah aplikasi tugas akhir ini dimonitoring melalui HMI dengan software Wonderware Intouch yang memiliki kelebihan yang lebih dalam menggambarkan animasi-animasi sistem secara real dan aktual.
Smarthome ini menggunakan PLC Schneider M221 berjenis TM221CE40R, PLC
jenis ini memiliki port I/0 berupa 24 digital input, 2 analog input, 16 digital output, 1 ethernet port, dan 1 serial line port sebagai kontroler. PLC ini didukung oleh software So Machine Basic yang mudah dalam pemrograman dan terigentrasi dengan HMI yang bertujuan untuk memonitor sistem Smarthome tersebut. Dari semua pengendali ini dibuat sistem yang bisa di monitoring dengan Software Wonderware Intouch sebagai HMI.
1.2. Tujuan dan Manfaat
Pembuatan tugas akhir ini memiliki tujuan yang ingin dircapai adalah :
1. Merancang dan mengimplementasikan prototipe SCADA untuk pengendali lampu, pengendali pintu pagar rumah, dan pengendali gorden dalam sebuah Smarthome dengan PLC Schneider M221 dan dimonitoring melalui HMI. Aplikasi dengan software Wonderware Intouch.
Manfaat pembuatan tugas akhir ini adalah :
1. Memberikan kenyamanan, keselamatan, penghematan dan keamanan bagi penggunanya.
1.3. Batasan Masalah
Dalam pembuatan tugas akhir diperlukan batasan-batasan masalah mengenai judul, sehingga tidak terjadinya penjelasan yang mengarah keluar dari judul yang dibuat. Berikut ini batasan masalahnya :
3
1. Menggunakan PLC M221 sebagai pusat pengendali.
2. Menggunakan software Wonderware Intouch sebagai HMI.
3. Menggunakan sebuah sensor LDR (Light Dependent Resistor) untuk mensensing intensitas cahaya yang digunakan sebagai input pengendali gorden.
4. Menggunakan sebuah sensor Ultraviolet untuk mensensing sinar Ultraviolet yang digunakan sebagai input Pengendali Lampu.
5. Menggunakan sebuah sensor PIR (Passive Infrared) untuk mensensing pergerakan yang digunakan sebagai input pengendali pintu pagar.
6. Menggunakan sebuah motor DC 6v yang dilengkapi gear sebagai penggerak pintu pagar rumah.
7. Menggunakan sebuah motor DC 6v sebagai penggerak gorden. 8. Menggunakan Lampu DC 12V sebagai output pengendali lampu.
9. Pada pengendali pintu pagar rumah menggunakan dua LS (Limit switch) sebagai saklar pembatas maximum dan minimum dan menghentikan gerakan motor.
10. Menggunakan Relay untuk melindungi output dari tegangan berlebih dan sebagai pengendali arah putaran motor.
11. Komunikasi antara PC dan PLC via Ethernet.
1.4. Metologi Penelitian
Bedasarkan pada tujuan dan manfaat yang ingin dicapai maka metode-metode penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir adalah :
1. Studi literatur, yaitu dengan cara mengumpulkan dan mempelejari data-data dari buku atau jurnal tentang PLC Schneider M221, wonderware intouch, dan somachine basic. 2. Perancangan perangkat keras dan lunak dapat dilihat di gambar 1.1. Rancangan sistem
terdiri dari beberapa sensor sebagai input, output berupa lampu DC, motor DC 1 dan motor DC 2 serta perangkat lunak seperti ladder diagram PLC dan HMI. Sistem ini dikendalikan sebuah PLC M221 untuk pengendali gorden, pengendali lampu, dan pengendali pintu pagar. Tahap ini mencari bentuk sistem yang optimal dengan mempertimbangkan beberapa faktor bedasarkan permasalahan dan kebutuhan.
Gambar 1.1. Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras
3. Pembuatan perangkat keras dan lunak. Bedasarkan gambar 1.1, maka perangkat keras yang dibuat meliputi konfirgurasi input dengan PLC, konfirgurasi PLC dengan output dan relay untuk motor DC 1 serta motor DC 2. Perangkat lunak dari kerja sistem meliputi sensor sebagai masukan mengirim data ke PLC yang sudah terdapat program ladder yang berfungsi untuk mengendalikan output berupa motor DC serta lampu DC dan data dari PLC dikirim ke HMI yang digunakan sebagai proses pemantauan secara
real time.
4. Proses pengambilan data. Pengambilan data untuk sensor Utraviolet dengan cara memberikan sinar matahari dengan level yang berbeda pada saat pagi, siang, sore, dan malam. Data yang diambil adalah banyaknya sinar ultraviolet yang diterima untuk menghidupkan dan mematikan lampu. Pengambilan data untuk sensor LDR dengan cara memberikan cahaya dengan level yang berbeda. Data yang diambil adalah pada tegangan berapakah gorden akan membuka dan menutup. Untuk sensor PIR pengambilan data dilakukan dengan cara memberi gerakan pada jarak yang berbeda. Data yang diambil adalah aktif atau tidak aktif sensor pada jarak yang berbeda. Untuk sensor limit switch data yang diambil berupa tegangan pada saat kondisi limit switch on atau off dan yang terakhir membandingkan respon pada prototipe dengan proses animasi pada HMI.
5
5. Analisis dan kesimpulan hasil percobaan. Analisis data dilakukan dengan mendeteksi perubahan tegangan pada sensor, menganalisa keluaran dari semua objek pada prototipe saat diberi input dengan bermacam-macam kondisi yang berbeda, dan menganalisa proses pada prototipe dengan tampilan HMI.
6
BAB II
DASAR TEORI
Bab ini menjelaskan dasar-dasar teori dari semua komponen utama tugas akhir yang berjudul “SCADA sebuah Smarthome untuk pengendali lampu, pengendali pintu pagar
rumah, dan pengendali gorden berbasis PLC Schneider M221”. Komponen-komponen
yang digunakan antara lain: Programmable Logic Controller (PLC), Human Machine
Interface (HMI), sensor Ultraviolet, sensor Pergerakan, sensor LDR (Light dependent resistor), Relay, Limit switch, Motor DC, Lampu DC.
