RANCANG BANGUN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) SISTEM SCADA UNTUK SIMULATOR GARDU DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK BERBASIS AT-MEGA 16 DAN RS-485

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN REMOTE TERMINAL UNIT (RTU) SISTEM SCADA UNTUK SIMULATOR GARDU DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK BERBASIS AT-MEGA 16 DAN RS-485 DESIGN AND IMPLEMENTATION REMOTE TERMINAL UNIT SCADA SYSTEM OF ELECTRIC POWER DISTRIBUTION SIMULATOR BASED AT-MEGA 16 AND RS-485 Oleh : Fadila Nur Rachman ( ) Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Bandung konoha_underground@yahoo.com ABSTRAK Sistem Pengendalian berbasis SCADA (supervisory control and data aqusition), merupakan sebuah sistem pengendalian dan pengawasan dari data yang diinginkan dengan ketelitian yang tinggi. Dalam dunia kelistrikan sistem SCADA banyak dikenal dalam sistem pembangkitan, transmisi, dan distribusi. Oleh karena itu, pada proyek akhir ini penulis melakukan penelitian terhadap sistem SCADA, yaitu merancang simulator Remote Terminal Unit (RTU) berbasis mikrokontroler ATMega16 dan membuat simulator plant berupa miniatur gardu distribusi dengan jalur komunikasi antara RTU dengan Front End Processor menggunakan RS-485. Pada simulator plant terdapat trafo step down sebagai trafo daya, trafo pengukuran pada sisi primer dan sekunder, relai 12 volt DC sebagai pemutus tenaga (PMT), dan lampu 12V/3W sebagai simulator beban. Setelah dilakukan pengujian, diperoleh data pengukuran yang ditampilkan pada LCD mendekati data pengukuran secara langsung pada plant. Untuk pengiriman data hasil pengukuran ADC ke MTU dapat dilakukan dengan baik, namun untuk pengontrolan PMT belum berhasil dengan baik karena data yang dikirim dari MTU untuk mengontrol PMT masih mengalami gangguan. Dari pengerjaan proyek akhir ini dapat diambil kesimpulan bahwa secara keseluruhan simulator sistem SCADA dapat berfungsi dengan baik, namun belum sempurna dan masih perlu pengembangan lebih lanjut. Kata kunci: SCADA, RTU, RS-485, ATMega16

2 ABSTRACK Control systems-based SCADA (supervisory control and data aqusition), is a system of control and surveillance of desired data with high accuracy. In the world of electrical SCADA system known in the generation, transmission, and distribution. Therefore, in this final project the author conducted research on SCADA systems, which is designing the simulator Remote Terminal Unit (RTU) based microcontroller simulator ATMega16 and creating a miniature plant distribution substation with lines of communication between the RTU with Front End Processor using the RS-485. At this plant simulator for step-down transformer as power transformers, transformer measurement at primary and secondary side, as the relays 12 volt DC power breaker (PMT), and light load 12V/3W as a simulator. After doing the test, measurement data obtained is displayed on the LCD approach measurement data directly on the plant. For sending data to the MTU ADC measurements can be done well, but to control PMT has not worked well because the data sent from the MTU to control the PMT is still susceptible to interference. In this final project can be concluded that, simulator SCADA system can function well, but not yet complete and still needs further development. Keywords: SCADA, RTU, RS-485, ATMega16, ADC. I. Pendahuluan Semakin banyaknya jaringan distribusi maka diperlukan pengontrolan yang lebih baik untuk dapat terus mendistribusikan tenaga listrik, yang tentunya diimbangi dengan kebutuhan tenaga operator (dispatcher) yang semakin banyak dan dipastikan akan memunculkan berbagai masalah koordinasi pada sistem tenaga listrik. Berbagai kenyataan dan permasalahan tersebut perlu diantisipasi dengan baik, dengan cara melakukan pengamatan sistem tenaga listrik tersebut. Untuk mendapatkan hasil pengamatan yang optimal, maka diperlukan suatu kordinasi dan suatu pengendalian dengan menggunakan sistem Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA). Dengan sistem ini dapat dipakai untuk memonitor dan mengontrol area jaringan distribusi tenaga listrik yang tersebar di area yang cukup luas. II. Landasan Teori - Pengertian SCADA SCADA merupakan kepanjangan dari Supervisory Control and Data Acquisition yang merupakan sebuah sistem yang dapat mengumpulkan informasi atau datadata dari lapangan dan kemudian mengirimkannya ke sebuah komputer pusat, dimana komputer pusat tersebut

