POLBANdigilib.polban.ac.id/files/disk1/98/jbptppolban-gdl-supriyadi-4896... · sistem yang dapat...
-
Upload
hoangkhuong -
Category
Documents
-
view
220 -
download
0
Transcript of POLBANdigilib.polban.ac.id/files/disk1/98/jbptppolban-gdl-supriyadi-4896... · sistem yang dapat...
HMI SISTEM KENDALI DAN PENGUMPUL DATA WIRELESSUNTUK LEVEL DAN SUHU AIR
Naskah Publikasi
oleh :
SupriyadiNIP 196004151984031004
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKADEPARTEMEN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2014
POLBAN
Intisari
Suatu sistem yang terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak untuk
mengendalikan dan memantau alat jarak jauh tanpa kabel. Alat yang dikendalikan
merupakan suatu bentuk simulasi proses produksi dalam industri. Pengendalian dan
pemantauan alat di tampilkan pada layar komputer. Sistem yang dibangun untuk
mengendalikan dan memantau suhu dan level air pada dua tangki pemanas secara
bersamaan. Sistem ini merupakan SCADA (Supervisory Control And Data
Acquisition) dalam bentuk yang sederhana. Sistem ini mempunyai master sebagai
pusat komunikasi untuk tiap slave dan RTU (Remote Terminal Unit) sebagai node
yang di kontrol jarak jauh. Setiap RTU mempunyai satu perangkat input/output dan
satu perangkat slave yang datanya terintegrasi dengan HMI (Human Machine
Interface). Komunikasi antara master dan slave menggunakan Zigbee Wireless
Module. Perangkat master dihubungkan ke komputer menggunakan kabel USB dan
modul AVR309 sebagai pengubah protokol komunikasi USB menjadi serial asinkron
Tx dan Rx yang dapat dimengerti oleh mikrokontroler. Perancangan protokol
komunikasi antara komputer, master, dan slave dirancang agar satu perangkat master
dapat menangani 255 perangkat slave. Perancangan HMI dibuat menggunakan
perangkat lunak Delphi 7. HMI dirancang khusus agar dapat menampilkan data suhu
dan level air dalam bentuk grafik.
Kata Kunci: master, slave, RTU, wireless, xbee, sistem kendali, protokol,komunikasi
POLBAN
HMI SISTEM KENDALI DAN PENGUMPUL DATAWIRELESS UNTUK LEVEL DAN SUHU AIR
Supriyadi
Program Studi Teknik Elektronika –DT ElektroPoliteknik Negeri Bandung
Email : [email protected]
Intisari- Suatu sistem yang terdiri dari perangkat
keras dan perangkat lunak untuk mengendalikan dan
memantau alat jarak jauh tanpa kabel. Alat yang
dikendalikan merupakan suatu bentuk simulasi proses
produksi dalam industri. Pengendalian dan pemantauan alat
di tampilkan pada layar komputer. Sistem yang dibangun
untuk mengendalikan dan memantau suhu dan level air pada
dua tangki pemanas secara bersamaan. Sistem ini merupakan
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) dalam
bentuk yang sederhana. Sistem ini mempunyai master
sebagai pusat komunikasi untuk tiap slave dan RTU (Remote
Terminal Unit) sebagai node yang di kontrol jarak jauh.
Setiap RTU mempunyai satu perangkat input/output dan satu
perangkat slave yang datanya terintegrasi dengan HMI
(Human Machine Interface). Komunikasi antara master dan
slave menggunakan Zigbee Wireless Module. Perangkat
master dihubungkan ke komputer menggunakan kabel USB
dan modul AVR309 sebagai pengubah protokol komunikasi
USB menjadi serial asinkron Tx dan Rx yang dapat
dimengerti oleh mikrokontroler. Perancangan protokol
komunikasi antara komputer, master, dan slave dirancang
agar satu perangkat master dapat menangani 255 perangkat
slave. Perancangan HMI dibuat menggunakan perangkat
lunak Delphi 7. HMI dirancang khusus agar dapat
menampilkan data suhu dan level air dalam bentuk grafik.
Kata Kunci: master, slave, RTU, wireless, xbee, sistemkendali, protokol, komunikasi
I. PENDAHULUAN
Teknologi pemantauan jarak jauh pada industri sebagai
bagian dari teknologi otomasi industri masih banyak
menggunakan kabel sebagai komunikasi datanya. Dengan
menggunakan kabel sebagai media komunikasi selain
mempunyai kelebihan dalam kecepatan data transfernya
tentu juga mempunyai beberapa kekurangan diantaranya
membutuhkan instalasi fisik karena membutuhkan tempat
peletakan pengkabelan dan kabel yang putus belum tentu
mudah untuk disambung ulang. Jika menggunakan nirkabel
(tanpa kabel) sebagai media komunikasi selain mempunyai
kekurangan disisi kecepatan data transfer dan gangguan
cuaca tentunya mempunyai beberapa kelebihan yaitu
instalasi mudah dan biaya perawatan sambungan titik ke titik
dapat dikurangi.
