910
MONITORING JARAK JAUH CUSTODY TRANSFER DENGAN INTERNET OF THINGS
Utami E1*, Sahrin A1, Indriawati K2, Nasser M F2
1Teknik Instrumentasi Kilang, Politeknik Energi dan Mineral Akamigas, Jl.Gajah Mada 38, Cepu, 58315
2Teknik Fisika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Keputih Sukolilo, Surabaya, 60111
*E-mail: [email protected]
ABSTRAK
Perkembangan zaman 4.0 menuntut dunia industry untuk lebih berinovasi dalam teknologi. Salah satunya pemanfaatan IoT yang kian pesat mendampingi di segala bidang khususnya dunia oil and gas industries. IoT (Internet of Things) merupakan jaringan physical device tertanam elektronik, software, sensor, aktuator, dan jaringan konektivitas di dalamnya yang melakukan identifikasi, mengambil, dan menukar data. Dengan penggabungan divais satu sama lain dalam sebuah jaringan secara sistem otomasi, maka dapat dilakukan pengambilan informasi, analisis, dan aktuasi dari sesuatu. Satu di antaranya adalah dalam hal monitoring. Dalam penelitian ini dirancang HMI (Human Machine Interface) dan data logging untuk sistem monitoring proses pada custody transfer berbasis web dan aplikasi smartphone yang masing-masing dirancang menggunakan react dan react native dengan database yang digunakan dalam pengerjaan berupa database Firebase. Selain itu, dilakukan implementasi kontrol jarak jauh untuk plant dan otomasi dalam proses lewat dua mode kontrol yang tersedia yakni mode manual dimana pengguna dapat langsung menjalankan dan mematikan plant serta mode automatic dimana pengguna dapat memasukkan besar volume yang ditransfer dalam satuan gallon. Diperoleh hasil bacaan nilai monitoring dengan error yang memiliki range 0.02% - 4%
dan waktu transmisi data dengan range 631 ms hingga 1103 ms dan waktu pembacaan data dengan range 72 ms hingga 332 ms..
Kata kunci: Monitoring, Data Logging, IoT, custody transfer
1. PENDAHULUAN
Internet of Things adalah jaringan dari physical device yang tertanam elektronik, software, sensor, aktuator, dan jaringan konektivitas yang di dalamnya melakukan identifikasi, mengambil, dan menukar data [1]. Dengan menggabungkan divais yang tersambung satu sama lain dalam sebuah jaringan tersebut dengan sistem otomasi, maka dapat dilakukan pengambilan informasi, analisis, dan aktuasi dari sesuatu [2]. Pemanfaatan dari IoT terlihat khususnya di bidang industri. Pasar IoT industri global memiliki nilai sebesar 82.4 miliar dolar USD dan diantisipasi untuk terus berkembang dengan CAGR sebesar 21,3%
dalam periode 2020 sampai 2028 [3]. Berdasarkan informasi tersebut, dapat dilihat bahwa dalam beberapa tahun kedepan dan selama revolusi industri 4.0 berjalan IoT akan menjadi bagian dari industri yang penting dan dapat merubah sama sekali arsitektur yang ada saat ini.
Hal ini khususnya berlaku dalam hal ciri khas IoT yang menggunakan teknologi wireless berbeda dengan industri saat ini yang sebagian besar masih berupa arsitektur wired dan membutuhkan biaya serta waktu lebih dalam hal maintenance.
Penggunaan IoT di industri dapat dilakukan dalam banyak hal. Satu di antaranya adalah dalam hal monitoring. Dalam penelitiannya, [4] mengajukan sebuah sistem monitoring motor tiga fasa menggunakan IoT dimana sistem terkoneksi ke internet lewat modul Wi-Fi ESP8266 dan menggunakan mikrokontroller Arduino. Selain itu, terdapat [5] yang menggunakan protocol MQTT untuk mentransmisikan data ke cloud dan tersambung ke internet menggunakan modul ESP8266. Selanjutnya, [6] menggunakan Raspberry Pi sebagai
911
minikomputer dalam sistem dan meng-install Node.js sebagai runtime yang juga akan memasukkan data ke InfluxDB. Sebagian besar penelitian menggunakan Arduino atau Raspberry Pi sebagai divais IoT yang digunakan. Hal ini dikarenakan Arduino dan Raspberry Pi merupakan divais IoT yang paling umum digunakan karena operasi yang sederhana dan kemudahan pemakaian [7]. Salah satu proses dalam industri yang memerlukan adanya monitoring adalah custody transfer. Custody transfer adalah proses pertukaran gas atau fluida yang dilakukan antara dua pihak. Pembayaran dilakukan sesuai banyak dari gas atau fluida yang ditransfer, oleh karena itu penting bagi kedua pihak untuk memonitor proses transfer dan mengetahui berapa banyak gas atau fluida yang sudah melewati proses transfer [8].