3 akan mengatur dan mengontrol data-data tersebut. Sistem SCADA tidak hanya digunakan dalam proses pembangkitan dan pendistribusian tenaga listrik tetapi sistem SCADA juga dapat digunakan pada proses-proses perindustrian. Sebuah sistem SCADA biasanya memiliki perangkat keras sinyal untuk memperoleh dan mengirimkan input/output, controller, jaringan, antarmuka pengguna dalam bentuk Human Machine Interface (HMI), piranti komunikasi dan beberapa perangkat lunak pendukung. Semua itu menjadi satu sistem, istilah SCADA merujuk pada sistem pusat keseluruhan. Sistem pusat ini biasanya melakukan pemantauan datadata dari berbagai macam sensor di lapangan atau bahkan dari tempat-tempat yang lebih jauh lagi. - Komponen a. Mikrokontroler ATMega16 ATMega16 merupakan salah satu jenis mikrokontroler dari keluarga AVR. ATMega 16 mempunyai fitur yang cukup lengkap, mulai dari kapasitas memori program dan memori data yang cukup besar, interupsi, timer/counter, PWM, USART, TWI, analog komparator, EEPROM internal dan juga ADC internal. Fitur yang cukup lengkap ini memungkinkan ATMega 16 untuk digunakan dalam perancangan suatu sistem untuk kepentingan komersil. Gambar 1. Konfigurasi PIN ATMega 16 b. Analog to Digital Converter Proses konversi data analog menjadi digital merupakan proses penting dalam proses akusisi data. Proses konversi ini dilakukan oleh sebuah komponen yang dinamakan analog to digital converter (ADC). ADC memiliki dua karakter prinsip, yaitu kecepatan sampling dan resolusi. Kecepatan sampling suatu ADC menyatakan seberapa sering sinyal analog dikonversikan ke bentuk sinyal digital pada selang waktu tertentu. Kecepatan sampling biasanya dinyatakan dalam sample persecond (SPS). Resolusi ADC menentukan ketelitian nilai hasil konversi ADC. c. Rangkaian Demultiplekser (74LS138) Demultiplekser adalah suatu rangkaian logika yang mampu menyalurkan sinyal dari suatu saluran ke salah satu dari banyak saluran keluaran. Pemilihan keluaran ini dilakukan melalui masukan penyeleksi. Kendali pada Demultiplekser akan memilih saklar mana yang akan dihubungkan. Saluran kendali (Data Select) sebanyak "n" saluran

4 dapat menyeleksi 2 n saluran keluaran (Data Output). Gambar 2. IC 74LS138 d. Rangkaian Switching (CMOS 4066) IC 4066 ini digunakan sebagai fungsi switch, dan IC ini merupakan IC yang berfungsi untuk switch transmisi atau multiplexing sinyal Digital. IC tersebut terdiri dari 4 buah switch yang masing-masing memiliki kaki untuk mengontrol status switch. Gambar 3. IC CMOS 4066 diantara komputer-komputer dan piranti-piranti yang lain dalam bentuk digital yang dikirimkan melalui media komunikasi data. Data berarti informasi yang disajikan oleh isyarat digital. a. Komunikasi Data Parallel Komunikasi data parallel adalah pengiriman data diantara beberapa komputer dan ke terminal lainnya dengan merubah besaran tegangan dan arus dalam kanal atau kabel. Dalam komunikasi data ini bit berpindah secara satu demi satu melewati beberapa saluran pada saat bersamaan. b. Komunikasi Data Serial Perbedaan yang paling mendasar antara komunikasi serial dengan parallel adalah proses perpindahan bit melewati satu saluran saja. Ada 2 macam cara komunikasi data serial yaitu Sinkron dan Asinkron Pada komunikasi data serial sinkron, clock dikirimkan bersama sama dengan data serial, tetapi clock tersebut dibangkitkan sendiri-sendiri baik ada sisi pengirim maupun penerima. Sedangkan pada komunikasi serial asinkron tidak diperlukan clock karena data dikirimkan dengan kecepatan tertentu yang sama baik pada pengirim dan penerima. - Komunikasi Data Komunikasi data adalah merupakan bagian dari telekomunikasi yang secara khusus berkenaan dengan transmisi atau pemindahan data dan informasi - Recommended Standart 485 Recommended Standard 485 (RS-485) adalah standar komunikasi yang paling serbaguna dalam seri standar yang ditentukan oleh EIA. Itu sebabnya RS-485 saat ini digunakan secara luas antarmuka komunikasi data akuisisi dan kontrol