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)
sudah umum digunakan pada industri skala besar sebagai
sistem yang dapat memantau dan mengendalikan alat dari
jarak jauh. Sistem SCADA telah mempermudah industri
untuk mengambil dan mengolah data yang sangat kompleks,
tetapi dengan segala kelebihannya tersebut SCADA
sangatlah mahal dan hanya industri besar yang mampu
menerapkannya.
Penulis mencoba melakukan riset akan sistem
pemantauan dan pengendalian jarak jauh tanpa kabel dalam
suatu proses otomasi industri. Perancangan Human Machine
Interface (HMI) dan sistem dirancang sedemikian rupa dapat
memenuhi spesifikasi standar industri dengan biaya
komponen-komponen yang tidak terlalu mahal sehingga
pada akhirnya harga total sistem yang dibuat dapat
terjangkau oleh sebagaian besar industri menengah dan kecil
di dalam negeri. Penulis terus melakukan perbaikan sistem
dan optimasi sistem agar setidaknya alat ini dapat memenuhi
standar industri walaupun sistem yang dirancang masih
sangat sederhana dibanding sistem sekelas SCADA pada
umumnya. Walapun sistem masih sederhana, sistem ini dapat
POLBAN
menjadi batu loncatan dalam riset dan pengembangan sistem
yang lebih besar dan kompleks.
II. LANDASAN TEORI
Menurut Katsuhiko Ogata, 1993, dalam bukunya yang
berjudul Teknik Kontrol Automatik : ‘Sistem adalah
kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama-
sama dan melakukan suatu sasaran tertentu’. Sehingga sistem
kendali dapat didefinisikan sebagai kumpulan komponen
fisik yang tersusun sedemikian rupa dan saling bekerja sama
untuk mencapai suatu kondisi yang diharapkan.
Sistem kendali secara umum terbagi dua menurut
jenisnya yaitu bersifat terbuka (open loop) dan tertutup
(close loop). (Norman S Nise. Control System Engineering
4th Edition., 2004). Gambar diagram blok sistem kendali
terbuka dan tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.1 dibawah
ini.
Gambar 2.1 Diagram blok sistem kendali secara umum, (a)sistem kendali terbuka,
(b) sistem kendali tertutup.Sumber : Sistem Kendali Umpan Balik - Kuliah 1,
(http://paparisa.unpatti.ac.id), 2012
Pada sistem kendali terbuka, pengendali (controller)
harus memberikan sinyal ke aktuator sesuai nilai masukan
(set-point). Kelemahan dari sistem kendali terbuka adalah
pengendali tidak mengetahui sebenarnya apakah aktuator
telah melaksanakan apa yang harus dilaksanaan sehingga
apabila terjadi sesuatu gangguan pada proses maka sistem
tidak memperbaiki proses secara otomatis. Pada sistem
kendali tertutup, pengendali mengetahui kondisi sebenarnya
dari proses dari perbedaan kondisi proses (yang diberi tahu
oleh sensor) dengan nilai set-point sehingga apabila dalam
proses terjadi gangguan maka pengendali akan memperbaiki
proses dengan memberi sinyal ke aktuator yang sesuai
perhitungan.
Sistem kendali dapat diterapkan pada suatu sistem
yang berfungsi mengambil data-data terukur dari lapangan
yang dimasukkan kedalam pusat pemroses data-data
masukan lalu pusat pemroses data tersebut menghasilkan
nilai keluaran untuk kendali di lapangan sehingga diharapkan
nilai keluaran sistem dapat ideal atau sesuai harapan. Sistem
kendali dapat berupa komputer sebagai pusat pengolah data
dan penampil data sehingga data-data di lapangan dapat lebih
mudah dimengerti oleh manusia dan dapat dikendalikan jarak
jauh melalui saluran komunikasi jarak jauh.
Zigbee adalah salah satu jenis tekonologi komunikasi
tanpa kabel seperti Wi-fi dan Bluetooth. Zigbee merupakan
standar komunikasi internasional yaitu IEEE 802.15.4 untuk
aplikasi tertentu. Zigbee termasuk personal area network
(PAN) yaitu bisa digunakan untuk membangun jaringan
sendiri yang tidak terpengaruh terhadap jenis komunikasi
lainnya maupun jaringan zigbee lainnya. Komunikasi zigbee
termasuk kedalam tipe komunikasi nirkabel untuk kecepatan
data rendah yang dikhusukan untuk transfer data-data kontrol
dan monitoring pada industri, sebagai perbandingan zigbee
dengan teknologi wireless lainnya dapat dilihat pada Tabel
2.3 dibawah ini.
Tabel 2.1 Perbandingan teknologi wireless
Zigbee802.15.
