ABSTRAK SISTEM KONTROL AMF (AUTOMATIC MAIN FAILURE) BERBASIS ARDUINO

Transkripsi

1 ABSTRAK SISTEM KONTROL AMF (AUTOMATIC MAIN FAILURE) BERBASIS ARDUINO Ardiman Mustaqin Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Triyanto Pangaribowo, ST, MT Dosen Pembimbing Jurusan Teknik Elektro Universitas Mercu Buana Sistem kontrol AMF (Automatic Main Failure) berbasis arduino adalah sebuah sistem kendali kontrol yang dirancang untuk mengontrol hidup mati secara otomatis. Selain itu juga berfungsi untuk memonitor ketika padam dan hilang satu phasa. Apabila terjadi padam atau hilang satu phasa maka secara automatis akan bekerja dan membackup beban. Pada sistem ini menggunakan mikrokontroller Arduino uno sebagai perangkat utama kendali sistem. Arduino uno memperoleh informasi dari hasil pembacaan phasa yang menggunakan relay VAC. Dengan membaca tegangan VDC yang melalui masing-masing relay R, S, T. Ditambah dengan pengaman Low Oil dan High Temperatur yang berada pada yang dihubungkan ke Arduino uno sebagai input. Setelah dilakukan proses pengujian, sistem kontrol dan pengaman terhadap gangguan phasa hilang, khususnya pada tugas akhir ini. Ketika masih hidup sistem ini tidak akan memerintahkan untuk hidup, ketika padam atau hilang satu phasa, sistem ini memerintahkan untuk hidup dan membackup beban dengan perpindahan suplai selama detik. Ketika mengalami gangguan Low Oil atau High Temperatur, akan mengirimkan sinyal kesistem ini, kemudian memerintahkan mati. Kata kunci : Temperatur, hilang phasa, Arduino, Uno,, input Low Oil, Input High. PENDAHULUAN.. Latar Belakang Seiring dengan meningkatnya jumlah pembangunan dibidang industri, telekomunikasi, gedung dan perkantoran ditanah air ini menyebabkan permintaan akan kebutuhan energi listrik semakin bertambah. Namun kemampuan sebagai penyedia suplai listrik utama ditanah air ini sangat terbatas bahkan cendrung menurun, maka dibutuhkan backup power yang handal. GENSET (Generator Set) adalah salah satu pilihan, maka dibutuhkan sistem otomasi yang handal dalam pengontrolannya. Salah satu kontrol untuk mengontrol start dan stop genset tunggal yang sederhana adalah AMF (Automatic Main Failure) berbasis arduino (Microcontroller). Dalam dunia automasi, penggunaan arduino pada alat kontrol untuk start stop genset diharapkan mampu untuk menggantikan peran sistem konvensional sekaligus mampu untuk menghasilkan performa dan kehandalan yang tinggi sehingga bisa membantu kerja operator lebih efisien dan tepat. Pada penerapan alat kontrol berbasis arduino ini dapat dipadukan dengan relay relay pengaman digital input dan lain sebagainya. Sehingga arduino ini dapat menampilkan informasi informasi gangguan baik dari sisi mesin maupun dari sisi pembangkit listrik (Generator) yang sangat bermanfaat bagi operator dalam melakukan troubleshooting di gendet dan dipanel ATS (Automtic Transfer Switch)... Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini adalah membuat suatu alat berupa sistem kontrol yang dapat menghidupkan genset secara otomatis ketika padam, dan mematikan genset

2 ketika hidup kembali, dengan parameter kontrol sebagai berikut:. Mengontrol status ketika mengalami pemadaman.. Menghidupkan genset ketika padam sehingga terbackup. Mematikan genset ketika kembali (ada).. Landasan Teori. Generator Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan sebutan alternator. Generator diharapkan dapat mensuplai tenaga listrik pada saat terjadi gangguan, dimana suplai tersebut digunakan untuk beban prioritas. Sedangkan genset (generator set) merupakan bagian dari generator. merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. atau sistem generator penyaluran adalah suatu generator listrik yang terdiri dari panel, berenergi solar dan terdapat kincir angin yang ditempatkan pada suatu tempat. dapat digunakan sebagai sistem cadangan listrik atau "off-grid" (sumber daya yang tergantung atas kebutuhan pemakai). sering digunakan oleh rumah sakit dan industri yang mempercayakan sumber daya yang mantap, seperti halnya area pedesaan yang tidak ada akses untuk secara komersial menghasilkan listrik. Generator terpasang satu poros dengan motor diesel, yang biasanya menggunakan generator sinkron (alternator) pada pembangkitan. Generator sinkron terdiri dari dua bagian utama yaitu: sistem medan magnet dan jangkar. Generator ini kapasitasnya besar,medan magnetnya berputar karena terletak pada rotor. Konstruksi generator AC adalah sebagai berikut:.. Rangka stator Terbuat dari besi tuang, rangka stator maerupakan rumah dari bagian bagian generator yang lain... Stator Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan stator berfungsi sebagai tempat GGL induksi... Rotor Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikat-sikat... Cincin geser Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros dan rotor... Generator Penguat Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai sumber arus. Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikian rupa, sehingga lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan menimbulkan medan magnet berputar. Generator itu disebut dengan generator berkutub dalam, dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar. Bagian-bagian generator... Cara Kerja Generator Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens, yaitu arus listrik yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik, yang bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor. Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan menghasilkan tegangan pada stator. Karena ada dua kutub yang berbeda, utara dan selatan, maka tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak-balik. Generator AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Generator AC terdiri dari stator yang merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan. Pada generator AC jangkamya diam sedangkan medan utamanya berputar dan lilitan jangkarnya dihubungkan dengan dua cincin geser.