5 aplikasi di mana beberapa node berkomunikasi satu sama lain. Komunikasi RS-485 bisa mencapai jarak maksimal 4000 kaki, atau setara dengan 1,2 Km. Selain itu RS-485 merupakan standar komunikasi serial asynchronous yang menyediakan kemampuan komunikasi, seperti kontrol aliran perangkat keras, dan kontrol aliran perangkat lunak. Perancangan Perangkat Keras Penentuan Komponen Pembuatan RTU Dan Plant MULAI Menentukan Spesifikasi Alat Menggambar Diagram Block Perancangan Perangkat Lunak Pemograman Kontrol ADC dan Sistem Operasi Pemograman Komunikasi A Pengujian Sistem Benar? Ya Selesai Tidak Perbaikan Tidak Sesuai? Sesuai? Tidak Ya Ya A Gambar 5. Diagram Alir Tahap Perancangan Gambar 4. MAX485 III. Perancangan Simulator Gardu Distribusi Tenaga Listrik dan Remote Terminal Unit (RTU) Pada perancangan sistem ini dibagi menjadi dua bagian yaitu perancangan pada perangkat keras (hardware) dan perancangan pada perangkat lunak (software), hal ini dimaksudkan untuk menghasilkan alat yang baik sesuai fungsi yang diharapkan dengan memperhatikan faktor teknis seperti pemilihan komponen, mempelajari karakteristik, mengetahui fungsi dari setiap komponen, dan membuat rangkaian skematiknya. Berikut merupakan diagram alir proses perancangan dan pembuatan alat pada proyek akhir ini. - Cara Kerja Pertama ATMega16 akan membaca parameter besaran-besaran listrik dimana pada plant ini parameter yang dibaca hanya arus dan tegangan. Setelah ATMega16 membaca parameter besaran listrik maka besaran listrik tersebut disimpan dalam bentuk variable. Selain untuk membaca parameter besaranbesaran listrik ATMega16 juga membaca keadaan plant, seperti keadaan CB pada sisi primer dan juga CB sisi sekunder. Pada saat kondisi sistem operasi (default system) RTU berada pada posisi local operation, maka semua kontrol operasi dikendalikan secara manual, RTU akan melakukan pembacaan ADC berupa nilai tegangan dan arus setiap fasa, pendeteksian status CB, dan pemilihan sistem operasi. Sedangkan bila dalam keadaan remote operation, kontrol operasi dilakukan oleh MTU melalui PC yang terhubung dengan plant dengan media komunikasi RS-485. MTU akan mengirim data dan data tersebut akan diterima oleh ATMega 16 sebagai pengolah dan pengontrol data, lalu data

