IMPLEMENTASI SISTEM SCADA PADA RUMAH HUNIAN MENGGUNAKAN ANDROID BERBASIS ARDUINO

Transkripsi

1 IMPLEMENTASI SISTEM SCADA PADA RUMAH HUNIAN MENGGUNAKAN ANDROID BERBASIS ARDUINO Abstrak Apriyoga 1 *,Ir. Arnita, M.T 2, Ir. Eddy Soesilo, M.Eng 2 1 Mahasiswa, 2 Dosen Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta yoga.electro@gmail.com SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) adalah sebuah sistem yang mengontrol, memantau dan pemanfaatan kelistrikan pada suatu sistem. Rumah akan dirasakan nyaman apabila peralatan listrik yang ada dapat dioperasikan sesuai dengan keinginan penghuni. Dengan menggunakan teknologi, proses pengontrolan rumah akan lebih mudah sehingga penghuni merasa nyaman. Juga akan mengakibatkan atau berdampak kepada besarnya tagihan yang akan dibayarkan. Saat ini peralatan listrik sudah harus dikontrol secara terpusat dan dapat dilakukan dari jarak jauh, untuk itu perlu diimplementasikan sistem scada.. Berdasarkan hasil penelitian, dengan menggunakan mikrokontroler arduino yang difungsikan sebagai master terminal unit (MTU), sensor ACS712 dan sensor LM35 difungsikan sebagai remote terminal unit (RTU), relay yang digunakan untuk menyalakan dan memadamkan lampu difungsikan sebagai actuator, motor servo untuk penggerak garasi dan ventilasi difungsikan sebagai actuator, serta smartphone android sebagai Human Machine Interface, dapat membuat penghuni rumah mengontrol peralatan listrik serta memantau besarnya pemakaian pemakaian listrik dari jarak dekat dengan menggunakan bluetooth modul dan dari jarak jauh menggunakan gsm shield. Kata kunci : Scada, Arduino, Android, Rumah 1.1 Latar Belakang Rumah merupakan salah satu bangunan yang digunakan sebagai tempat tinggal manusia untuk menikmati kenyamanan dan keamanan hidup, membangun keluarga dan juga rumah merupakan salah satu kebutuhan primer bagi manusia. Begitu juga dengan perkembangan ponsel pintar dengan sistem operasi android yang mendominasi pasaran ponsel dunia semakin banyak tersedia di pasaran dengan harga yang bersifat terjangkau. Dengan memanfaatkan app inventor dan sistem operasi android sendiri yang bersifat sistem operasi open source yang dapat dimodifikasi sesuai dengan keperluan. Hal ini menumbuhkan minat developer software mobile untuk dapat membuat perangkat lunak yang bermanfaat dalam memenuhi kebutuhan manusia sehari-hari(masinambow:2014). Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, sistem pengontrolan mengalami perkembangan 1

2 yang pesat dan telah menjadi teknologi yang diterapkan pada banyak sistem, tidak hanya menggali penemuan-penemuan baru, tapi juga memaksimalkan kinerja sistem dari teknologi yang ada (Karomah:2014). Dalam hal ini sistem pengaturan rumah merupakan sistem yang banyak dilirik oleh ahli perancangan alat. Selama ini peralatan listrik yang ada dioperasikan secara manual dan tidak dapat dipantau berapa besarnya pemakaian arus serta tidak dapat dikendalikan dari jarak jauh. Umumnya dalam hal menyalakan dan memadamkan lampu masih dilakukan dengan manual yaitu dengan menekan tombol saklar sehingga membutuhkan waktu dan perhatian untuk melakukannya. Kemungkinan lain yang akan terjadi, apabila pemilik rumah tersebut lupa memadamkan lampu pada sebuah ruangan maka pemilik tersebut harus pergi ke ruangan tersebut dan mematikannya atau dengan kesibukan seorang pekerja/karyawan yang tinggal di kota-kota besar cenderung meninggalkan rumah saat subuh untuk berangkat ke kantor yang seseorang tersebut akan meninggalkan rumah dalam kondisi lampu menyala. Hal lainnya yaitu dalam membuka ventilasi jendela maka cukup menghabiskan waktu dalam melakukan pekerjaan tersebut. Begitu pula dengan membuka garasi masih dilakukan dengan cara manual. Berdasarkan beberapa kondisi di atas, maka perlu dibutuhkan sebuah alat yang dapat membantu penghuni rumah menyalakan dan memadamkan lampu, membuka dan menutup gorden serta membuka dan menutup garasi serta dapat memonitoring pemakaian arus dengan menggunakan Arduino Mega2560 yang dapat digunakan melalui (smartphone) Android. 1.2 Tujuan Adapun tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk mengontrol, monitoring, mengendalikan peralatan listrik yang ada pada rumah dengan menggunakan handphone. I.3 Metodologi Penelitian Dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini dilakukan dengan tahap studi literatur, perancangan hardware, perancangan software, realisasi dan pengujian dan pengambilan kesimpulan dan penulisan laporan. Pada tahap pertama studi literatur, penulis mempelajari yang berhubungan dengan dasar teori elektronika, mikrokontroler arduino, sensor arus dan suhu serta pembangunan aplikasi berbasis Android dan juga teori-teori pendukung perancangan. Pada tahap kedua perancangan hardware ini penulis melakukan 2