3 . Arduino Uno Arduino adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega. Board ini memiliki digital input / output pin (dimana pin dapat digunakan sebagai output PWM), input analog, MHz osilator kristal, koneksi USB, jack listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya. Gambar. Board Arduino Uno.. Push Button Push Button adalah komponen listrik yang berfungsi untuk menyambung dan memutuskan arus listrik, Push Button ini merupakan kontak yang bekerja tanpa pengunci sehingga jika tekanan dilepaskan maka kontak akan kembali ke posisi semula atau bekerja menyambung dan memutuskan arus listrik hanya sesaat. Jenis kontak ini ada NO atau NC. Simbol sakelar tekan (push button) sebagai berikut: NO (Normally Open) Contact NO (Normally Open) Contact adalah saklar yang pada kondisi normal kontaknya terbuka. Apabila saklar ditekan mengakibatkan kontaknya tersambung. Simbol Normally Open contact dapat dilihat pada gambar.. Gambar. Simbol Normaly Open Contact NC (Normally Closed) Contact NC (Normally closed) Contact adalah saklar yang pada kondisi normal kontaknya tertutup. Apabila saklar ditekan mengakibatkan kontaknya terputus. Simbol Normally Closed contact dapat dilihat pada gambar.. Gambar. Simbol Normaly Closed Contact. Miniatur Circuit Breaker (MCB) MCB merupakan peralatan switching dan pemutus arus yang berfungsi untuk memutuskan tenaga listrik baik pada saat operasi normal maupun dalam keadaan tidak normal. MCB biasanya dilengkapi dengan pengaman thermis untuk beban lebih dan pengaman relay untuk hubung singkat. Pada operasi normal, MCB dipergunakan untuk membuka suatu rangkaian listrik, misalnya untuk keperluan perawatan. Pada keadaan operasi tidak normal, misalnya pada saat terjadi gangguan arus lebih maka pada keadaan ini MCB akan membuka kontaknya secara otomatis sehingga rangkaian yang terganggu akan segera dilokalisasi.. Relay Relay adalah suatu alat yang digunakan dalam suatu rangkaian control untuk melengkapi system pengontrolan yang otomatis. Relay berfungsi untuk memonitor besaran-besaran ukuran sesuai dengan batasbatas yang dikehendaki. Relay bekerja pada tegangan dan arus yang kecil jadi berbeda dengan kontaktor. Gambar. Simbol Relay. Lampu Indikator Lampu indikator berfungsi untuk memberitahukan/menandakan suatu sistem dalam keadaan bekerja atau terjadi gangguan. Lampu tanda/indikator mempunyai beberapa warna dan warna pada lampu indikator itu mempunyai makna dan maksud tertentu yaitu: Lampu tanda warna merah menandakan bahwa sistem/komponen dalam keadaan terjadi gangguan/berhenti. Lampu tanda warna hijau menandakan bahwa sistem dalam keadaan siap kerja atau sedang bekerja dan lampu kuning menandakan terjadi gangguan pada sistem.. Perancangan Alat Pada gambar. diperlihatkan proses perancangan alat yang akan dibuat, dimana proses pembuatan alat ini, memiliki beberapa tahapan dalam proses perancangannya.