6 tersebut akan ditampilkan pada data display berupa LCD. - Perangkat Lunak (Software) Pembuatan program Remote Terminal Unit menggunakan software BASIC COMPILER AVR (BASCOM-AVR) Versi List program dapat dilihat pada laporan Tugas akhir lampiran A. IV. Pengujian dan Analisis - Pengujian Perangkat Keras Pengujian alat bertujuan untuk mengetahui cara kerja alat yang dibuat dengan mengacu pada karakteristik teoritis dan spesifikasi yang diinginkan sesuai dengan rangkaian yang sudah dirancang sebelumnya. Dan mengetahui kondisi operasi dari setiap rangkaian dan alat yang dirancang. Dan juga Melakukan analisa terhadap hasil pengujian. Pengujian perangkat keras disini meliputi pengujian kinerja dari simulator elemen plant yang meliputi pengukuran nilai besaran listrik sistem tiga fasa dalam kondisi berbeban ataupun tidak berbeban yang dilakukan dengan cara pengukuran langsung menggunakan alat ukur ataupun dari data yang berhasil di tampilkan pada LCD 20x4, sekaligus untuk pengujian simulator beban, serta pengujian dari kinerja simulator elemen RTU. - Analisis - Berdasarkan data dari hasil serangkaian pengujian yang telah dilakukan, maka rangkaian sistem simulator yang terdiri dari rangkaian perangkat plant simulasi gardu distribusi, rangkaian perangkat RTU, dan simulator beban, secara keseluruhan telah berhasil dirancang dan direalisasikan sesuai dengan spesifikasi alat, fungsi setiap elemen, dan deskripsi kerja yang telah ditentukan sebelumnya pada tahapan perancangan. Hal ini dibuktikan dengan berhasilnya pengendalian pembacaan ADC pada rangkaian elemen plant yang kemudian ditampilkan pada LCD, serta terjadinya pengiriman data dari RTU ke MTU melalui media komunikasi baik itu pada saat dalam sistem operasi lokal ataupun remote. Perbedaan yang terjadi antara data hasil pengukuran langsung menggunakan multimeter dengan data hasil pengkuran yang ditampilkan pada LCD, dikarenakan beberapa sebab seperti besarnya nilai sumber tiga fasa sebagai sumber utama yang cenderung tidak stabil, perubahan nilai tegangan keluaran rangkaian sensor arus, tegangan, frekuensi dan sonsor cos φ yang dikarenakan pengaruh metode penyambungan dari sistem rangkaian kontrol ADC dan sistem minimum mikrokontroler ATMega 16 yang digunakan sangat sensistif terhadap setiap perubahan tegangan pada masukan ADC.

7 Selain itu, pada posisi remote, komunikasi antara RTU dengan MTU kurang berjalan dengan baik, hal ini dikarenakan program yang telah dibuat belum optimal untuk mengoperasikan CB secara langsung oleh MTU, sehingga plant simulasi gardu distribusi hanya bisa optimal pada saat posisi lokal. Komponen yang dipasang pada saat tahap perealisasian alat tidak semuanya terpasang sesuai dengan hasil perhitungan pada tahap perancangan. Hal ini dikarenakan dengan mempertimbangkan faktor lain pada saat proses perealisasian. Selain itu, pada saat melakukan pengujian, kadangkala terdapat beberapa komponen yang mudah rusak seperti push button off sehingga perlu dilakukan penggantian komponen. V. Kesimpulan Secara keseluruhan perancangan simulator sistem SCADA ini telah berhasil dilakukan. Didasari berbagai tahapan yang telah dilakukan meliputi tahapan perancangan, perealisasian, pengujian, dan analisis maka secara keseluruhan dapat disimpulkan : 1. Simulator sistem yang terdiri dari rangkaian plant gardu distribusi yang terintgerasi oleh rangkaian perangkat RTU, dan simulator beban, secara keseluruhan telah berhasil dirancang sesuai dengan spesifikasi alat dan fungsi setiap elemen. dan deskripsi kerja yang telah ditentukan. 2. Simulator rangkaian plant gardu distribusi yang terintgerasi oleh rangkaian perangkat RTU, dan simulator beban, secara keseluruhan telah berhasil dibuat sesuai dengan spesifikasi alat dan fungsi setiap elemen. dan deskripsi kerja yang telah ditentukan walaupun komponen yang dipasang pada saat tahap perealisasian alat tidak semuanya terpasang sesuai dengan hasil perhitungan pada tahap perancangan. 3. Dari hasil pemograman RTU untuk dapat berkomunikasi dengan MTU kurang berjalan dengan baik, dikarenakan pemograman komunikasi pengontrolan CB belum optimal sedangkan untuk komunikasi pada saat pengiriman data hasil pengukuran nilai besaran-besaran listrik sudah berjalan. 4. Dari hasil pengujian sistem plant simulasi gardu distribusi pada posisi local dapat bekerja dengan baik, yaitu pengendalian CB primer dan sekunder dilakukan secara langsung manual berurutan. Pada saat sistem berada pada posisi remote masih terdapat kekurangan, yaitu komunikasi antara RTU dengan MTU belum beroperasi dengan baik.