Dalam penelitian ini dirancang sebuah human machine interface yang dapat memonitor proses custody transfer secara remote dengan basis IoT. Proses custody transfer akan dapat dipantau baik lewat divais mobile maupun browser secara real time selama memiliki koneksi internet sehingga kegiatan monitoring dapat dilakukan dengan lebih fleksibel. Arsitektur sistem tersusun atas Arduino sebagai mikrokontroller dan akan tersambung ke internet lewat modul Wi-Fi ESP8266 yang akan mengirimkan data sebagai API menuju database untuk kemudian dapat diproses dan ditampilkan pada interface.
2. METODE
A. Custody Transfer
Custody transfer merupakan proses pertukaran gas atau fluida yang dilakukan antara dua pihak. Pembayaran dilakukan sesuai banyak dari gas atau fluida yang ditransfer, oleh karena itu penting bagi kedua pihak untuk memonitor proses transfer dan mengetahui berapa banyak gas atau fluida yang sudah melewati proses transfer [8]. America Petroleum Institute (API) menetapkan bahwa akurasi dari sebuah custody transfer adalah setidaknya 0.02% [12]. Nilai akurasi yang sangat tinggi itu disebabkan error yang sedikit saja dapat menyebabkan kerugian hingga hitungan jutaan dollar.
Dalam penelitian ini, plant custody transfer simulation merupakan bentuk prototype dari sebuah custody transfer dan memiliki purpose penggunaan sebagai bahan penelitian.
Mikrokontroller digunakan dalam panel kontrol adalah Arduino. Gambar 1 menunjukkan diagram plant custody transfer yang meliputi dua tangki.
Gambar 1. Diagram plant custody transfer
Proses custody transfer terjadi dengan mentransfer fluida dari tangki A ke tangki B melewati beberapa komponen. Bagian di dalam garis merah merupakan fokusan utama yang menjadi pembahasan penelitian. Komponen meliputi sebuah pompa AC, valve, dan sensor flow.
912
Dalam plant prototipe custody transfer menggunakan fluida air. Sensor flow FS400A G1 menjadi satu-satunya sensor dalam proses custody transfer yang hasil bacaannya akan memiliki peran penting dalam membuka dan penutup valve selaku aktuator dalam proses.
Bacaan sensor default akan menghasilkan bacaan dalam satuan L/menit yang dapat dimodifikasi lewat program. Valve yang digunakan merupakan valve motor seri CWX-25S hanya menerima dua macam input yakni membuka atau menutup. Dengan spesifikasi tersebut, maka mengatur valve untuk terbuka beberapa persen saja dan seterusnya tidak dapat dilakukan. Sementara itu, pompa yang digunakan adalah pompa AC seri Shimizu P135 E yang memompa fluida untuk menghasilkan kecepatan yang relatif konstan. Pompa tidak dimasukkan dalam unsur kontrol utama sehingga hanya akan menyala dan mati saat dibutuhkan dalam proses. Setelah melewati beberapa pengukuran, didapatkan bahwa pompa akan memompa fluida untuk menghasilkan flowrate mulai 1500 L/jam hingga 1550 L/jam.
Serta seluruh komponen tersambung lewat pipa satu inci yang juga akan menjadi tempat fluida mengalir.
Lihat Gambar 2, menunjukkan alur dari penelitian ini. Yang dimulai dari studi literatur hingga pengambilan data dan analisis.
Gambar 2. Flowchart Penelitian B. Pemilihan dan Pengujian Komponen
Dalam penelitian pemilihan mikrokontroller, menggunakan mikrokontroller dengan modul Wi-Fi yaitu Wemos D1 R32. Wemos D1 R32 merupakan mikrokontroller sekaligus berfungsi sebagai modul Wi-Fi. Meski memiliki kekurangan dimana mikrokontroller berbeda dengan kondisi existing sehingga diperlukan kembali pengondisian wiring untuk komponen- komponen namun divais ini memiliki kelebihan seperti banyak pin analog serta digital yang cukup, komunikasi jauh lebih simple dimana data diakuisisi dari sensor dapat langsung dikomunikasikan menuju database karena modul Wi-Fi sudah embedded, dan terdapatnya
913
library Firebase terintegrasi sehingga dapat langsung digunakan untuk mengirimkan data menuju database, membuat kemungkinan data loss lebih kecil
Selanjutnya, untuk komponen sensor flow menggunakan FS400A G1 dengan dilakukan proses pengujian berupa kalibrasi terlebih dahulu untuk mengetahui ketepatan bacaan sensor.
C. Perancangan Sistem Elektrik
Perancangan rangkaian listrik yang nantinya akan ditambahkan pada plant yang sudah existing sehingga dapat melakukan proses transmisi data secara wireless. Arduino Mega exist- ing yang sudah terdapat pada plant diganti dengan mikrokontroller yang sudah dipilih sebe- lumnya yakni Wemos D1 R32. Selain itu, dilakukan perombakan wiring di dalam panel box.