4 INPUT V RELAY RELAY PHASA S RELAY PHASA T ohm GND k TX A A A A A AUTO GENSET ARDUINO UNO R GND Sumber phasa Phasa Failure/ Gagal Phasa Relay VAC Relay Autostart (Vdc) Arduino Uno Run Led ON (vdc) Alarm GENSET HIGH PB/SCK PB/MISO PB/MOSI/OCA PB/SS/OCB PB/OCA PB/ICP/CLKO PD/AIN PD/AIN PD/T PD/T/XCK PD/INT PD/INT TX PD/TXD RX PD/RXD DIGITAL (PWM) R () Indikator Led OFF Gambar. Blok Diagram Perancangan Alat DUINO ARDUINO UNO R ATMEGAP-PU PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC/SDA PC/ADC/SCL A A A A A R.. Perancangan Phasa Failure (Hilang Phasa) Perancangan ini berfungsi memonitor tegangan, yang nantinya akan digunakan sebagai sensor keberadaan apakah tersedia atau tidak. Dengan menggunakan relay VAC yang dihubungkan masuk ke koil masing-masing relay pada setiap phasa nya (R,S,T). Kemudian diberikan digital input yang dihubungkan pada pinmode sebagai sensor keberadaan. Lalu diberikan digital output untuk menghidupkan relay Vdc yang berfungsi sebagai AUTO. SENSING RR PHASA S RS PHASA T RT R PB/SCK PB/MISO PB/MOSI/OCA PB/SS/OCB PB/OCA PB/ICP/CLKO R PD/AIN PD/AIN PD/T PD/T/XCK PD/INT PD/INT PD/TXD RX PD/RXD DIGITAL (PWM) RL DUINO Gambar. Perancangan Sensor Low Oil.. Perancangan Sensor High Temperatur Perancangan Sensor High Temperatur, digunakan untuk memproteksi dari kerusakan suhu panas yang berlebih dari Engine ketika beroperasi, pada Arduino hanya menerima inputan berupa tegangan Vdc dari. Jika terjadi indikasi High Temperatur dari maka akan mengirimkan sinyal ke arduino dan arduino akan memerintahkan sistem AMF untuk mematikan suplai ketika terjadi alarm dari. Pada percobaan disini, sensor High Temperatur diberikan inputan Vdc untuk mematikan serta memberikan indikasi lampu Sensor High Temperatur menyala. Untuk rangkaian bisa dilihat dari gambar.. ATMEGAP-PU PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC/SDA PC/ADC/SCL () Gambar. Perancangan Hilang Phasa.. Perancangan Sensor Low Oil Perancangan Sensor Low Oil, digunakan untuk memproteksi dari kerusakan kekurangan pelumas Engine ketika beroperasi, pada Arduino hanya menerima inputan berupa tegangan Vdc dari. Jika terjadi indikasi Low Oil dari maka akan mengirimkan sinyal ke arduino dan arduino akan memerintahkan sistem AMF untuk mematikan suplai ketika terjadi alarm dari. Pada percobaan disini sensor Low Oil diberikan inputan Vdc untuk mematikan serta memberikan indikasi lampu Sensor Low Oil menyala. Untuk rangkaian bisa dilihat dari gambar.. GENSET HIGH PB/SCK PB/MISO PB/MOSI/OCA PB/SS/OCB PB/OCA PB/ICP/CLKO DUINO ARDUINO UNO R PD/AIN PD/AIN PD/T PD/T/XCK PD/INT PD/INT TX PD/TXD RX PD/RXD DIGITAL (PWM) ATMEGAP-PU PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC/SDA PC/ADC/SCL A A A A A Gambar. High Temperatur Perancangan Sensor.. Perancangan Sistem AMF Setelah merancang rangkaian phase failure, sensor Low Oil dan sensor High Temperatur. Pada sub bab ini akan membahas rangkaian yang terhubung dengan pin Arduino. Pin input dari arduino yang digunakan adalah pin yang mana merupakan digital input pin. Pin ini terhubung ke sensor phase failure (hilang phasa), yang juga digunakan sebagai sensor keberadaan hidup atau mati. Pin input lainnya yang digunakan adalah digital pin sebagai inputan sensor High Temperatur dan pin sebagai inputan sensor Low Oil. Untuk pin outputnya dan sebagai penanda Low R R