2.1. Smarthome [4]
Smarthome (rumah cerdas) adalah rumah yang menyediakan kenyamanan, keamanan efisiensi energi bagi rumah setiap saat. Teknologi ini dapat bekerja saat orang ada di rumah maupun tidak ada di rumah. Dikarenakan Smarthome sebuah sistem otomatis sehingga memberi kenyamanan, keselamatan, penghematan dan keamanan bagi penggunanya.
Smarthome tidak hanya diterapkan pada rumah tapak saja, melainkan hunian tingkat
atas seperti apartemen. Dengan begitu penghuni rumah maupun apartemen tidak perlu repot mengontrol properti yang ada seperti lampu, pintu pagar rumah, dan gorden.
Pada awalnya ide tentang smarthome dibuat untuk orang-orang non difabel seiring berjalan waktu Smarthome sekarang tidak hanya digunakan pada orang yang non difabel melainkan juga digunakan pada orang yang berkebutuhan khusus.
2.2. Programmabel Logic Controller [5]
PLC adalah komputer elektronik yang mudah digunakan (user friendly) yang memiliki fungsi kendali untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan yang beraneka ragam. Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah "sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan di desain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul I/O digital maupun analog. Bedasarkan namanya konsep PLC adalah sebagaiberikut:
7
1. Programmable, menunjukkan kemampuan dalam hal memori untuk menyimpan program yang telah dibuat yang dengan mudah diubah-ubah fungsi atau kegunaannya.
2. Logic, menunjukkan kemampuan dalam memproses input secara aritmatik dan logic
(ALU), yakni melakukan operasi membandingkan, menjumlahkan, mengalikan, membagi, mengurangi, negasi, AND, OR, dan lain sebagainya.
3. Controller, menunjukkan kemampuan dalam mengontrol dan mengatur proses sehingga menghasilkan output yang diinginkan.
2.2.1. Bagian-bagian PLC M221 [6]
PLC yang berjenis TM221CE40R dapat dilihat pada gambar 2.1 PLC ini adalah salah satu produk dari perusahaan Schneider Electric. PLC ini memiliki port I/0 berupa 24 digital input, 2 analog input, 16 digital output, 1 ethernet port, dan 1 serial line port.
Gambar 2.1. Bagian-bagian PLC TM221CE40R
Keterangan dari setiap bagian-bagian PLC M221 dapat dilihat pada tabel 2.1. Tabel 2.1. Keterangan bagian-bagian PLC M221
No Keterangan
1 Status LEDs
2 Blok terminal keluaran 3 Klip pengunci ukuran 35mm 4 Port Ethernet/konektor RJ45
5 Catu daya 110-240 VAC 6 Port mini USB
7 Port serial 1
8 Slot SD Card 9 Masukan 2 analog 10 Saklar Run/Stop 11 Blok terminal masukan
12 Konektor penambahan modul I/O 13 Cartridge slot 1
14 Cartridge slot 2 15 Tutup pelindung 16 Locking hook
17 Pelindung masukan analog 18 Penahan baterai
2.2.2. Memori PLC M221 [7]
Pada PLC M221 terdapat 3 jenis memori yang dapat digunakan sesuai dengan fungsinya masing-masing yaitu:
1. Memori bit (%M)
Object Memory bit %M dalam SoMachine Basic tersedia 1024. Memory bit ini disimpan pada zona memori tersendiri dan Memori ini hanya dapat bernilai 1 dan 0.
2. Memori word (%MW)
Object Memory Word %MW dalam SoMachine Basic tersedia 8000. Nilai %MW dapat berubah-ubah selama program PLC dijalankan. Memori ini biasa digunkan untuk oprasi counter.
3. Konstanta word (%KW)
Object Constant Memory Word %KW dalam SoMachine Basic tersedia 512. Nilai %KW tidak dapat berubah-ubah selama program PLC dijalankan.
2.2.3. Diagram ladder [8]
Ladder diagram (diagram tangga) merupakan metode pemrograman PLC yang
9
ini. Hal itu dikarenakan PLC merupakan perkembangan dari relay logic control yang menggunakan bahasa pemrograman relay ladder logic. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pemrograman PLC menggunakan ladder diagram :
1. Program dibaca dari kiri ke kanan dan dari atas ke bawah.
2. Rung tidak boleh diakhiri tanpa output.
3. Output (coil) dan input (contact) ditampilkan dalam kondisi normal. 4. Input/output diidentifikasi dengan alamat.
Pada ladder diagram terdapat normal contact yang mengacu pada konsep NO (Normally Open) dan NC (Normally Closed) dari relay contact, terdapat pada gambar 2.2 dan 2.3.
1. Normally Open (NO)
Contact ini menandakan keadaan relay yang dalam keadaan normalnya dalam
posisi terbuka, dan akan terhubung jika relay mendapat tegangan.
Gambar 2.2. Ladder diagram NO 2. Normally Closed (NC)
Contact ini menandakan keadaan relay yang dalam keadaan normalnya dalam
posisi terhubung, dan akan terbuka jika relay mendapat tegangan.
Gambar 2.3. Ladder diagram NC
2.3. Sensor [9]
Sensor adalah peralatan yang digunakan untuk mengubah suatu besaran fisik menjadi besaran listrik sehingga dapat dianalisa dengan rangkaian listrik tertentu. Hampir seluruh peralatan elektronik yang ada mempunyai sensor didalanya. Pada saat ini, sensor tersebut telah dibuat dengan ukuran sangat kecil. Ukuran yang sangat kecil sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi. Sensor merupakan bagian dari transducer yang berfungsi unutk melakukan sensing atau “ merasakan dan menangkap “ adanya perubahan energi eksternal yang akan masuk ke bagian input dari transducer, sehingga perubahan kapasitas energi yang ditangkap segera dikirim kepada bagian konverter dari transducer
untuk diubah menjadi energi listrik. Dalam lingkungan sistem pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroler sebagai otaknya.
2.3.1. Sensor Ultraviolet [10]
Sensor ultraviolet adalah sensor yang digunakan pada pengendali lampu. sensor ini digunakan untuk mendeteksi intensitas radiasi ultraviolet. Salah satu tipe sensor ultraviolet yaitu GUVA-S12D sensor yang berjenis ini bisa mendeteksi rentang cahaya 200 nm – 370 nm dapat dilihat pada gambar 2.4. Sensor ini memiliki tegangan input sebesar 3.3 V – 5.5 V dan mempunyai keluaran analog.