Perombakan wiring yang dilakukan meliputi penataan ulang sepenuhnya isi panel box se- hingga seluruh sambungan dicatat dan dilepaskan terlebih dahulu, dibuat terminal di sisi bawah plant, dan kabel-kabel data, power, serta ground dikelompokkan secara rapih terlebih dahulu sebelum ditarik masuk ke dalam panel box. Selanjutnya kabel yang sudah masuk dikelompokkan secara rapih di dalam panel dan beberapa komponen lain yang diperlukan seperti power supply yang sudah tersedia di dalam panel dirapihkan kabelnya sebelum sam- bungan - sambungan menuju mikrokontroller juga disiapkan.
D. Pemrograman Komunikasi Internet
Proses mengkoding untuk konektivitas dari Wemos D1 R32 ke Wi-Fi serta menguji kon- ektivitas tersebut. Perlu disiapkan agar divais dapat terkoneksi secara baik dengan memasang library konektivitas yang sesuai serta melakukan ujicoba. Dalam hal ini, library yang digunakan adalah “Wifi.h”. Selanjutnya, untuk konektivitas dari mikrokontroller menuju da- tabase Firebase disiapkan juga library khusus yaitu “FirebaseESP32.h”. Setelah dilakukan pengujian, kedua percobaan konektivitas berhasil dilakukan dimana Wemos D1 R32 dapat tersambung ke Wi-Fi lokal dan melakukan pengiriman data menuju Firebase.
E. Desain dan Pemrograman Human Machine Interface pada Website dan Mobile Perancangan Human Machine Interface digunakan oleh kedua pihak terkait dalam proses custody transfer. HMI dirancang menggunakan React untuk versi website yang dapat diakses melalui desktop dan React Native untuk merancang aplikasi khusus smartphone yang dapat diakses baik melalui sistem operasi Android maupun iOS. Alur dari penggunaan website serta aplikasi dapat dilihat pada gambar 3. Akses masuk ke dalam HMI dilengkapi dengan sistem login yang data user juga disimpan dalam database. Pengguna HMI dibagi ke dalam dua role yaitu penjual dan pembeli. Ketika masuk sebagai penjual, maka pengguna diberikan akses pada control plant sementara pembeli tidak. Fungsi sederhana ini dibuat untuk menindaki kemungkinan tindak kecurangan yang dilakukan pembeli dalam transaksi custody transfer.
F. Setup Firebase
Database Firebase digunakan untuk menangani segala keperluan server-side dalam pengerjaan penelitian. Firebase sendiri telah menyediakan beberapa fitur back-end umum yang dapat digunakan secara langsung seperti autentikasi, penyediaan database, dan manajemen API. Firebase digunakan untuk menangani beberapa hal termasuk autentikasi user untuk login baik pada web maupun aplikasi. Selain untuk fungsi autentikasi, Firebase dimanfaatkan dalam penelitian sebagai database penyimpanan segala macam data dalam proses monitoring dan data logging. Database yang disediakan Firebase sendiri adalah NonSQL.
914
Setup untuk database pada Firebase memasukkan credential yang diperoleh saat pembuatan project Firebase ke dalam program aplikasi lalu digunakan baik itu pada web maupun aplikasi smartphone. Atas alasan kerahasiaan, credential tidak dapat diperlihatkan namun informasi yang termasuk di dalamnya antara lain APIKey, DatabaseURL, ProjectID, serta beberapa informasi penting lain yang memberikan pemilik credential akses pada project Firebase.
Informasi credential tersebut kemudian dapat dimasukkan langsung baik ke dalam program aplikasi maupun web. Hal tersebut mempermudah integrasi database antar platform tanpa diperlukan adanya konfigurasi server-side terpisah yang sulit. Data-data yang tersimpan dalam database antara lain meliputi informasi control alat yang akan diintegrasikan dengan hardware nantinya, data pengambilan yang nantinya masuk ke dalam data logging, data realtime dari plant, serta informasi singkat mengenai user terdaftar.
Gambar 3. Flow chart penggunaan website dan aplikasi.
G. Integrasi Hardware dan Software
Integrasi antara aplikasi serta web dengan mikrokontroller berlangsung melewati peranta- ra server. Firebase dalam penelitian ini berfungsi sebagai server yang menghubungkan keduanya. Mikrokontroller Wemos D1 R32 dimasukkan library FirebaseESP32 yang mem- buat Mikrokontroller dapat tersambung ke fitur database milik Firebase juga lewat memasuk- kan credential yang telah disediakan. Selanjutnya, layaknya web serta aplikasi, mikrokontrol- ler mendapatkan akses untuk meng-upload, meng-update, serta mengambil data langsung dari
915
database Firebase demikian sebaliknya. Selanjutnya, dengan memanfaatkan data kontrol di dalam database maka web dan aplikasi akan melakukan perubahan data kontrol sesuai dengan yang diperlukan dan perubahan tersebut akan dibaca oleh Wemos D1 R32, nantinya akan menggerakkan program sesuai kondisi kontrol yang diinginkan. Selain itu, data dari hasil proses pengambilan serta pengolahan data di mikrokontroller dapat di-upload langsung menuju Firebase dan data tersebut dapat kemudian diakses oleh web serta aplikasi.