4
GPRS/GSM
Wi-Fi802.11
b
Bluetooth
802.15.1
Kegunaankhusus
Monitoring danKontrol
Pengirimandatasuara
dan data
Web,Email,File,dan
Video
Pengganti
kabel
Ketahananbaterai(hari)
100 -1000
1 – 7 0,5 – 5 1 – 7
POLBAN
Maksimumbanyakjaringan
264 1 32 7
Maksimumkecepatantransferdata
250Kbps
128KBps
54Mbps
720KBps
Jarakjangkauan(meter)
1600 1000 100 10
Kelebihan
Realibity, dayarendah,
danhargamurah
Kualitasdan
jangkauan
Kecepatan danfleksib
el
Murahdan
kemudahan
Sumber : Zigbee alliance
Zigbee berasal dari kata Zig dan Bee menyatakan
lintasan komunikasi dalam menyampaikan informasi adalah
berbentuk seperti sarang lebah yang bisa membentuk sebuah
jaringan yaitu satu perangkat zigbee dapat berkomunikasi
dengan banyak perangkat zigbee lainnya. Berikut Gambar
2.6 adalah simbol Zigbee.
Gambar 2.2 Simbol teknologi komunikasi ZigbeeSumber : Zigbee alliance, 2010
Ada dua konfigurasi Zigbee yaitu Peer to peer dan
Nonbeacon. Kofigurasi peer to peer (Gambar 2.3) berarti
sebuah perangkat zigbee mempunyai status yang sama
(sejenis) dengan yang lainnya dan tiap perangkat zigbee
dapat berkomunikasi antara satu dengan yang lainnya dalam
area yang masih dapat dijangkau. Peer to peer ini merupakan
konfigurasi yang cukup sederhana sama seperti jalur bus
dalam komputer yaitu masing-masing perangkat mempunyai
alamat yang berbeda sehingga untuk berkomunikasi
diperlukan alamat tujuan agar data dapat terkirim ke
prangkat yang dituju. Sementara konfigurasi jaringan
nonbeacon (Gambar 2.4) yaitu dalam suatu jaringan minimal
terdapat coodinator sebagai pusatnya dan end-device sebagai
ujung jaringannya, satu lagi jika dibutuhkan yaitu router
yaitu sebagai perpanjangan tangan untuk coordinator dan
end-device-nya.
Gambar 2.3 Konfigurasi Peer to PeerSumber : Datasheet XBEE, 2010
Gambar 2.4 Konfigurasi jaringan nonbeaconSumber : Datasheet XBEE, 2010
IC RTC DS1307 merupakan IC (Integrated Circuit)
yang khusus menangani pemwaktuan detik, menit, jam, hari,
bulan, dan tahun yang sangat presisi dan memiliki akurasi
hingga tahun 2100. IC ini dapat menghasilkan nilai waktu
satu detik yang presisi dan akurat sehingga IC ini banyak
dipergunakan pada perangkat jam digital, telepon seluler, dan
perangkat pemwaktuan lainnya. Dibawah ini Gambar 2.5
adalah gambar pin diagram IC DS1307 dan gambar
penggunaan umumnya.
Microcontroller DS1307
SDASCL
GND
VCC
SDASCL
GND
VCC
VCC
VCC
Crystal
3V
X1
X2
Vbat
4K7
VCC
4K7
(a) (b)
Gambar 2.5 (a) Diagram pin DS1307, (b) Rangkaian umumRTC DS1307
Sumber : Datasheet IC DS1307, 2007
POLBAN
Sebuah IC DS1307 membutuhkan kristal 32.768kHz
agar pemwaktuan bekerja presisi dan akurat IC ini juga
mempunyai fasilitas supply cadangan menggunakan pin VBAT
yang dihubungkan ke baterai 3V. Sehingga disaat supply
tegangan utama tidak ada atau tegangan VCC kurang dari
tegangan baterai maka IC ini otomatis mengalihkan sumber
energinya ke baterai 3V dan mengkatifkan mode low-current
battrey backup. Pada mode low-current battery backup ic ini
tidak dapat diakses tetapi pemwaktuan masih tetap berjalan.
RTC DS1307 membutuhkan arus 500nA pada mode low-
current battery backup sehingga dengan baterai 3V/48mA
dapat bertahan hingga 11 tahun, sedangkan pada mode aktif
hanya membutuhkan 1,5mA. DS1307 dapat di akses oleh
mikroprosessor atau mikrokontroler menggunakan
komunikasi I2C (Inter Integrated Circuit). I2C ini
merupakan komunikasi sinkron sehingga pada
mikrokontroler dibutuhkan dua jalur komunikasi, satu jalur
digunakan sebagai Serial Data (SDA) dan satunya lagi
sebagai jalur Serial Clock (SCL). Berikut Gambar 2.6 adalah
protokol penulisan data pada RTC dan Gambar 2.7 adalah
protokol pembacaan data dari RTC. Pada protokol penulisan
data, diawali dengan alamat slave lalu alamat memori dan
dilanjutkan dengan urutan data. Sementara untuk membaca
data, mikrokontroler harus menggunakan protokol penulisan
data dahulu yaitu alamat slave dan alamat memori lalu
dilanjutkan dengan protokol pembacaan data yaitu alamat
slave lalu data yang dibaca. Pada pembacaan data diperlukan
protokol penulisan data dahulu karena agar RTC mengetahui
alamat memori yang akan dibaca.