Gambar 2.4. Sensor Ultraviolet
2.3.1.1. Prinsip Kerja Sensor Ultaviolet
Sensor UV ini bekerja di bawah sinar matahari. Pada saat sensor UV di bawah matahari indeks UV dan kurva responsivitas dapat dilihat pada gambar 2.5.
11
Gambar 2.6. Keterangan index UV [11]
Sensor ini mengkonversi photocurrent menjadi tegangan dan dapat dilihat di tabel 2.2 spesifikasi dari sensor UV. Tegangan Vout dan index UV dapat dilihat di gambar 2.6
Tabel 2.2. Tabel spesifikasi sensor UV [10]
Keterangan Min Typical Max Satuan
Tegangan Kerja 3.0 5.0 5.1 VDC
Arus 0.31 mA
Tegangan Keluaran 0 1000 mV
Respon Panjang Gelombang 200 - 370 Nm
Suhu Kerja -30 - 85 °C
2.3.2. Sensor LDR
LDR adalah salah satu jenis resistor yang dapat mengalami perubahan resistansinya apabila mengalami perubahan penerimaan cahaya. Besarnya nilai hambatan pada sensor LDR tergantung pada besar kecilnya cahaya yang diterima oleh LDR itu sendiri. LDR sering disebut dengan alat atau sensor yang berupa resistor yang peka terhadap cahaya. Biasanya LDR terbuat dari cadmium sulfida yaitu bahan semikonduktor yang resistansnya berubah-ubah menurut banyaknya cahaya (sinar) yang mengenainya. Resistansi LDR pada tempat yang gelap biasanya mencapai sekitar 10 MΩ, dan ditempat terang LDR mempunyai resistansi yang turun menjadi sekitar 150 Ω. Seperti halnya resistor konvensional, pemasangan LDR dalam suatu rangkaian sama persis seperti pemasangan resistor biasa [12]. LDR ini memiliki bentuk dan simbol yang dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Simbol dan bentuk fisik LDR [13]
Umumnya Sensor LDR memiliki nilai hambatan 200 Kilo Ohm pada saat dalam kondisi sedikit cahaya (gelap), dan akan menurun menjadi 500 Ohm pada kondisi terkena banyak cahaya. Tak heran jika komponen elektronika peka cahaya ini banyak diimplementasikan sebagai sensor lampu penerang jalan, lampu kamar tidur, alarm dan lain-lain. [13]
2.3.2.1. Prinsip Kerja Sensor LDR
Cara kerja LDR adalah menghambat aliran arus listrik apabila tidak ada bekas cahaya yang mengenai permukaan atas LDR. Apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR kecil (sedikit), maka nilai resistansi LDR akan besar (RLDR = besar) sebaliknya Apabila intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR besar (banyak), maka nilai resistansi LDR akan kecil (RLDR = kecil) grafik kerja LDR dapat dilihat pada gambar 2.8. [14]
13
Gambar 2.9. Rangkaian pembagi tegangan
Pada gambar 2.9 menunjukan rangkaian pembagi tegangan yang digunakan pada input sensor LDR. Rumus dari pembagi tegangan bisa dilihat di persamaan 2.1.
(2.1)
Dengan Vout = Tegangan keluaran
R1 = Resistensi pada sensor LDR R2 = Resistensi pada resistor Vin = Tegangan masukan
2.3.3. Sensor Pergerakan PIR HC-SR501
Sensor PIR (sensor gerak) adalah sensor yang berfungsi untuk pendeteksi gerakan yang bekerja dengan cara mendeteksi adanya perbedaan/perubahan suhu sekarang dan sebelumnya. Sensor gerak menggunakan modul pir sangat simpel dan mudah diaplikasikan. Modul PIR hanya membutuhkan tegangan input DC 5V dan cukup efektif untuk mendeteksi gerakan hingga jarak 5 meter. Ketika tidak mendeteksi gerakan, keluaran modul adalah LOW. Dan ketika mendeteksi adanya gerakan, maka keluaran akan berubah menjadi HIGH. Adapun lebar pulsa HIGH adalah ±0,5 detik. Sensitifitas Modul PIR yang mampu mendeteksi adanya gerakan pada jarak 5 meter memungkinkan kita membuat suatu alat pendeteksi gerak dengan keberhasilan lebih besar. Sensor PIR dapat dilihat pada gambar 2.10. [15]
Gambar 2.10. Sensor PIR (sensor gerak) [15]
2.3.3.1. Prinsip Kerja Sensor Pergerakan
Pada dasarnya sensor PIR terbuat dari sensor Piroelektrik (logam yang berbentuk bulat) yang berfungsi untuk mendeteksi kadar radiasi inframerah dapat dilihat pada gambar 2.11. [3]
Gambar 2.11. Piroelektrik PIR sensor[16]
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 menbatalkan satu sama lain. Jika salah satu bagian melihat kurang atau lebih dari radiasi IR terdeteksi, maka keluaran akan tinggi atau rendah. [3]
Gambar 2.12 adalah jangkauan dari sensor PIR motion, apabila dilihat dari depan sensor ini membentuk lingkaran dengan jarak yang berbeda. Sensor ini membaca intensitas inframerah mencapai jarak 2,4m. Sensor ini bekerja dengan luasan 5m dan sudut 90° kesamping, dan 90° bagian atas hingga ke bawah. [16]
15
Gambar 2.12. Jangkauan sensor PIR motion [16]
2.3.4 Limit switch
Limit switch adalah saklar atau perangkat elektromekanis yang mempunyai tuas
aktuator sebagai pengubah posisi kontak terminal dari Normally Open/ NO ke Close atau sebaliknya dari Normally Close/NC ke Open. Posisi kontak akan berubah ketika tuas aktuator tersebut terdorong atau tertekan oleh suatu objek. Sama halnya dengan saklar pada umumnya, limit switch juga hanya mempunyai 2 kondisi, yaitu menghubungkan atau memutuskan aliran arus listrik. Dengan kata lain hanya mempunyai kondisi ON atau Off [17]. Sensor limit switch dapat dilihat pada gambar 2.13.
Gambar 2.13. Sensor limit switch [18]
2.3.4.1 Prinsip Kerja Limit switch [19]
Prinsip kerja limit switch diaktifkan dengan penekanan pada tombolnya pada batas/daerah yang telah ditentukan sebelumnya sehingga terjadi pemutusan atau penghubungan rangkaian dari rangkaian tersebut. Limit switch memiliki 2 kontak yaitu NO
(Normally Open) dan kontak NC (Normally Close) dimana salah satu kontak akan aktif jika tombolnya tertekan. Konstruksi dan simbol limit switch dapat dilihat seperti gambar 2.14.
