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 : supriyadi_sie@yahoo.co.id

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