5 Oil, dimana pin output menandakan terjadi alarm low oil, maka Led kuning pada pin menyala, dan pin output menandakan oli genset berada dititik aman, Led merah akan menyala. Pin output dan sebagai tanda terjadinya High Temperatur, pin akan menyalakan Led warna kuning jika terjadi suhu panas (alarm) pada dan lampu merah pada pin akan menyala jika suhu pada normal. Pin output akan menyala jika pada sistem terjadi gangguan Low Oil dan High Temperatur dari, pada saat sedang membackup beban dengan ditandai Led merah menyala. Pin output sebagai penanda mengirimkan sinyal ke sistem ATS (Led menyala hijau). Pin output sebagai perintah menghidupkan relay start. Pin mode dan sebagai penanda hidup dan mati, jika hidup pin akan menyalakan Led hijau dan jika mati pin akan menyalakan Led merah. Untuk rangkaian bisa dilihat dari gambar.. SISTEM AMF A A A A A PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC/SDA PC/ADC/SCL ON.OFF GENSET ON GENSET.OFF.ON.OFF.ON.OFF ATMEGAP-PU PB/SCK PB/MISO PB/MOSI/OCA PB/SS/OCB PB/OCA PB/ICP/CLKO DIGITAL (PWM) PD/AIN PD/AIN PD/T PD/T/XCK PD/INT PD/INT TX PD/TXD RX PD/RXD R LED GENSET RL(COM) RELAY Flowchart Perancangan Software PHASA FAILURE/ HILANG PHASA GENSET GENSET BACKUP ALARM HIGH TEMP/ Mulai PADAM BALIK/ON GENSET OFF GENSET BACKUP Gambar. Flowchart Perancangan Software. ANALISA DAN PENGUJIAN ALAT.. Pengujian Sensor (Tegangan Hilang Phasa) Pengujian sensor dilakukan dengan memutus inputan sensor yang masuk ke arduino dengan saklar, terdapat buah relay VAC yakni terdiri dari relay phasa R, relay phasa S dan relay phasa T. Pada pengujian disini hanya menggunakan relay phasa R, karena sudah cukup mewakili jika terjadi hilang phasa dan drop tegangan pada. Mati hidupnya juga ditandai dengan lampu LED. Untuk simulasi pengujian sensor bisa dilihat dengan proteus lihat gambar. R R R RELAY INPUT + INPUT. + R N +. AC Volts + INPUT FROM ATS Gambar. Perancangan Sistem AMF.. Perancangan Perangkat Lunak Perancangan Program Perancangan software dibagi menjadi bagian yaitu software untuk rangkaian pengolah data sensor tegangan, rangkaian pengolah data sensor low oil, rangkaian pengolah data sensor high temperatur dan rangkaian kontroler. Untuk memudahkan dalam pembuatan alur program penulis membuat flowchart sebagai perencanaan awal. Flowchart yang dibuat sesuai dari keseluruhan perancangan program. Gambar. ketika hidup Relay phasa R adalah sensor dari, dengan menghidupkan koil relay VAC kemudian kontak relay phasa R diberikan inputan VDC pada kontak NO (Normaly Open) dan masuk

6 ke arduino pada pinmode, maka arduino akan membaca bahwa hidup dengan ditandai Led menyala. Pada sensor Low Oil ini, inputan Vdc didapat dari. Karna sensor ini untuk memonitor jika terjadi Low Oil pada (oli genset berkurang). Arduino hanya mendapatkan tegangan Vdc yang dikirim oleh untuk mematikan sistem AMF. Pengujian sensor Low Oil ini dilakukan dengan memberikan tegangan Vdc dengan menggunakan saklar sebagai pemutusnya. RELAY RELAY R. RL(COM) Volts Gambar. ketika padam LED R GENSET HIGH PB/SCK PB/MISO PB/MOSI/OCA PB/SS/OCB PB/OCA PB/ICP/CLKO PD/AIN PD/AIN PD/T PD/T/XCK PD/INT PD/INT TX PD/TXD RX PD/RXD DIGITAL (PWM) ATMEGAP-PU R R FROM GENSET VDC SAKLAR FROM VDC Jika tegangan mati (padam) maka koil relay phasa R tidak bekerja, kemudian arduino membaca bahwa padam karena tidak mendapatkan tegangan Vdc pada pinmode, dengan ditandai Led mati. Untuk menghindari hanya mati sesaat ketika padam relay autostart dengan akan langsng bekerja selama detik. Ketika waktu detik tercapai dengan demikian relay genset akan hidup dengan ditandai lampu Led Start menyala, lalu dengan dibatasi waktu selama detik lampu Led ikut menyala, lampu Led ini bertujuan untuk memberikan sinyal ke sistem ATS bahwa sudah siap untuk dibebani. Seperti terlihat pada gambar.. Pada pengujian ini, akan ditampilkan nilai tegangan yang keluar akan diolah pada mikrokontroller pada tabel. Tabel. pengujian nilai sensor dan Delay DUINO ARDUINO UNO R PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC/SDA PC/ADC/SCL A A A A A Gambar. Pengujian sensor Low Oil Pada pengujian Low Oil ketika terjadi alarm Low Oil pada posisi