Gambar 2.14. Konstruksi dan simbol limit switch[19]
2.3.5. Motor DC [20]
Motor DC adalah salah alat yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi gerak berupa putaran. Pada motor DC, energi listrik yang digunakan adalah energi listrik dengan arus searah atau yang juga biasa dikenal dengan nama listrik DC. Oleh karena itu motor DC juga kerap disebut dengan nama motor arus searah. Agar dapat bekerja, motor DC memerlukan suplay tegangan searah alias tegangan DC yang disambungkan melalui dua terminalnya. Motor DC bekerja dengan menghasilkan putaran per menit atau yang juga biasa dikenal dengan istilah RPM. Motor DC dapat berputar searah maupun berlawanan arah jarum jam. Untuk membalikan arah putaran, cukup dengan membalikan polaritas listriknya. Pada umumnya sebuah motor DC memerlukan tegangan antara 1,5 volt sampai dengan 24 volt. Sedangkan untuk polaritasnya dari 3.000 RPM sampai dengan 8.000 RPM tergantung spesifikasi dan tegangan yang diberikan. Semakin besar tegangan yang diberikan, maka semakin tinggi RPM nya. Dan semakin kecil tegangan yang diberikan, maka semakin rendah pula RMP nya. Batas minimum tegangan operasional yang bisa diberikan pada sebuah motor DC adalah 50%. Jika kurang dari 50% dari batas tegangan yang ditentukan maka motor tidak akan berputar. Sedang batas maksimumnya adalah tidak boleh melebihi 30% dari ambang batas yang ditentukan. Jika melebihi nilai tersebut maka motor akan menjadi sangat panas dan bisa terbakar. Motor DC akan memerlukan arus yang sangat kecil jika bekerja tanpa beban. Namun saat bekerja pada sebuah beban, arus dan daya yang diperlukan bisa naik berkali-kali lipat. Simbol dan bentuk motor DC dapat dilihat pada gambar 2.15.
17
Gambar 2.15. Simbol dan bentuk motor DC
2.3.5.1. Prinsip kerja motor DC [20]
Pada sebuah motor DC terdapat dua bagian utama yakni rotor dan stator. Rotor adalah bagian pada motor DC yang berputar. Bagian ini terdiri dari kumparan jangkar. Sedangkan stator adalah bagian pada motor DC yang diam alias tidak bergerak. Bagian ini terdiri dari rangka dan juga kumparan medan. Dan dari dua bagian utama motor DC tadi masih bisa dibagi-bagi menjadi banyak bagian lain seperti Yoke (kerangka magnet), Field winding (kumparan medan magnet), Poles (kutub motor), Armature Winding (Kumparan Jangkar), Brushes (kuas/sikat arang), dan juga Commutator (Komutator).
Gambar 2.16. Prinsip kerja motor DC
Prinsip kerja dari motor DC dapat dilihat pada gambar 2.16, sebenarnya sangat sederhana, yakni menggunakan prinsip elektromagnetik dimana pada saat arus listrik diberikan, maka permukaan kumparan yang bersifat utara akan bergerak ke selatan, dan permukaan kumparan yang bersifat selatan akan bergerak ke utara dan menghasilkan sebuah putaran. Dan pada saat arus bergenti dialirkan, kutub utara kumparan akan bertemu
kutub selatan magnet dan menyebabkan saling tarik menarik sehingga motor berhenti berputar.
2.3.6. Relay [21]
Relay merupakan komponen elektronika berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan secara listrik dan terdiri dari 2 bagian utama yaitu Elektromagnet (coil) dan mekanikal (seperangkat kontak Saklar/Switch). Komponen elektronika ini menggunakan prinsip elektromagnetik untuk menggerakan saklar sehingga dengan arus listrik yang kecil (low power) dapat menghantarkan listrik yang bertegangan lebih tinggi. Berikut adalah simbol dari komponen relay. Dapat dilihat pada gambar 2.17.
Gambar 2.17. Simbol relay NO dan NC
2.3.6.1. Prinsip kerja relay [21]
Sebuah relay terdapat 4 bagian penting yaitu electromagnet (coil), Armature, Switch Contact Point (saklar) dan spring. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar 2.18.
Gambar 2.18. Struktur sederhana relay
Berdasarkan gambar 2.18, iron core (besi) yang dililitkan oleh kumparan coil berfungsi untuk mengendalikan iron core tersebut. Ketika kumparan coil di berikan arus listrik, maka akan timbul gaya elektromagnet sehingga akan menarik Armature berpindah
19
posisi yang awalnya NC (tertutup) ke posisi NO (terbuka) sehingga menjadi saklar yang dapat menghantarkan arus listrik di posisi NO. Posisi Armature yang tadinya dalam kondisi CLOSE akan menjadi OPEN atau terhubung. Armature akan kembali keposisi CLOSE saat tidak dialiri listrik. Coil yang digunakan untuk menarik Contact Point ke posisi CLOSE umunnya hanyak membutuhkan arus llistrik yang relatif kecil.
2.4. SCADA [22]
SCADA merupakan sistem yang dapat melakukan pengawasan, pengendalian, dan akuisisi data terhadap sebuah plant. Adanya jarak yang jauh antara plant dengan operator menjadi alasan dibutuhkannya sebuah sistem SCADA yang dilengkapi dengan peralatan komunikasi yang memadai. Menurut NIST (National Institute of Standards and
Technology), sistem SCADA banyak digunakan pada sistem terdistribusi seperti : sistem
distribusi air dan penampungan limbah air, saluran pipa minyak dan gas, transmisi dan distribusi jaringan listrik, dan sistem transportasi kereta api. Sistem SCADA sederhana dapat dilihat pada gambar 2.19.
Gambar 2.19. Skema sistem SCADA sederhana dalam pengendalian sistem
2.4.1. Arsitektur Sistem SCADA
Pada sebuah sistem SCADA terdapat 6 bagian utama supaya sistem dapat bekerja dengan baik,yaitu :
1. Operator
Operator merupakan orang yang mengawasi sistem SCADA dan melakukan fungsi
supervisory control untuk operasi plant jarak jauh.