H. Uji Pengiriman Data
Skenario pengambilan data dilakukan secara berulang selama durasi dua hari. Proses ini dilakukan untuk mendapatkan informasi apakah data dapat disebut real time dan apakah data yang terekam kemudian diolah serta di- upload oleh mikrokontroller dapat secara konsisten mendapat hasil baik dan tak terdapat error yang berlebih bila dibandingkan dalam proses val- idasi nantinya dan dapat dianggap valid. Proses pengambilan data dimulai dengan pengisian tangki terlebih dahulu dan dihitung volume barrel pada saat itu, setelah itu barulah proses cus- tody transfer dimulai dan fluida dipindahkan dari tangki yang satu ke tangki lain. Dalam pelaksanaan transfer, data flow rate yang mengalir dalam pipa akan diakuisisi oleh sensor da- lam tiap sekon, data yang telah didapat akan dioper ke Wemos D1 R32 untuk selanjutnya di- proses sesuai algoritma dan diteruskan ke server. Hasil yang nantinya muncul pada ap- likasi/web akan divalidasi dengan volume barrel yang dilihat di awal percobaan. Data yang nantinya ditampilkan pada aplikasi/web antara lain antara lain flow, barrel, waktu, serta har- ga. Pulsa yang dibaca oleh alat diubah menjadi nilai flow, persamaan 1.
𝑄 =(
1000
(𝑚𝑖𝑙𝑖𝑠()−𝑡𝑖𝑚𝑒) . 𝑝𝑢𝑙𝑠𝑒
𝑐𝑎𝑙𝑖𝑏𝑟𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (1)
𝑉 = ∑ 𝑄 . Δ𝑡 (2)
Dimana Q merupakan laju aliran (barrel/s), V merupakan Volume barrel, dan Δ𝑡 merupakan perubahan waktu laju aliran awal ke akhir.
Untuk mendapatkan data barrel seakurat dan sekontinu mungkin, program dibuat untuk melakukan sampling pengambilan data dalam setiap 100 mikrosekon, kemudian disimpan da- lam sebuah variabel yang nantinya akan di-upload menuju database. Data waktu didapat dari iterasi yang terus bertambah setiap detiknya, dan data harga merupakan hasil perkalian barrel dengan sejumlah uang harga dari satu buah barrel. Terakhir, validasi dengan bacaan fisik di tangki plant akan dibandingkan dengan nilai barrel akhir satu sesi proses custody transfer.
I. Pengujian Kontrol HMI
Human Machine Interface dibuat untuk menunjukkan beberapa komponen yang dapat menyambung interaksi antara user ke plant. Secara garis besar pada HMI baik untuk web maupun aplikasi terdapat dua buah mode yaitu mode manual dan otomatis. Mode manual menyediakan fungsi menyalakan dan mematikan plant tanpa adanya target banyak custody transfer yang ingin dilakukan sedangkan mode otomatis mengharuskan user untuk memasukkan input keluaran besar volume proses transfer yang diinginkan. Ketika user berinteraksi dengan web atau aplikasi, variabel sama yang tersimpan di database akan mengalami perubahan dan hal tersebut akan dibaca oleh mikrokontroller untuk selanjutnya memutuskan penindakan sesuai program yang sudah dimasukkan. Mikrokontroller dapat melakukan read data di firebase dengan dibantu library ESP32. Pada tahapan ini, diuji ketanggapan mikrokontroller dalam membaca data di database dan melakukan aksi sesuai program dan apakah mikrokontroller dapat menjawab setiap request sesuai dengan fungsi
916
yang seharusnya diberikan di tampilan HMI. Jika terdapat masalah dalam tahapan ini, maka akan dilakukan kembali pengecekan untuk proses integrasi.
3. PEMBAHASAN
A. Hasil Perancangan Monitoring Custody Transfer
Dalam perancangan monitoring custody transfer perlunya proses pengkalibrasian dari sensor yang digunakan. Untuk memastikan bacaan dari sensor flow akurat, sebelum diimplementasikan ke dalam plant, terlebih dahulu dilakukan proses kalibrasi dengan menggunakan sensor flow Endress Hauser Promag terhadap alat standar yang sudah terkalibrasi sehingga sebagai pembanding. Dalam kalibrasi, terdapat sedikit perbedaan dalam pembacaan sensor FS400A G1 dalam beberapa range. Pada gambar 4, menunjukkan selisih bacaan sensor FS400A G1 dengan sensor flow yang sudah terkalibrasi serta komparasi hasil bacaan sebelum dan sesudah kalibrasi. Warna oranye menunjukkan bacaan sebelum kalibrasi dan warna biru adalah sesudah. Sumbu x merupakan range yang dimulai dari 0 hingga 1600 L/jam dan sumbu y merupakan selisih bacaan. Dapat dilihat bahwa pada range yang lebih kecil, lebih tepatnya di bawah 1000 L/jam, bacaan sensor flow FS400A G1 menunjukkan angka yang lebih kecil sementara di atas 1000 L/jam nilai bacaan akan melebihi sensor Endress Hauser Promag dengan alat yang terkalibrasi. Untuk menangani masalah tersebut, dibuat sebuah variabel pembagi atau disebut calibration factor yang akan bervariasi dalam range-range tertentu sekaligus untuk menarik bacaan sensor yang dikalibrasi menjadi sedekat mungkin dengan kalibrator. Implementasi range tersebut dalam bentuk program. Setelah dilakukan kalibrasi, didapatkan komparasi error terbesar sebelum program diubah adalah 12,25% dan 4,7% setelah diubah. Kalibrasi sensor memiliki ketidakpastian 24,77±0,0106.