Gambar 2.6 Protokol penulisan data pada RTC DS1307Sumber : Datasheet IC DS1307, 2007
Gambar 2.7 Protokol pembacaan data dari RTC DS1307Sumber : Datasheet IC DS1307, 2007
Sebelum menggunakan RTC ini diperlukan
pengaturan tanggal dan waktu yang dapat diatur dari
komputer sebagai HMI (Human Machine Interface) dan
mikrokontroler sebagai perantarannya.
LM35 adalah transduser suhu yang berukuran kecil
yang mudah digunakan dan murah untuk mendapatkan
pembacaan suhu yang linear dan stabil. LM35 berbentuk
seperti transistor pada umumnya dapat di lihat pada Gambar
2.8 yang mempunyai footprint (TO-92). Kemampuan
transduser ini adalah dapat mengukur suhu dari -55OC
sampai +150OC dan mempunyai keluaran analaog yaitu
+10,0mV per derajat celcius dan 0V pada suhu 0OC berarti
jika suhu yang aktual 25OC maka keluarannya adalah
+250mV. LM35 mempunyai akurasi 0,5OC pada suhu 25OC.
Pada Gambar 2.9 adalah gambar rangkaian penggunaan
umum untuk LM35.
Gambar 2.8 Transduser Suhu LM35Sumber : Datasheet IC LM35
POLBAN
Gambar 2.9 Rangkaian penggunaan umum LM35Sumber : Datasheet IC LM35
III. METODE PENELITIAN
Pada umumnya teknolgi SCADA menggunakan
sistem master dan slave, master digunakan sebagai pusat
komunikasi dari seluruh slave. Sementara slave
ditempatkan pada RTU (Remote Terminal Unit).
Teknologi pemantauan dan pengendalian alat dari jarak
jauh tanpa kabel pada proyek akhir ini diterapkan pada
dua alat yang sama sebagai simulasi di industri, yaitu
pemantauan dan pengendalian level dan suhu air pada
dua buah tangki yang berjauhan. Kegiatan pemantauan
dan kendali dilakukan dari komputer oleh seorang
operator. Suatu perangkat lunak yang berbentuk aplikasi
untuk windows yang dibangun menggunakan delphi
berfungsi sebagai human machine interface (HMI)
sehingga operator dapat mengetahui kondisi proses
produksi yang di simulasikan yaitu level dan suhu air
dari komputer tanpa harus datang langsung ke lokasi
proses produksi tersebut. Alat yang dibuat ini digunakan
untuk mengatur selenoid valve, pemanas, dan
mengetahui kondisi valve (tertutup/terbuka) karena alat
ini mempunyai input-output digital yang terintegrasi
dengan komputer. Pemantauan tangki pada tiap RTU
dilakukan pada HMI di sebuah komputer yang
terhubung dengan perangkat master. Perangkat master
ini sebagai pusat komunikasi ke perangkat slave.
Sementara itu slave ditempatkan pada tiap-tiap RTU
bersamaan dengan perangkat input/output yang
berhubungan langsung dengan aktuator dan sensor di
lapangan.
Protokol komunikasi pada sistem ini dirancang agar dapat
menangani lebih dari satu slave yaitu sebanyak 255 slave
atau 255 RTU yang ditempatkan berbeda-beda lokasi.
Topologi komunikasi yang digunakan antara master dengan
slave adalah point to multipoint, yaitu hanya dibutuhkan satu
master pada satu sistem dan banyak slave yang dapat
ditangani oleh satu master tersebut. Gambar 3.1 merupakan
sistem SCADA sederhana yang menggunakan komunikasi
tanpa kabel (wireless) yang mampu menangani banyak slave.
RTU 1 RTU 2
USB
RTU nRTU255
MASTER
Gambar 3.1 Sistem SCADA menggunakan
komunikasi wireless
Pada penelitian ini dibuat dua buah RTU sebagai simulasi
sistem. Simulasi sistem diaplikasikan pada dua buah tangki
pemanas yang ditempatkan pada dua lokasi berbeda. RTU
pertama menangani satu sub-sistem tangki pemanas, begitu
juga dengan RTU kedua dengan sub-sistem yang sama
dengan sub-sistem pertama.
Sistem keseluruhan dibangun dari dua bagian besar yaitu
pertama perangkat keras dan perangkat lunak, bagian
pertama yang terdiri dari master, slave, rangkaian
pengkondisi sinyal masukan analog, dan rangakaian driver
relay. Bagian kedua adalah perangkat lunak yang terdiri dari
HMI (Human Machine Interface) pada komputer dan
algoritma pemogramman untuk mikrokontroler master dan
slave. Slave ditempatkan pada RTU (Remote Terminal Unit)
bersama dengan rangkaian pengkondisi sinyal masukan
analog dan driver relay.