1. Human Machine Interfaces
HMI menampilkan data untuk operator dan menyediakan input kontrol bagi operator dalam berbagai bentuk seperti grafik, skematik, jendela, menu pull-down, dan tombol. 2. Master Terminal Unit
MTU merupakan unit master pada arsitektur master/slave, MTU berfungsi menampilkan data pada operator melalui HMI, mengumpulkan data dari plant yang jauh, dan mengirim sinyal kontrol ke plant yang berjauhan.
3. Communication System
Sistem komunikasi antara MTU dengan RTU ataupun antara RTU dengan field
device dapat berupa :
1. Komunikasi serial (RS232, RS422, RS485) 2. Ethernet
3. Jaringan telepon tetap
4. Leased lines
5. Internet
6. Wireless (wireless LAN, GSM network, modem radio)
4. Remote Terminal Unit
RTU merupakan unit slave pada arsitektur master/slave. RTU mengirimkan sinyal kontrol pada plant yang dikendalikan, mengambil data dari plant, dan mengirim data ke MTU.
5. Field Device
Field device merupakan plant di lapangan yang terdiri dari berbagai sensor dan aktuator. Nilai sensor dan aktuator inilah yang diawasi dan dikendalikan supaya plant dapat berjalan sesuai dengan keinginan pengguna.
2.5. Wonderware In Touch [22]
Wonderware InTouch merupakan software utama yang mendasari keseluruhan
program SCADA. Pada dasarnya, InTouch adalah software Human Machine Interface yang juga dilengkapi dengan fitur dasar SCADA software.
Wonderware juga memiliki berbagai program untuk mendukung keseluruhan sistem
SCADA, seperti :
21
2. Wonderware Information Software, program yang menangani pembuatan portal internet untuk aplikasi HMI/SCADA.
3. Wonderware Active Factory, program untuk melakukan analisa serta laporan dari data di lapangan. Program ini dapat terhubung dengan Microsoft Word dan Microsoft Excell. 4. Wonderware InControl, program pengendalian yang dapat meggantikan PLC sebagai
soft control (PC based control).
2.5.1. Wonderware InTouch Script dan Animasi
Secara umum, ada 3 langkah dasar yang perlu dilakukan untuk membuat suatu aplikasi pada Wonderware InTouch, yaitu :
1. Menggambar (darwing) 2. Inisialisasi tagname
3. Menggerakkan (animating)
Pada bagian ini akan dibahas khusus tentang cara menggerakkan objek-objek yang sudah digambar dan diberi tagname pada bagian sebelumnya. Peran script tentunya sangat penting untuk proses animasi ini.
A. Macam-macam Script
Pemrograman pada Wonderware InTouch menggunakan InTouch Quick Script. Tipe
script ini relative mudah digunakan karena memanfaatkan struktur high level language
(seperti pada Bahasa pemrograman Pascal) yang telah disederhanakan sehingga orang awam yang bukan programmer juga dapat memprogram Wonderware InTouch. Ada banyak cara untuk meletakkan script pada aplikasi, seperti :
1. Application. Script jenis ini digunakan untuk memprogram keseluruhan window yang ada pada aplikasi.
2. Key. Script yang akan dilakukan saat tombol keyboard tertentu ditekan.
3. Condition. Script yang akan dikerjakan jika terjadi kondisi tertentu dari suatu tagname, kondisi dinyatakan dalam ekspresi tertentu.
4. Data Change. Script yang akan dieksekusi jika terjadi perubahan nilai pada tagname tertentu.
B. Animasi
Animasi adalah proses memberi “nyawa” dari objek-objek yang telah digambar dan diberi tagname. Animasi ini penting karena akan sangat mempermudah operator dalam
memahami, mengawasi, dan mengendalikan proses-proses yang terjadi pada plant. Cara yang mudah untuk memberikan efek animasi pada gambar ialah dengan melakukan klik kiri objek dua kali atau meng-klik kanan dan memilih Animation Link. Animation Link sendiri terdiri dari 2 bagian besar: Touch Link dan Display Link. Touch Link digunakan untuk mengatur interaksi antara operator dengan program, sedangkan display link digunakan untuk mengatur animasi pada tampilan objek. Terdapat 4 jenis animasi yang akan dibahas, yaitu :
1. Animasi Diskrit
Animasi yang paling mudah dilakukan ialah animasi diskrit, yang berarti hanya ada dua kondisi dari objek yang dimanipulasi. Misalnya, warna isi objek berpindah dari merah ke hijau dan sebaliknya. Peralatan yang statusnya dapat ditampilkan (maupun diubah) dengan jenis animasi ini tentunya juga peralatan diskrit (contoh: tombol, status on-off motor, limit switch). Berikut ini pembahasan fitur yang berhubungan dengan animasi diskrit.
Display Link-Fill Color berguna untuk memberi warna objek berdasarkan dua kondisi yaitu True (1) dan False (0) dari ekspresi yang digunakan. Kotak Expression bisa diisi dengan Tagname atau rumus logika tertentu yang memiliki kondisi discrete.
Pada fitur Line Color prinsip kerjanya sama dengan fill color hanya saja line color yang berubah-ubah adalah garis pembatas objek, bukan isinya. Demikian juga halnya dengan fitur Text Color, dimana yang berubah-ubah adalah warna teksnya.
Display Link-Miscellanous terdiri dari Blink (untuk mengatur efek kedipan),
visibility (untuk membantu proses animasi dan security), serta disable (untuk kepentingan security).
Display Link-Visibility digunakan untuk menampilkan atau menghilangkan suatu objek berdasarkan nilai pada expression. Visibility state mengatur apakah objek akan tampil (on) atau hilang (off) saat nilai pada expression benar.
2. Animasi Analog
Animasi analog ialah animasi yang dilakukan dalam suatu range nilai tertentu. Jangkauannya jauh lebih luas daripada animasi diskrit. Peralatan yang ditampilkan kondisinya ataupun diubah statusnya ialah peralatan analog (contoh: potensiometer,
23
pengaturan kecepatan motor, sensor suhu analog). Contoh animasi analog misalnya ialah animasi gerakan barang dari satu tempat ke tempat lain pada conveyor.
Display Link-Percent Fill-Vertical digunakan untuk mengisi objek secara vertikal berdasarkan expression yang diberikan. Berikut ini beberapa isian yang perlu diberikan : 1. Parameter: nilai saat berada pada posisi terendah (Value at Min Fill) dan tertinggi (Value
at Max Fill).