hidup tidak akan mempengaruhi dikarenakan sensor ini hanya digunakan ketika sedang beroperasi... Pengujian Sensor High Temperatur Pada sensor High Temperatur ini, inputan Vdc didapat dari. Karna sensor ini untuk memonitor jika terjadi High Temperatur pada (suhu genset panas berlebih). Arduino hanya mendapatkan tegangan Vdc yang dikirim oleh untuk mematikan sistem AMF. Pengujian sensor High Temperatur ini dilakukan dengan memberikan tegangan Vdc dengan menggunakan saklar sebagai pemutusnya. RELAY RELAY R. RL(COM) Volts LED R GENSET HIGH PB/SCK PB/MISO PB/MOSI/OCA PB/SS/OCB PB/OCA PB/ICP/CLKO PD/AIN PD/AIN PD/T PD/T/XCK PD/INT PD/INT TX PD/TXD RX PD/RXD DIGITAL (PWM) R FROM GENSET VDC SAKLAR FROM VDC Berdasarkan Tabel pengujian diatas disimpulkan bahwa sensor dapat berfungsi dengan baik. ATMEGAP-PU PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC PC/ADC/SDA PC/ADC/SCL R.. Pengujian Sensor Low Oil DUINO ARDUINO UNO R A A A A A

7 Gambar. Pengujian sensor High Temperatur. Realisasi Sistem Pada pengujian gangguan ini merupakan pengujian seluruh prinsip kerja sistem kontrol dan pengaman genset apakah dapat bekerja sebagai mestinya atau tidak. Jenis jenis gangguan yang diamankan yaitu tegangan hilang, sensor low oil, sensor high temperatur dan kontrol amf.. KESIMPULAN DAN SARAN. Kesimpulan Setelah dilakukan proses perencanaan, pembuatan dan pengujian alat serta dari data yang didapat dari perencanaan dan pembuatan sistem kontrol AMF ini didapat :. Dari pengujian sistem AMF, ketika terjadi hilang phasa pada sisi maka dengan secara otomatis akan membackup beban, dan sebaliknya jika kembali maka akan membackup beban dan akan mati dengan sendirinya.. Dari pengujian gangguan Low Oil yang terdapat pada dapat disimulasikan dengan cara memberikan tegangan Vdc ke sistem AMF. Maka dengan memberikan tegangan Vdc sistem akan mati.. Dari pengujian gangguan High Temperatur yang terdapat pada dapat disimulasikan dengan cara memberikan tegangan Vdc ke sistem AMF. Maka dengan memberikan tegangan Vdc sistem akan mati.. Ketepatan respon sistem AMF ini sangat diperlukan karena sistem ini digunakan pada sistem utama. Ketika padam sistem ini harus bisa merespon dengan baik dari status. diperuntukan untuk rumahan yang memakai phasa atau phasa.. Untuk kedepanya penulis akan menggunakan alat ini pada pekerjaan dilapangan. Penulis juga akan mengembangkan sistem ini untuk, atau lebih dari genset dengan sistem sychron genset.. Alat ini juga belum ada sistem manual dengan tombol, jadi untuk manual dilakukan dengan cara mematikan sistem AMF ini dan menjalankan dengan manual dari. DAFTAR PUSTAKA Banzi, Massimo.. Getting Started with Arduino, First Edition. Sebastopol: O Reilly McRoberts, Mike.. Ardunio Starter Kit Manual A Complete Beginner Guide to the Arduino. UK: Earthshine Design. Bejo, A, C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dan Mikrokontroler ATMEGA, Graha Ilmu, Yogyakarta. Zuhal,, Prinsip Dasar Elektroteknik. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta.. Arindy, Radita., Penggunaan dan Pengaturan Motor Listrik. Graha Ilmu. Yogyakarta.. Stevenson, William D., Jr.. Analisis Sistem Tenaga Listrik Edisi Erlangga, Jakarta. Saran Pembuatan alat masih terasa adanya beberapa kekurangan-kekurangan dalam hal perancangan dan pembutan alat, sehingga tidak menuntut kemungkinan adanya pengembangan-pengembangan yang dilakukan pada penelitian selanjutnya yang ingin merancang dan membuat sebuah alat ini, berikut beberapa saran dari penulis yang dapat dijadikan pertimbangan diantaranya :. Alat ini hanya mendeteksi hilang phasa, untuk drop tegangan hanya mengandalkan dari minimal kapasitas koil pada relay Vac.. Untuk sensor Overspeed dan Underspeed tidak ada, mengingat sistem AMF ini hanya