Sebagai simulasi, alat/plan yang dikendalikan dan di
POLBAN
pantau adalah suhu dan level air pada dua tangki pemanas.
Gambar 3.2 merupakan diagram blok sistem keseluruhan
yaitu sistem yang diterapkan pada simulasi kendali level dan
suhu air pada dua buah tangki pemanas. Air pada tangki
pemanas 1 dan 2 dapat dipanaskan sesuai keinginan operator
dengan batasan 70oC, dan level air dapat diatur sesuai
keinginan operator.
Gambar 3.2 Diagram blok sistem keseluruhan
Sistem kendali yang dirancangan terdiri dari dua bagian
yaitu kendali otomatis dan kendali manual, kedua sistem
kendali tersebut dapat dipilih pada HMI oleh operator.
Sistem kendali otomatis yang berjenis kendali ON/OFF
melibatkan RTU sebagai pengendali, operator hanya
memberikan set-point suhu dan level air yang diinginkan
pada tangki 1 dan 2, lalu RTU mengontrol plan agar suhu
dan level air sesuai dengan set-point yang diberikan operator.
Sedangkan sistem kendali manual RTU tidak memegang
kendali atas plan, RTU hanya mengirimkan data suhu dan
level air aktual ke master hanya jika diinginkan oleh HMI.
Pada sistem manual, operator dapat menetapkan kecepatan
sampling data suhu dan level air pada sistem keseluruhan
paling cepat adalah 1 detik, selain itu operator dapat
mengendalikan selenoid valve dan pemanas sesuai keinginan
operator.
3.1 Diagram Blok Sistem
Diagram blok sistem terdiri dari tiga diagram blok
yaitu, pertama diagram blok perangkat master, kedua
diagram blok perangkat slave, dan ketiga diagram blok
perangkat input/output.
Diagram Blok Perangkat Master
Perancangan perangkat master digunakan sebagai perantara
komunikasi antara HMI dengan tiap RTU. Komunikasi
komputer dengan master menggunakan USB sehingga
mudah digunakan untuk komputer modern.
Gambar 3.3 merupakan diagram blok perangkat master dan
hubungannya ke perangkat lain. Didalam perangkat master
terdapat MCU ATmega64 prosessornya, dan satu modul
XBee untuk komunikasi wireless ke tiap RTU. Modul XBee
yang digunakan yaitu XBee 1mW dengan daya pancar
maksimum 100 meter, jika ingin menambah daya pancar
hingga 1600 meter modul XBee 1mW tersebut dapat di ganti
dengan XBee-Pro 63mW karena konfigurasi kaki-kaki modul
tersebut sama dengan XBee 1mW dan spesifikasi lainnya
sama hanya daya pancar dan harga yang berbeda. Karena
komunikasi master ke komputer menggunakan USB
sehingga digunakan rangkaian USB to Serial Converter
sebagai pengubah data USB yang kompleks menjadi data
serial yang sederhana dan dapat dimengerti oleh
mikrokontroler. Cara kerja perangkat master yaitu data USB
yang masuk melalui USB port lalu masuk ke rangkaian USB
to Serial Converter agar diubah menjadi data serial Tx dan
Rx. Pada saat master akan mengirim data ke RTU maka data
serial akan keluar menuju rangkaian level converter (buffer)
lalu ke modul XBee, rangkaian level converter digunakan
agar mengkondisikan tegangan pin Tx dan Rx sesuai
tegangan masukan modul XBee.
POLBAN
Gambar 3.3 Diagram blok perangkat master
Rangkaian dan program untuk USB to Serial Converter
bukan buatan penulis, rangkaian dan firmware tersebut sudah
banyak disediakan di internet sebagai rangkaian pembantu
pengubah data USB menjadi serial Tx dan Rx. Sehingga
pada laporan ini tidak membahas rangkaian dan program
USB to Serial Converter.
Diagram Blok Perangkat Slave
Perancangan perangkat slave digunakan sebagai penerima
dan pemeroses data yang dikirimkan dari master. Perangkat
slave dirancang agar mempunyai banyak digital input, digital
output, dan analog input sehingga mampu menangani banyak
aktuator dan sensor. Perancangan perangkat slave ini juga
dirancang seperti sebuah PLC (Programmable Logic Control)
yang mempunyai soket koneksi ke perangkat input/output.
Sementara pada alat ini menggunakan soket koneksi DB25
yang ditentukan konfigurasinya untuk koneksi ke perangkat
input/output. Konfigurasi soket koneksi DB25 ke perangkat
I/O dapat dilihat pada lampiran.
Cara kerja perangkat slave adalah menerima data yang
dikirimkan oleh master melalui modul XBee lalu rangkaian
level converter sebagai pengkondisi tegangan pin tx dan rx.