8 5. Dari data hasil pengukuran langsung menggunakan multimeter dengan data hasil pengkuran yang ditampilkan pada LCD terdapat perbedaan, hal ini dikarenakan beberapa sebab seperti sumber tiga fasa yang cenderung tidak stabil, perubahan nilai tegangan keluaran rangkaian sensor arus dan tegangan yang disebabkan oleh pengaruh metode penyambungan dari sistem rangkaian control ADC, dan sistem minimum mikrokontroler ATMega 16 yang digunakan sangat sensistif terhadap setiap perubahan tegangan pada masukan ADC. VI. Saran Berikut ini merupakan saran dari penulis, untuk pengembangan dan penyempurnaan simulator sistem SCADA dalam proyek akhir ini 1. Perlu dilakukannya penambahan parameter pengukuran besaran listrik sistem tiga fasa seperti keseimbangan beban setiap fasa yang dilakukan dengan cara melakukan inisialisasi pada seluruh sakelar beban, faktor daya, frekuensi, daya reaktif, daya semu, daya nyata, dan lain-lain, sehingga simulasi dari system SCADA ini lebih lengkap. 2. Pada saat perpindahan posisi sistem operasi pada simulator plant gardu distribusi dari posisi local ke posisi remote atau sebaliknya dibuat kontinyu secara perangkat keras dan lunak, sehingga operasi CB primer dan sekunder tidak perlu mengulang kembali lagi kekondisi awal. 3. Program komunikasi data menggunakan media RS-485 antara RTU dan MTU masih perlu disempurnakan terhadap program yang telah ada sehingga protocol komunikasi data dapat terealisasi secara sistemik dan pengendalian operasi CB sisi primer dan sekunder pada simulator plant gardu distribusi dapat dilakukan melalui human machine interface. DAFTAR PUSTAKA 1. Adrianto, Heri Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMega16 Menggunakan Bahasa C. Bandung: Informatika. 2. Budiharto, Widodo.Togu Jefri Proyek Sistem Akusisi Data.Jakarta:Gramedia. 3. Cegrell.Torsten, Power System Control Technology, Prentice-Hall International Inc.Englewood Cliffs, New Jersey, Gunawan, Hanapi Prinsip- Prinsip Elektronik. Jakarta: Erlangga. 5. Iswanto Design dan Implementasi Mikrokontroler ATMega8535 dengan Bahasa Basic. Yogyakarta: Gava Media 6. Green, DC Data Communication (terjemahan Insap Santosa). Yogyakarta:Andi.

9 7. Pandjaitan, Bonar Teknologi Sistem Pengendalian Tenaga Listrik Berbasis SCADA.Jakarta:Prenhallindo. 8. Syahroni, Nanang Komunikasi Data. Surabaya : Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. 9. Tokhem, Roger L Prinsip-Prinsip Digital Edisi Kedua (terjemahan Sutisna).Jakarta:Gramedia. 10. Wijayanto, Kartono Elektronika Analog (Modul). Bandung: Politeknik Negeri Bandung. 11. Yahya, Sofian, dkk. [2008]: Tehnik Pemanfaatan Tenaga Listrik Jilid 3. Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan. 12. Yuliawati, Sri Nur dan Hazma Kiat Penulisan Laporan Ilmiah Untuk Program Diploma. Bandung: Politeknik Negeri Bandung.

10