Gambar 4. Grafik perbandingan bacaan sensor kalibrator dan FS400A G1 sebelum kalibrasi.
Proses monitoring bergantung pada kemampuan mikrokontroller dalam mentransmisikan data ke dalam server yang diakses lewat interface (web/aplikasi). Algoritma dari transmisi data mikrokontroller adalah dilakukan pendeklarasian variabel dalam proses, hal ini dilakukan di luar void function sehingga variabel mendapatkan scope global. Pengambilan data dilakukan untuk data volume dan flowrate. Untuk pengambilan data volume, pertama dilakukan pembacaan dari nilai millis(), sampleTime, dan sigmaGallon. Millis() merupakan sebuah function Arduino untuk mengembalikan nilai milisekon yang timer-nya dimulai semenjak mikrokontroller menyala [9]. SampleTime merupakan variabel untuk membaca nilai Millis() sebelum function pengambilan volume selesai sebagai sebuah checkpoint.
SigmaGallon adalah variabel penampung bacaan flowrate yang dijumlahkan selama proses pengambilan. Dalam proses, sebelum masuk ke dalam pengambilan data, pertama-tama akan dilihat terlebih dahulu nilai dari millis() saat itu dikurangi nilai sampleTime yang terakhir disimpan. Jika nilainya lebih besar dari 100, maka 100 milisekon telah berlalu semenjak
917
function terakhir dijalankan dan alur berikutnya akan dilakukan. Jika kondisi tidak terpenuhi, maka alur kembali ke membaca nilai pengurangan millis() terhadap sampleTime. Alasan waktu 100 milisekon dipilih adalah jika dibuat menjadi tiap 1 sekon, maka terlalu besar dan terdapat kemungkinan data yang diambil semakin tidak akurat pembacaannya. Ketika percobaan membaca tiap 10 milisekon hasil bacaan melambung terlalu tinggi dan justru menjadi tidak akurat. Hasil bacaan yang paling mendekati diperoleh saat menggunakan 100 milisekon. Selanjutnya, sensor akan membaca nilai flow yang masih dalam satuan liter kemudian diubah ke gallon dengan mengalikannya dengan nilai konversi 0.264 dan sebesar 0.1 sekon. Selanjutnya nilai yang sudah terkonversi dijumlahkan ke dalam variabel sigmaGallon sehingga nilai variabel akan terus bertambah tiap dilakukan pengambilan flowrate dan didapat nilai volume. Sebelum function berakhir, nilai sampleTime diubah menjadi nilai millis() saat itu untuk dijadikan referensi untuk pengulangan function berikutnya. Yang menjadi output dari proses adalah nilai sigmaGallon.
Selanjutnya dilakukan pengujian pengiriman data oleh sistem monitoring untuk mendapatkan nilai packet loss. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengiriman enam buah parameter dari mikrokontroller dan divalidasi lewat melihat berapa banyak dari parameter tersebut yang masuk ke database dengan nilai sesuai. Packet loss merupakan parameter yang menjelaskan terkait dengan kondisi yang mengindikasikan berapa banyaknya jumlah paket yang terbuang atau lost [12].
Secara default, hasil bacaan dari mikrokontroller dengan tipe data float menghasilkan 2 digit di belakang koma. Selain pengukuran dengan alat, dilakukan juga validasi pengukuran dengan menggunakan nilai bacaan pada tangki. Tangki terisi terlebih dahulu dan tinggi tangki dicatat, selanjutnya proses selesai, valve dan pompa transfer posisi tertutup serta mati.
Pencatatan kembali tinggi tangki pada saat itu untuk dikurangi dengan tinggi sebelumnya sehingga nilai tersebut menjadi tinggi fluida yang ditransfer. Nilai tinggi dari tangki selanjutnya diproses menjadi volume dengan rumus matematika luas alas dikalikan tinggi.
Luas alas dari tangki adalah 0.02878 m2. Volume yang didapatkan selanjutnya diubah ke dalam satuan gallon dan disajikan di dalam tabel 1. Bila kedua data dikomparasikan, didapatkan bahwa hasil bacaan memiliki nilai error dengan range 0.02% - 4%.