Data yang masuk ke mikrokontroler ATmega16 sebagai
prosessor diartikan dan di proses untuk di eksekusi
perintahnya dan data dikirim kembali ke master melalui
modul XBee.
Pada ATmega16 terdapat ADC internal untuk mengubah
tegangan analog menjadi data digital yang data hasil
konversi ADC-nya dapat dikirimkan ke perangkat master.
Pada perangkat slave juga terdapat slot serial EEPROM
sebagai opsional penyimpanan data. Gambar 3.4 merupakan
diagram blok perangkat slave dan hubungannya ke perangkat
lain. Perangkat slave menggunakan soket paralel DB25
sebagai koneksi ke
perangkat I/O agar memudahkan pengkabelan.
Gambar 3.4 Diagram blok perangkat slave
Diagram Blok Perangkat Input/Output
Perancangan perangkat input/output adalah sebagai
rangkaian penguat keluaran digital yaitu berupa relay dan
rangkaian penguat analog untuk menguatkan tegangan dari
sensor suhu dan level air.
Perangkat input/output dirancang mempunyai slot koneksi
yang sama konfigurasinya dengan perangkat slave yaitu
menggunakan kabel paralel DB25 yang sudah banyak
dipasaran. Gambar 3.5 merupakan diagram blok perangkat
input/output dan hubungannya ke aktuator, sensor, dan
perangkat lain. Pada perangkat input/output terdapat dua
rangkaian yang bekerja secara terpisah yaitu pertama
rangkaian relay driver (tiga relay) sebagai penguat digital
output yang tiap relaynya mengendalikan Selenoid Valve dan
pemanas. Rangkaian kedua yaitu rangkaian filter dan
penguat dua kanal sebagai filter dan penguat untuk sinyal
masukan analog yang kedua kanal masukkannya
digunakan untuk sensor suhu dan sensor level air.
HumanMachineInterface
POLBAN
Regulator 5V
AnalogInput Port
(2 Channel)
Digital Input Port(3 Channel)
Filter &Amplifier
Input/Output
Portto Slave
RelayDriver
Relay Output Port(3 Channel,
Normaly Open)
PERANGKAT I/OTravo CT6V 500mA
Selenoid Valve 1
Slave
-6V & +6V
DB25Cable
Selenoid Valve 2
Heater
Sensor Suhu Air
Sensor Level Air
Gambar 3.5 Diagram blok perangkat input/output
3.2 Realisasi Perangkat Elektronik
Gambar 3.6 Realisasi PCB master
Gambar 3.7 Realisasi PCB slave
Gambar 3.8 Realisasi PCB input/output
POLBAN
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Tabel 4.1 Pengujian pembacaan suhu air pada RTU 1
Waktu(detik)
TeganganKeluaranLM35 (V)
Suhu AirTerbaca
PadaTermometer
(oC)
Suhu AirTerbaca
Pada HMI(oC)
Rata-Rata
PerbedaanPembacaan
Suhu Air(oC)
1 2 1 2 1 2
0 0,268 0,272 25,5 25,8 25,5 25,80,0
10 0,268 0,272 25,5 26,0 25,5 25,8-0,1
20 0,291 0,272 27,0 27,4 27,0 26,8-0,3
30 0,316 0,317 29,0 29,0 29,5 29,40,4
40 0,334 0,333 30,8 31,0 31,3 31,80,7
50 0,350 0,354 33,0 33,0 33,2 33,50,4
60 0,370 0,365 35,2 34,5 35,3 35,30,4
70 0,393 0,388 37,0 36,5 36,9 37,60,5
80 0,410 0,407 37,8 38,4 39,0 39,00,9
90 0,430 0,419 40,8 39,5 41,5 40,60,9
100 0,448 0,433 42,4 41,4 43,2 42,10,8
110 0,467 0,450 44,5 43,2 45,1 44,30,9
120 0,480 0,468 46,6 45,0 47,0 46,71,1
130 0,505 0,486 48,0 47,0 49,0 48,31,2
140 0,529 0,511 49,5 48,0 51,0 49,11,3
150 0,549 0,529 51,0 50,5 53,0 52,21,9
Rata-rata perbedaan suhu0,7
Gambar 4.1 Grafik pengukuran suhu air pada RTU 1
Tabel 4.2 Pengujian pembacaan suhu air pada RTU 2
Waktu(detik)
TeganganKeluaranLM35 (V)
Suhu AirTerbaca PadaTermometer
(oC)
Suhu AirTerbaca
Pada HMI(oC)
Rata-RataPerbedaanPembacaan
Suhu Air(oC)
1 2 1 2 1 2
00,27 0,272 26,5 26,0 26,5 26,0 0,0
100,27 0,272 26,5 26,0 26,5 26,0 0,0
200,295 0,295 27,0 27,4 27,8 27,3 0,4
300,323 0,323 29,2 29,0 30,1 29,5 0,7
400,34 0,339 31,1 31,0 31,8 31,3 0,5
500,357 0,360 33,1 33,0 33,9 33,0 0,4
600,373 0,366 34,8 34,5 35,5 35,2 0,7
700,399 0,395 36,5 36,5 37,1 37,0 0,5
800,415 0,415 37,8 38,4 39,2 38,4 0,7