2. Persentase isian objek ditentukan oleh Min dan Max % Fill.
3. Warna latar pengisian (background color) dan arah pengisian (direction) dapat diatur. Display Link-Location-Horizontal digunakan untuk menggerakkan objek secara horizontal. Isian-isian yang perlu diberikan :
1. Besar pergerakan sesuai dengan nilai pada expression.
2. Value mendefinisikan nilai pada posisi paling kiri (At Left End) dan kanan (At Right End).
3. Horizontal Movement digunakan untuk mendefinisikan jauh dekatnya gerakan objek.
Display Link-Object Size (Height) digunakan untuk mengubah besarnya ukuran ketinggian objek berdasarkan nilai yang diberikan. Anchor dipakai untuk menentukan dari mana objek tersebut mulai berada.
3. Value Display
Value Display ialah fitur untuk menampilkan nilai/kondisi suatu instrument (misal:
sensor suhu, status nyala mati motor) ataupun nama operator pada aplikasi Wonderware
InTouch. Hal ini tentu sangat membantu operator dalam mengamati berbagai peralatan dan
proses yang terjadi pada plant, untuk mewujudkan hal di atas digunakan link berikut.
Display Link-Value Display digunakan untuk menampilkan nilai suatu tagname di layar, dengan keterangan :
1. Discrete: untuk objek tipe diskrit (0 atau 1) 2. Analog: untuk objek tipe analog (berupa range)
3. String: untuk objek berupa huruf (misal: nama operator) 4. User Input
Dengan InTouch juga dapat dibuat suatu fitur user input, dimana pengguna dapat memasukkan input pada program untuk melakukan suatu aksi tertentu pada plant. Berikut ini fitur-fitur yang berguna.
Pada kelompok fitur Touch Links terdapat fitur User Input yang terdiri dari : 1. Discrete: untuk inputan bilangan diskrit
2. Analog: untuk inputan bilangan analog (misal: penentuan kecepatan, posisi, suhu yang diinginkan)
3. String: untuk inputan huruf (misal: untuk pembuatan fasilitas password)
User Input-Discrete berguna untuk memberikan input nilai diskrit tertentu (0 atau 1) dari Tagname atau hasil yang terdapat pada expression. Sedangkan Msg to user, Set
Prompt, Reset Prompt berguna untuk mengatur tampilan window yang muncul saat area
diskrit ditekan.
Slider-Horizontal berguna untuk memberikan nilai analog dengan menggeser slider kea rah horizontal, berikut isian-isian yang harus diberikan :
1. At left dan At right berisi minimal dan maksimal pada objek
2. Jarak pergeseran dapat diatur dengan mengubah nilai pada To left dan To right
3. Reference location menunjukkan lokasi awal sebelum slider digeser
Touch Pushbutton-Discrete Value biasanya digunakan dalam penekanan tombol. Saat tombol ditekan, hasilnya bisa nyala atau mati berdasarkan Action :
1. Direct: memberi kondisi on sesaat (push-on) 2. Reserve: memberi kondisi off sesaat (push-off)
3. Toggle: memberi kondisi on-off bergantian jika tombol ditekan lebih dari satu kali 4. Set: memberi kondisi on terus menerus
5. Reset: memberi kondisi off terus menerus
2.6. Wonderware MODBUS Ethernet I/O Server (MBENET) [23]
MBENET adalah program aplikasi Microsoft Windows yang memungkinkan akses data di PLC Modicon melalui jaringan Ethernet. Server hanya memerlukan kartu jaringan Ethernet 10BaseT standar untuk mengakses jaringan Ethernet. Protokol komunikasi menangani elemen data dalam percakapan yang menggunakan konvensi penamaan tiga bagian yang mencakup nama aplikasi (application name), nama topic (Topic Name), dan nama item (Item Name).
Application Name Merupakan nama program Windows (server) yang akan mengakses elemen data. Dalam kasus data yang datang dari atau pergi ke peralatan Modicon melalui server ini, bagian aplikasi dari alamat adalah MBENET.
25
Topic Name merupakan Nama yang berarti dikonfigurasi di server untuk mengidentifikasi perangkat tertentu. Nama-nama ini kemudian digunakan sebagai nama topik dalam semua percakapan ke perangkat itu. Misalnya, PLC209.
Item Name merupakan elemen data spesifik dalam topik yang ditentukan. Server mendukung nama item / point yang konsisten dengan konvensi penamaan point yang digunakan oleh PLC Modicon. Server memungkinkan pengguna memilih Slave Type saat pengguna mengkonfigurasi definisi topik untuk PLC. Gambar 2.20 berisi rentang Alamat PLC yang didukung oleh MBENET.
Gambar 2.20. Tipe PLC dan rentang alamat yang didukung MBENET [24]
2.7. TM3AM6 [25]
Modul TM3AM6 salah satu modul tambahan yang kompatibel pada PLC TM221CE40R. Modul ini bekerja pada tegangan 24V yang berfungsi untuk menambahkan input dan output pada PLC. TM3AM6 memiliki empat input analog dan 2 output analog, untuk alamat pada input analog %IW1.0 dan pada output analog QW1.0. Modul TM3AM6
dapat dilihat pada gambar 2.21 dan wiring diagram modul TM3AM6 dapat dilihat pada gambar 2.22.
Gambar 2.21. Bentuk modul TM3AM6
Gambar 2.22. Wiring diagram pada modul TM3AM6
2.8. Driver Current
2.8.1. Konfirgurasi Darlington [26]
Transistor Darlington adalah sepasang Transistor Bipolar yang disambungkan secara seri dan bertindak sebagai sebuah Transistor Tunggal yang dapat menghasilkan penguatan (gain) yang lebih tinggi.