Tabel 1. Komparasi bacaan alat dan nilai pada tangki
Pengambilan ke-
Bacaan Sensor (gallon)
Bacaan Tangki (gallon)
Durasi Pengambilan
(s) Error (%)
1 0.98 0.9503 8 3.125329
2 0.97 0.9503 8 2.07303
3 0.99 0.9503 8 4.177628
4 1.11 1.069 9 3.83536
5 1.14 1.1403 10 0.02631
6 0.85 0.83 7 2.409639
7 1.09 1.069 9 1.964453
8 0.96 0.9503 8 1.02073
9 1.11 1.1403 10 2.6572
10 0.97 0.9503 8 2.07303
B. Hasil Pengujian Transmisi Data
Untuk memperoleh lama waktu transmisi ke database, di dalam program diletakkan sebuah variabel millis sebelum program dijalankan dan satu variabel lagi untuk sesudah.
Berdasarkan pengambilan data diperoleh data seperti tabel 2. Pengambilan data dilakukan dengan meninggalkan mikrokontroller melakukan pengiriman data terus menerus dan data tersebut disimpan dalam serial monitor selama kurang lebih 5 menit dan 10 sample data.
918
Tabel 2. Waktu Transmisi dan Read Data
Data memiliki range waktu transmisi 631 ms hingga 1103 ms. Dari informasi tersebut, dapat dilihat bahwa ketika koneksi sedang dalam keadaan baik data dapat ditransmisikan dengan kecepatan 631 ms sedangkan dalam keadaan koneksi yang terlalu baik data yang didapat adalah sebesar 1103 ms. Bila dibandingkan dengan penelitian sebelumnya oleh [10]
serta [11] yang mendapatkan range waktu transmisi data sebesar 1000 ms hingga 1178 ms, maka hasil yang ditunjukkan dalam penelitian ini merupakan perkembangan baik dalam waktu tercepat pengiriman dan terlama. Selain pengambilan waktu transmisi, dilakukan juga pengambilan waktu yang diperlukan mikrokontroller untuk membaca data yang terdapat di database Firebase. Pengambilan nilai transmisi data dilakukan juga dengan menggunakan milllis() namun kali ini pembacaan dilakukan dengan membandingkan nilai milllis() di bagian awal algoritma dengan akhir atau setelah pengecekan status pump dan valve.
Tabel 2 menunjukkan bahwa waktu tercepat untuk pembacaan data di database adalah sebesar 72 ms dalam koneksi internet optimal dan 332 ms dalam kondisi internet yang kurang baik. Dengan range waktu yang diperlukan adalah sebesar 72 ms hingga 332 ms.
Mengikuti standar yang ditetapkan (ITU, 2016) pada seri rekomendasi ITU-T Y.4113 mengenai model jaringan IoT sistem yang dirancang telah memenuhi ketetapan dengan sensor, pompa, beserta valve sebagai divais access network, mikrokontroller sebagai IoT area network, dan chip ESP32 selaku modul wi-fi sebagai core network yang menghubungkan sistem ke IoT application server lewat WiFi. Gambar 5 menunjukkan Skema dari system plant yang dibuat.
Gambar 5. Model jaringan yang diterapkan pada plant C. Perancangan HMI dan Data Logging
Alur dalam flowchart dimulai dengan melaksanakan proses login terlebih dahulu. User dapat memasukkan credential yang sudah terdaftar sebelumnya di database. Jika email dan password yang dimasukkan merupakan kombinasi yang tepat dan di-authorized oleh database
Pengambilan ke-
Waktu kirim (ms)
Waktu read (ms)
1 876 87
2 776 79
3 712 76
4 1103 99
5 631 116
6 946 294
7 832 88
8 805 332
9 914 151
10 1012 72
919
maka dapat dilanjutkan ke dalam laman utama web/aplikasi yang memiliki dua buah menu yakni dashboard dan data logging. Sementara itu, jika kombinasi email dan password yang dimasukkan adalah salah maka user akan tertahan di lama login dan tidak diberikan akses menuju laman yang lain.
Setelah melewati tahapan login, selanjutnya user akan di bawa ke dalam laman utama web dan aplikasi yang terdiri atas dua page yaitu dashboard dan data logging. Tampilan untuk dashboard ditunjukkan pada gambar 5.
(a) (b)
Gambar 6. (a) Tampilan dashboard web. (b) Tampilan dashboard aplikasi smartphone Tampilan dashboard seperti bacaan data dari plant, informasi tambahan mengenai proses custody yang hanya merupakan dummy, informasi mode berupa button dalam web dan berupa toggle switch dalam smartphone, kontrol dapat dilakukan dengan input berbeda sesuai mode aktif, dan tangki dengan animasi liquid yang mengisi untuk menggambarkan progress proses custody. Chart merupakan fitur khusus web dikarenakan belum ditemukan yang memenuhi kebutuhan untuk bentuk aplikasi.
Mode kontrol pada dashboard yaitu automatic dan manual. Dalam mode automatic, pengguna web/aplikasi hanya perlu memasukkan volume yang diinginkan dalam satuan gal- lon dan selanjutnya plant akan bekerja hingga mencapai besar volume yang diinginkan. Yang terjadi ketika user memasukkan nilai volume maka akan terdapat beberapa hal yang diubah di dalam database Firebase. Hal tersebut meliputi status pump yang berubah menjadi “ON”, sta- tus valve menjadi “OPEN”, dan nilai targetGallon yang akan menjadi banyak gallon yang di- inginkan sesuai dengan input yang dimasukkan. Selama proses berjalan variabel monitoring yang terdapat pada dashboard akan mengalami perubahan nilai dan liquid dalam tangki akan bergerak dengan animasi menyesuaikan progress yang sedang terjadi. Ketika proses selesai dan target dicapai keseluruhan tangki akan berwarna biru.