900,438 0,427 40,9 39,5 41,2 40,0 0,4
1000,452 0,438 42,4 41,4 43,5 42,1 0,9
1100,455 0,457 44,5 43,2 45,6 44,3 1,1
1200,487 0,476 47,0 45,0 47,6 46,3 1,0
1300,514 0,491 48,5 47,0 49,8 48,0 1,2
1400,535 0,517 50,5 48,0 52,1 50,0 1,8
1500,556 0,535 52,0 50,5 53,5 52,2 1,6
Rata-rata perbedaan suhu 0,7
Gambar 4.12 Grafik pengukuran suhu air pada RTU 2
25
30
35
40
45
50
55
10 30 50 70 90 110 130
Suhu air padaHMI
Suhu air padatermometer
25
30
35
40
45
50
55
0 20 40 60 80 100 120 140
Suhu air padaHMI
Suhu air padatermometer
Waktu (detik)
OC
Waktu (detik)OC
POLBAN
Tabel 4.3 Pengujian pembacaan level air pada RTU 1
Level Air PadaIndikator
(mm)
Tegangan KeluaranPotensiometer (V)
Tegangan Masukan ADC Kanal1 (V)
Level Air TerbacaPada HMI (mm)
Rata-RataPerbedaan
Pembacaan LevelAir (mm)
1 2 3 1 2 3 1 2 3
0 1,3351,335 1,332
1,6021,588 1,598 0 1 1 1
10 1,3581,359 1,353
1,6301,631 1,624 5 9 9 -2
20 1,4001,405 1,397
1,6801,686 1,676 17 21 20 -1
30 1,4531,449 1,448
1,7441,739 1,738 29 30 32 0
40 1,4861,493 1,488
1,7831,792 1,786 39 43 43 2
50 1,5301,530 1,530
1,8361,836 1,836 49 52 53 2
60 1,5631,571 1,571
1,8761,885 1,885 59 63 64 2
70 1,6101,614 1,612
1,9321,937 1,934 70 74 74 3
80 1,6501,653 1,654
1,9801,984 1,985 80 84 85 3
90 1,6931,699 1,700
2,0322,039 2,040 92 94 94 3
100 1,7401,745 1,747
2,0882,094 2,096 103 108 108 6
110 1,7821,791 1,792
2,1382,149 2,150 114 117 119 7
120 1,8301,832 1,832
2,1962,198 2,198 126 130 130 9
130 1,8731,877 1,876
2,2482,252 2,251 136 142 142 10
140 1,9151,917 1,919
2,2982,300 2,303 146 151 152 10
150 1,9551,960 1,957
2,3462,352 2,348 157 162 162 10
160 2,0002,002 2,000
2,4002,402 2,400 168 173 171 11
Rata-rata perbedaan level air 4
Gambar 4.3 Perbandingan tiga hasil pengukuran level air pada RTU 1
020406080
100120140160180
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Lev
el a
ir (m
m)
Level Air Terbaca VS Level Air Sebenarnya
Level air ideal
Level air 1
Level air 2
Level air 3
Level airsebenarnya (cm)
POLBAN
Tabel 4.4 Pengujian pembacaan level air pada RTU 2
Level AirTerbaca
Indikator(mm)
Tegangan KeluaranPotensiometer (V)
Tegangan Masukan ADC Kanal1 (V)
Level Air TerbacaPada HMI (mm)
Rata-RataPerbedaan
Pembacaan LevelAir (mm)1 2 3 1 2 3 1 2 3
01,335 1,323 1,320
1,6021,588 1,588 0 1 0
010
1,364 1,360 1,3561,630
1,631 1,624 12 10 101
201,405 1,405 1,400
1,6801,686 1,676 17 21 20
-130
1,454 1,448 1,4481,744
1,739 1,738 29 30 310
401,504 1,490 1,491
1,7831,792 1,786 41 42 42
250
1,545 1,530 1,5281,836
1,836 1,836 52 52 522
601,587 1,579 1,574
1,8761,885 1,885 63 63 64
370
1,627 1,616 1,6091,932
1,937 1,934 73 74 723
801,658 1,653 1,652
1,9801,984 1,985 81 84 84
390
1,695 1,695 1,6982,032
2,039 2,040 90 94 942
1001,741 1,735 1,738
2,0882,094 2,096 102 107 104
4110
1,793 1,782 1,7822,138
2,149 2,150 114 116 1165
1201,840 1,820 1,821
2,1962,198 2,198 126 127 126
6130
1,877 1,864 1,8632,248
2,252 2,251 136 136 1366
1401,919 1,910 1,902
2,2982,300 2,303 145 147 147
6150
1,961 1,948 1,9422,346
2,352 2,348 155 157 1556
1602,000 1,992 2,000
2,4002,402 2,400 166 167 165
6
Rata-rata perbedaan level air3
Gambar 4.4 Perbandingan tiga hasil pengukuran level air pada RTU 2
020406080
100120140160180
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Lev
el a
ir (m
m)
Level Air Terbaca VS Level Air Sebenarnya
Level air ideal
Level air 1
Level air 2
Level air 3
Level air sebenarnya (cm)
POLBAN
Hasil pengujian pembacaan level air
pada RTU 1 dan 2 tidaklah akurat dan presisi
kemungkinan disebabkan beberapa hal,
diantaranya adalah sebagai berikut;
1. Rangkaian penguat menggunakan IC
LM358 menghasilkan keluaran
tegangan yang tidak terlalu presisi.