Fungsi utama dari rangkaian darlington adalah transistor komposit yang bertindak sebagai unit tunggal dengan gain arus yang dihasilkan oleh arus gain pada setiap transistor. Jika rangkaian tersusun dari dua transistor yang masing-masing memiliki arus gain. Maka arus gain yang dihasilkan dari rangkaian darlington menjadi
27
βD = β1 X β2 (2.2) Jika dua transistor terhubung maka β1 = β2 = β, rangkaian darlington menghasilkan arus gain
βD = β ² (2.3) Rangkain darlington transistor menghasilkan sebuah transistor yang memiliki arus gain yang besar, biasanya beberapa ribu. Rangkaian dasar darlington ditunjukan pada gambar 2.23
Gambar 2.23. Rangkaian dasar darlington NPN [27]
Transistor darlington mempunyai arus gain βD untuk digunakan. Arus basis dapat dihitung dari persamaan
(2.4)
Meskipun persamaan ini sama dengan transistor biasa, nilai βD lebih besar dan nilai VBE lebih besar. Maka persamaan arus emitter
IE= (βD + 1) IB ≈ βD (2.5) Persamaan tegangan DC
VE = IE.RE (2.6) VB = VE + VBE (2.7)
Persamaan arus emitter
(2.8)
28
BAB III
PERANCANGAN PENELITIAN
Bab ini menjelaskan perancangan keseluruhan dari penelitian yang berjudul “SCADA sebuah Smarthome untuk pengendali lampu, pengendali pintu pagar rumah, dan
pengendali gorden berbasis PLC Schneider M221” yang tediri dari perancangan perangkat
keras, perangkat lunak, perancangan PLC, dan diagram alir. Perancangan ini menjelaskan tentang Smarthome yang mengendalikan lampu, pengendali pintu pagar rumah, dan pengendali gorden dengan software wonderware intouch sebagai HMI. Pada pengendali lampu menggunakan sensor UV sebagai input dan menggunakan lampu DC 12V sebagai output. Output dari pengendali lampu ini menyala pada kecerahan 0% sampai 100% yang terbagi menjadi lima level. Output ini akan menyala pada level tertentu tergantung pada kecerahan berapa sensor mendeteksi. Pengendali pintu pagar menggunakan sensor PIR sebagai input dan menggunakan motor DC sebagai output. Sensor ini mendeteksi pergerakan, apabila sensor ini mendeteksi maka motor DC akan bergerak kearah CW sehingga pintu pagar membuka dan sebaliknya apabila sensor tidak mendeteksi maka motor DC berputar kearah CCW sehingga pintu akan menutup. Motor akan berhenti apabila salah satu limit switch tertekan oleh pintu pagar. Pengendali gorden menggunakan sensor LDR sebagai input dan motor DC sebagai output. Output dari pengendali gorden ini memiliki 3 level kondisi (buka penuh, buka ½, dan tutup penuh). Output ini akan bekerja pada level tertentu tergantung pada level berapa sensor mendeteksi. Motor DC akan berhenti sesuai timer yang ditentukan. Perancangan alat secara keseluruhan dapat dilihat pada gambar 3.1.
29
Berikut penjelasan dan keterangan bagian-bagian dari prototipe Smarthome yang dapat dilihat di tabel 3.1.
Tabel 3.1. Keterangan dan fungsi dari gambar 3.1
NO Keterangan Fungsi
1 Lampu DC Sebagai output pengendali lampu
2 Motor DC 1 Sebagai penggerak pintu pagar
3 Motor DC 2 Sebagai penggerak gorden
4 Sensor IR motion HC-SR501 Sebagai input pengendali pintu pagar
5 Sensor LDR Sebagai input pengendali gorden
6 Sensor Ultraviolet Sebagai input pengendali lampu
7 Limit switch 1 Sebagai pembatas pintu pagar saat tutup 8 Limit switch 2 Sebagai pembatas pintu pagar saat buka
9 Kain Sebagai kain gorden
10 Penggulung kain gorden Sebagai penggulung kain gorden
11 Pemberat kain gorden Sebagai pemberat kain agar mudah dalam proses penggulungan
Keluaran terdiri dari lampu dan motor DC dan limit switch sebagai penghenti jalanya pada motor. Sistem ini bisa dimonitoring melalui software wonderware intouch sebagai HMI (SCADA).
3.1. Blok diagram
Blok diagram ini penjelasan yang lebih kongkrit dari gambar 1.1. Gambar 3.2 merupakan blok diagram dari “SCADA sebuah smarthome untuk pengendali lampu,
pengendali pintu pagar rumah, dan pengendali gorden berbasis PLC Schneider M221”
yang terdiri dari PLC M221 sebagai pengendali, sensor UV, sensor PIR, sensor LDR, limit
switch, dan push button sebagai masukan serta HMI sebagai interface. Motor DC dan
Lampu DC sebagai keluaran, relay berfungsi sebagai pelindung output apabila terjadi tegangan yang berlebih dan sebagai pembalik arah putaran motor. PLC berfungsi untuk mengolah data yang didapat dari sensor untuk mengendalikan output sehingga menyebabkan tampilan animasi HMI sama dengan proses yang terjadi secara real. Proses komunikasi dari PLC ke HMI menggunakan MBENET yang merupakan program aplikasi Microsoft Windows yang memungkinkan akses data di PLC Modicon cmelalui jaringan Ethernet. Pada jaringan ini menggunakan kabel UTP dan konektor RJ45. Komunikasi ini mempunyai fungsi sebagai untuk menampilkan animasi-animasi secara realtime di tampilan HMI.
Gambar 3.2. Blok diagram prototipe SCADA untuk pengendali lampu, pengendali pintu pagar rumah, dan pengendali gorden.
Prototipe ini mengendalikan lampu, pintu pagar, dan gorden prototipe ini bekerja apabila sensor dari masing-masing pengendali mendeteksi. Selain itu terdapat push button sebagai tombol start dan stop untuk menjalankan atau menghentikan sistem.
3.2. Perancangan perangkat keras mekanis
Perancangan perangkat keras mekanis berisi cara kerja dan bagian komponen dari pengendali pintu pagar rumah dan pengendali gorden.
3.2.1. Cara kerja dan bagian komponen pengendali pintu pagar
Mekanisme dari pengendali pintu pagar rumah dapat dilihat pada 3.3. Pengendali ini mengendalikan pintu gerbang agar bisa terbuka dan tertutup secara otomatis yang digerakkan oleh motor DC dan limit switch sebagai penghenti motor DC. Pada bagian bawah pintu pagar terdapat dua roda berikut reel yang berguna untuk mempermudah motor DC membuka dan menutup dan bergerak sesuai pada reel yang dibuatkan.