Mode manual memiliki kontrol yang lebih simple yakni berupa tombol “START” dan
“STOP”. Ketika pengguna memencet tombol “START” maka plant akan aktif dan akan terus menyala hingga pengguna memencet tombol “STOP”. Yang terjadi di dalam proses adalah ketika tombol “START” dipencet maka status di database Firebase untuk pump akan menjadi
“ON” dan valve akan menjadi “OPEN”. Sedangkan variabel targetGallon akan diubah men- jadi 0. Mode ini digunakan sebagai security. Sewaktu- waktu ketika proses automatic berjalan atau terjadi hal yang tidak diinginkan di plant perintah “STOP” pada mode manual dapat langsung menghentikan proses dengan meng- override status yang ada menjadi “OFF” untuk pump dan “CLOSE” untuk valve.
Selain dashboard, terdapat juga laman data logging yang tidak kalah penting. Data logging merupakan merupakan sekumpulan data yang terkumpul dalam kurun waktu tertentu. Data logging dapat mencatat dan menyimpan history dari berjalannya suatu proses tertentu untuk dapat dilihat kembali saat dibutuhkan. Selain itu, dengan melihat serangkaian data yang direkam dalam data logging seseorang dapat melihat bila terdapat sekiranya data yang berupa anomali dalam suatu proses untuk penyelidikan lebih lanjut. Hasil yang terekam dapat pula digunakan untuk keperluan validasi, dokumentasi, dsb. Interface dari sistem data logging pa-
920
da penelitian ini ditunjukkan pada gambar 6. Terdapat sebuah fitur yang dapat diakses hanya dari web saja yaitu fitur men-download data dalam tabel ke dalam format .csv.
Sistem data logging penelitian dirancang untuk secara otomatis merekam tiap terjadi pe- rubahan nilai pada bacaan monitoring. Hal ini berarti bila salah satu parameter dalam moni- toring mengalami perubahan nilai, hal tersebut akan dimasukkan sebagai sebuah entry baru di tabel data logging. Secara program, hal ini dapat menjadi masalah karena artinya dari 4 buah parameter monitoring, tiap masing- masing nilai berubah maka akan dibuat entry baru yang berarti akan terdapat 4 entry untuk setiap satu kali bacaan. Untuk menangani permasalahan tersebut, ditambahkan parameter read di dalam database dimana bacaan monitoring hanya akan dimasukkan ketika nilai read adalah true.
(a) (b)
Gambar 7. (a) Tampilan data logging web. (b) Tampilan data logging aplikasi smartphone Kontrol dalam sistem dilakukan lewat berinteraksi dengan komponen HMI yang selanjut- nya akan merubah nilai parameter kontrol di dalam database Firebase. Pertama, dilakukan pendeklarasian variabel digunakan baik dalam setup maupun loop. Di dalam setup, sebelum proses transfer dimulai, tangki pertama akan diisi terlebih dahulu dengan menyalakan pompa 1 hingga tangki terisi secukupnya. Di awal proses, valve dalam kondisi tertutup. Selanjutnya, mikrokontroller akan membaca nilai pump dan valve dari database untuk menentukan tahapan selanjutnya. Bila terbaca kondisi pump sebagai “OFF” dan valve sebagai “CLOSE” maka valve akan tetap dalam kondisi tertutup dan proses pembacaan nilai pump dan valve akan ter- us diulangi.
Dalam kasus pump bernilai “ON” dan valve bernilai “OPEN” maka proses berlanjut dan mikrokontroller akan memberikan perintah agar valve terbuka dan pompa 2 dinyalakan lewat relay, artinya proses custody transfer sedang berlangsung. Selanjutnya Wemos D1 R32 mem- baca nilai targetGallon dari database, bila dibaca memiliki nilai lebih dari 0, maka proses transfer sedang menjalankan mode automatic dan bila bernilai 0 maka sedang dalam mode manual. Hal ini sesuai dengan penjelasan mengenai kedua mode tersebut di bagian sebe- lumnya. Dalam kasus mode manual, proses hanya akan terus berlanjut hingga bacaan di data- base telah bernilai “OFF” dan “CLOSE”. Namun, untuk proses automatic, pembacaan nilai targetGallon terus berlanjut dan dikomparasikan dengan sigmaGallon yang disimpan oleh mikrokontroller. Bila target sudah tercapai, maka proses akan berhenti.
4. SIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang dilakukan didapatkan kesimpulan sebagai berikut.
a. Plant dirancang menggunakan sensor FS400A G1 yang mengakuisisi data dan kemudian ditransmisikan ke dalam server Firebase menggunakan HTTP request oleh mikrokontroller Wemos D1 R32 dan data di dalam server tersebut dapat diakses lewat desktop menggunakan web dan lewat smartphone menggunakan aplikasi sehingga proses
921
monitoring dapat terlaksana. Validasi dengan bacaan tangki di plant menunjukkan hasil akurasi bacaan memiliki error dengan range 0.02% hingga 4%.
b. Performansi jaringan yang digunakan dalam sistem memiliki waktu transmisi dengan range 631 ms hingga 1103 ms merupakan hasil yang lebih optimum dibandingkan penelitian sebelumnya. Lama waktu transmisi dipengaruhi oleh mikrokontroller yang digunakan, koneksi internet, serta banyaknya data yang ingin ditransmisikan. Sedangkan performansi jaringan untuk pembacaan data menunjukkan range 72 ms hingga 332 ms yang lebih cepat dari waktu transmisi sebab workload berbeda antara request write dan read. Sistem jaringan IoT dirancang telah memenuhi persyaratan pada standar ITU-T Y.4113 dan memenuhi rekomendasi transmisi data.
c. Telah dirancang human machine interface serta data logging untuk membantu proses custody transfer dengan menggunakan library react untuk interface web dan library react native untuk interface aplikasi yang berasal dari bahasa pemrograman javascript. Interface yang disediakan selain memberi informasi monitoring dapat digunakan untuk melakukan akses kontrol terhadap plant. Kontrol meliputi dua mode yaitu manual dan automatic yang dapat digunakan untuk mengontrol laju proses custody transfer di plant.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Y. Pingle, S. Dalvi, S. Chaudhari, and P. Bhatkar, “Electricity measuring IoT device,” 2016 3rd Int. Conf. Comput. Sustain. Glob. Dev., pp. 1423–1426, 2016.
[2] M. Burgess, “What is the Internet of Things? WIRED explains,” Wired UK, 2018.
https://www.wired.co.uk/article/internet-of- things-what-is-explained-iot (accessed Jan. 23, 2021).
[3] Quince Market Insights, “Industrial Internet of Things (IoT) Market To Grow At A CAGR of 21.3% During 2020 To 2028,” Globe News Wire, 2020. https://www.globenewswire.com/news- release/2020/08/29/2085754/0/en/Industrial-Internet-of-Things-IoT-Market-To-Grow-At-A- CAGR-of-21-3-During-2020-To-2028-Quince-Market-Insights. html#:~:text=29%2C2020 (GLOBE NEWSWIRE),period from 2020 to 2028. (accessed Jan. 23, 2020).
[4] T. A. Khan, F. A. Shaikh, S. Khan, and M. F. Siddiqui, “Real- Time Wireless Monitoring for Three Phase Motors in Industry: A Cost-Effective Solution using IoT,” in 2019 IEEE International Conference on Smart Instrumentation, Measurement and Application (ICSIMA), 2019, pp. 1–5, doi: 10.1109/ICSIMA47653.2019.9057343.
[5] A. G. Azwar, R. H. Laluma, R. P. Halim, Nurwathi, Gunawansyah, and Gunawan, “Smart Trash Monitoring System Design Using NodeMCU-based IoT,” in 2019 IEEE 13th International Conference on Telecommunication Systems, Services, and Applications (TSSA), 2019, pp. 67–71, doi: 10.1109/TSSA48701.2019.8985517.
[6] M. D. Mudaliar and N. Sivakumar, “IoT based real time energy monitoring system using Raspberry Pi,” Internet of Things, vol. 12, p. 100292, 2020, doi:
https://doi.org/10.1016/j.iot.2020.100292.
[7] M. Sridharan, R. Devi, C. S. Dharshini, and M. Bhavadarani, “IoT based performance monitoring and control in counter flow double pipe heat exchanger,” Internet of Things, vol. 5, pp. 34– 40, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.iot.2018.11.002.
[8] E. Dupuis, “Oil and Gas Custody Transfer,” Petroleum Africa Magazine, Africa, p. 5, May 2014.
[9] Arduino, “Millis().” https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/time/mill is/
(accessed Jul. 05, 2021).
[10] A. Yaseh Mutawaqqil Alalloh, “Pengembangan Monitoring Sistem Control Berbasis PLC Pada Boiler Menggunakan Mobile Gadget Berbasis Augmented Reality Di Cv. Wana Indo Raya,”
Sepuluh Nopember, 2021.
[11] R. SURYANDRIYO, “Implementasi Sistem Kontrol Level Air Boiler Berbasis Plc Dengan Monitoring Web Di Cv. Wana Indo Raya,” Sepuluh Nopember, 2021.
[12] Hafiz, A., & Susianto, D. (2019). Analysis of Internet Service Quality Using Internet Control Message Protocol. Journal of Physics: Conference Series, 1338, 12055.
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1338/1/012055
922
[13] J. Rudroff, D. (2009). CUSTODY TRANSFER: THE VALUE OF GOOD MEASUREMENT
AND THE SEARCH FOR THE TRUTH. Pipeline & Gas Journal. Vol. 236 No. 7, July 2009.