2. Struktur mekanik untuk instrumentasi
pengukuran level air menggunakan
potensiometer multiturn
mempengaruhi pembacaan yang
presisi dan akurat.
3. Pelampung yang digunakan terlalu
besar mengakibatkan jika pengukuran
air naik dengan pengukuran air turun
akan terbaca berbeda.
4. Potensiometer multiturn tipe B
walaupun linear tetap memungkinkan
ada sedikit ketidaklinearitasan.
Dibawah ini adalah Gambar grafik
level air pada RTU 1 dan 2 yang terbaca
pada HMI.
Gambar 4.5 Pemantauan kenaikan level air pada HMI untuk
RTU 1
Gambar 4.6 Pemantauan penurunan level air pada HMI
untuk RTU 2
4.1 Pengujian dan Analisa Sistem Otomatis
Pengujuan sistem otomatis adalah pengujian
kendali otomatis pada HMI yang melibatkan
perangkat master, perangkat slave 1 dan 2,
perangkat input/output 1 dan 2, dan semua
aktuator yang digunakan dalam simulator seperti
Gambar 3.2.
Pengujian dilakukan dengan mengatur suhu
dan level air yang diinginkan. Nilai suhu yang
diatur harus lebih besar dari suhu aktual pada
tangki 1 atau 2 karena sistem hanya dapat
POLBAN
memanaskan air hingga 70oC dan tidak bisa
mendinginkan air secara otomatis. Nilai level air
yang diatur harus berkisar antara 0mm sampai
160mm, karena 0mm pertanda air pada tangki
pemanas sudah mencapai batas minimum,
sedangkan nilai 160mm adalah pertanda air pada
tangki pemanas sudah mencapai batas maksimum.
Hasil pengujian sistem otomatis adalah HMI
telah berhasil mengirimkan set-point suhu dan
level air kepada tiap RTU, lalu tiap RTU berhasil
mengatur level dan suhu air sesuai dengan set-
point yang diberikan. Sehingga dapat diartikan
kinerja sistem otomatis keseluruhan dapat berjalan
dengan baik sesuai dengan spesifikasi.
V. KESIMPULAN
Berdasarkan perancangan, pengujian dan
analisa yang telah dilakukan, maka dapat
disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Sistem SCADA yang dibuat sudah berhasil
beroperasi dan mampu untuk bekerja sesuai
spesifikasi
2. HMI yang dibuat dapat berjalan dengan baik
tanpa adanya kesalahan walaupun salah satu
atau keduanya RTU tiba-tiba sengaja tidak
diaktifkan pada saat sistem berjalan.
3. Maksimum jarak antara master dan RTU
adalah 75 meter jika tidak ada halangan dan
30 meter pada ruang tertutup.
4. Pada pengujian sistem kendali ON/OFF
otomatis, RTU dapat memanaskan suhu air
dan mengontrol level air sesuai set point yang
diberikan.
5. Protokol komunikasi yang dibuat telah
berhasil melakukan komunikasi antara
perangkat master dan perangkat slave.
DAFTAR PUSTAKA
Sistem Kendali Umpan Balik – Kuliah 1.
http://paparisa.unpatti.ac.id/kuliah/
mod/page/view.php?id=20
[Diakses pada tanggal: 05 Maret 2012]
RS232 Communication – The Basic.
http://extremeelectronics.co.in/avr-
tutorials/rs232-communication-the-basics/
[Diakses pada tanggal: 05 Maret 2012]
“_______”, AVR315: Using the TWI
module as I2C master. http://atmel.com
[Diunduh pada tanggal: 08 Maret 2012]
James, Kevin. PC Interfacing and Data
Acquisition, Oxford: Newnes; 2000.
Austerlitz, Howard. Data Acquisition
Techniques Using PCs, San Diego:
Academic Press; 2003.
Madcoms, Pemrograman Borland Delphi 7,
Penerbit Andi, Yogyakarta, 2006.
Komunikasi USART,
http://payztronics.blogspot.com.
[Diakses pada tanggal : 11 Maret 2012]
POLBAN