31
Gambar 3.3. Mekanisme Pintu Pagar
3.2.2. Cara kerja dan bagian komponen pengendali gorden
Mekanisme dari pengendali ini dapat diilihat pada gambar 3.4. Pengendali ini mengendalikan gorden agar bisa terbuka dan tertutup dengan vertical secara otomatis. Pengendali ini menggunakan sensor LDR sebagai masukan apabila sensor ini mendeteksi cahaya matahari maka motor DC bekerja menggerakkan penggulung gorden sehingga kain gorden akan tergulung (gorden terbuka) sesuai intensitas cahaya dan apabila sensor tidak mendeteksi cahaya matahari maka putaran motor akan berlawanan sehingga membuka gulungan kain pada gorden (gorden tertutup), Sistem ini bekerja sesuai timer yang ditentukan.
Gambar 3.4. Mekanisme Pengendali Gorden
3.3. Perancangan perangkat keras elektronis
3.3.1. Sensor LDR
Pada pengendali gorden mengggunakan sensor LDR sebagai input. Sensor LDR bekerja pada tegangan 5V. Pada input pengendali gorden ditambahkan rangkaian pembagi tegangan yang berfungsi untuk membagi tegangan input menjadi tiga tegangan output. Nilai resistensi sensor LDR didapatkan pada saat percobaan, pada saat terang mendapatkan nilai resistensi sebesar 10,30 Kohm, pada saat redup mendapatkan nilai resistensi sebesar 0,46Mohm, dan pada saat gelap mendapatkan nilai resistensi 6,14Mohm dan nilai R2 ditentukan sebesar 1Mohm. Rangkaian pembagi tegangan dapat dilihat pada gambar 3.5
Gambar 3.5. Perancangan elektronis sensor LDR
Bedasarkan rumus 2.1 dapat dicari tegangan output yang dibutuhkan pada saat gorden buka penuh, gorden tutup setengah, dan gorden tutup penuh sebagai berikut:
(saat terang) (saat redup)
33
(saat gelap)
Dari perhitungan di atas diketahui Tegangan output yang dibutuhkan pada saat gorden terbuka penuh 4,9V dan terbaca di ladder 490 (Des), pada saat gorden tutup setengah tegangan dibutuhkan 3,4V dan terbaca di ladder 340 (Des), dan pada saat gorden tutup penuh tegangan yang dibutuhkan 0.7V dan terbaca di ladder 70 (Des). Karakteristik dapat dilihat pada gambar 3.6 dengan persamaan y = 100(x).
Gambar 3.6. Karakteristik input analog sensor LDR
3.3.2. Sensor Ultraviolet
Pada pengendali lampu mengggunakan sensor UV sebagai input. Sensor UV bekerja pada tegangan 5V dengan maksimal tegangan keluaran 1V. yang perancangan elektronis sensor UV dapat dilihat pada gambar 3.7.
Gambar 3.7. Perancangan elektronis sensor UV
Pada input ini dibagi menjadi lima level dengan range yang telah ditentukan sesuai dengan index UV 1 sampai 5 pada gambar 2.6 . Pada level satu tegangan yang dibaca sensor 230 mV dan terbaca di ladder 230 (desimal), level dua tegangan yang dibaca sensor 320 mV dan terbaca di ladder 320 (desimal), level tiga tegangan yang dibaca sensor 410 mV dan terbaca di ladder 410 (desimal), level empat tegangan yang dibaca sensor 510 mV dan terbaca di ladder 510 (desimal), dan level lima tegangan yang dibaca sensor 610 mV dan terbaca di ladder 610 (desimal). Keluaran tegangan maksimal sensor UV sebesar 1000mV dan karakteristik dapat dilihat pada gambar 3.8 dengan persamaan y = 1(x).
Gambar 3.8. Karakteristik input analog sensor UV
3.3.3. Sensor PIR
Pada pengendali pintu pagar menggunakan sensor PIR sebagai input. Sensor PIR bekerja pada tegangan sumber 5V sensor ini berfungsi untuk mendeteksi gerakan dimana tegangan keluaran pada saat sensor mendeteksi 3,3V dan pada saat tidak mendeteksi 0V. Sedangkan apabila mau dihubung ke relay, maka membutuhkan minimal tegangan 4,5V untuk menggerakan relay dengan spesifikasi 5V. Maka dari itu ditambahkan rangkaian yang dapat dilihat pada gambar 3.9 yang berfungsi sebagai switch dengan adanya penambahan rangkaian ini, keluaran menjadi 5V sehingga dapat menggerakkan relay pada saat sensor mendeteksi.
35
Gambar 3.9. Perancangan elektronis sensor PIR
3.3.4. Pengendali arah putaran motor DC
Dalam pengendali pintu pagar dan pengendali gorden terdapat perangkat utama yaitu motor DC. Motor DC ini sebagai penggerak pintu pagar saat buka atau tutup dan penggerak gorden saat buka dan tutup dengan cara mengubah arah putaran menjadi CW (clockwise) atau CCW (Counter Clockwise). Prinsip kerja untuk mengubah arah putaran motor dengan mengubah polaritas sumber tegangan, perancagan dapat dilihat pada gambar 3.10.
Gambar 3.10. Rangkaian pengendali arah putaran motor
3.3.5. Lampu DC
Pada output pengendali lampu menggunakan modul TM3AM6 dan output lampu DC. Modul TM3AM6 memiliki 4 input analog dan 2 output analog, dalam pengendali lampu menggunakan satu output analog dengan keluaran arus 4ma sampai 20mA, maka dari itu diperlukan rangkaian driver current untuk menghidupkan lampu 12v 3W. Rangkaian driver current (penaik arus) dapat dilihat pada gambar 3.11.
Gambar 3.11. Rangkaian driver current
Pada rangkaian Driver Current terdapat beberapa komponen yang digunakan, untuk menentukan nilai dari komponen tersebut diperlukan perhitungan. Nilai dari tiap komponen atau tipe komponen yang digunakan mempengaruhi nilai keluaran dari rangkaian driver current. Bedasarkan persamaan 2.7 digunakan untuk mengetahui tegangan keluaran setelah melewati rangkaian darlington berikut:
VE (T1) = VB – VBE = 10V – 0,7V
= 9,3V (tegangan di basic transistor 2) VE (T2) = VB – VBE
= 9,3V – 0,7V = 8,6V
Bedasarkan Persamaan 2.8 yang digunakan untuk mengetahui arus beban pada lampu ( sebagai berikut:
![Gambar 2.7. Simbol dan bentuk fisik LDR [13]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/4155001.2831961/29.892.286.626.124.395/gambar-simbol-bentuk-fisik-ldr.webp)