3 perencanaan dimulai dari menentukan komponen yang akan dipakai seperti Arduino Mega2560, Bluetooth Hc-05, Relay, GSM-Shield, sensor arus dan komponen serta rangkaian pendukung lainnya. Pada tahap ketiga perancangan software ini meliputi pemilihan, mempelajari serta membuat software yang sesuai dengan yang diinginkan. Adapun untuk pengendalian, penulis mempelajari Arduino sebagai software pengendali sedangkan untuk informasi penulis menentukan dan mempelajari App Inventor. Pada tahap keempat tahap realisasi dan pengujian dilakukan dengan merealisasikan rancangan hardware dan software serta menggabungkan antara rancangan hardware dan software yang kemudian diuji untuk mendapatkan hasil sesuai dengan yang diinginkan. Pada tahap terakhir ini merupakan pembuatan laporan penelitian berdasarkan pada hasil pengujian sistem yang telah dilakukan pada alat yang dibuat. 2.1 SCADA SCADA merupakan singkatan dari Supervisory Control And Data Acquisition. SCADA adalah suatu sistem pengendalian alat secara jarak jauh, dengan kemampuan memantau data-data dari alat yang dikendalikan. SCADA mengkombinasikan telemetri dan akuisisi data. SCADA meliputi pengumpulan informasi, membawanya keluar sistem kapanpun dibutuhkan adanya analisis dan pengendalian data serta menampilkan informasinya dalam bentuk seperti angka, gambar, kata-kata, pada sebuah layar dihadapan operator. Tindakan pengontrolan dibutuhkan untuk membawanya kembali kedalam proses. Sebelum akuisisi data, logika relai digunakan untuk mengendalikan sistem yang berjalan pada plant. Seiring dengan semakin banyaknya hal untuk memonitor dan mengontrol, maka berbagai macam perangkat mulai berkembang, seperti Arduino. Arduino merupakan salah satu perangkat yang bisa digunakan dalam menerapkan sistem SCADA. Dalam aplikasinya, subsistem penyusun scada terdiri dari : 1. HMI (Human Machine Interface) Human Machine Interface (antarmuka manusia-mesin) adalah subsistem dari SCADA yang berfungsi menampilkan data dari hasil pengukuran. HMI yang digunakan pada penelititian ini ialah smartphone android yang berfungsi untuk mempermudah pengawasan (Supervisory) kepada user. 2. MTU (Master Terminal Unit) MTU atau Master Terminal Unit yang merupakan sebuah sistem yang bertugas memberikan data kepada Human Machine 3

4 Interface (HMI) dari Remote Terminal Unit (RTU). Dalam penelitian ini MTU yang digunakan ialah mikrokontroler arduino. Di lain sisi MTU ini juga bertugas mengambil data dari tiap-tiap RTU (jika RTU lebih dari 1) untuk diterjemahkan dan di berikan ke HMI. 3. RTU (Remote Terminal Unit) RTU atau Remote Terminal Unit adalah subsistem SCADA yang berfungsi sebagai terminal-terminal dari hasil pengukuran, peengendalian, pemantauan status dan lain-lain. RTU juga berfungsi menerjemahkan, mengkonversi, menghitung sinyal dari sensor. Dalam hal ini yang berfungsi sebagai RTU seperti sensor arus, dan sensor suhu (temperature). Dari hasil pengukuran tersebut hal yang dilakukan RTU adalah melakukan transmit ke MTU. 4. Actuator Actuator adalah sebuah peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem. Actuator yang digunakan pada penelitian ini ialah Relay dan motor servo. 5. Data acquisition Dalam hal ini data besarnya arus yang terbaca oleh android atau hp merupakan data acquisition yang dapat dilihat user kapan saja digunakan. 6. Mikrokontroler Mikrokontroler adalah sebuah kontroler yang dapat di program sesuai kebutuhan kita. Mikrokontroler pada sistem SCADA biasanya difungsikan pada RTU, jadi mikrokontroler merupakan subsistem dari RTU. Mikrokontroler ini bertugas melakukan pengolah atau pengambilan data dari sensor. 7. Sistem Komunikasi (Antar MTU dan RTU) Sistem Komunikasi merupakan sebuah cara untuk mengkomunikasikan data RTU ke MTU. Sistem komunikasi menggunakan modul bluetooth c-06 dan gsm shield. Dapat dilihat skema penyusun scada pada gambar 2.1 Gambar 2.1 Skema penyusun scada 2.2 Arduino Arduino adalah sebuah platform open source (sumber terbuka) yang digunakan untuk membuat proyek-proyek elektronika. Arduino terdiri dari dua bagian utama yaitu sebuah papan sirkuit fisik (sering disebut juga dengan 4

5 mikrokontroler) dan sebuah perangkat lunak atau IDE (Integrated Development Environment) yang berjalan pada komputer. Perangkat lunak ini sering disebut Arduino IDE yang digunakan untuk menulis dan meng-upload kode dari komputer ke hardware (board) Arduino. 2.3 Motor servo Motor servo merupakan sebuah actuator putar (motor) yang mana sudut dan arah (clockwise dan counter clockwise) pergerakan porosnya dapat diatur. Motor servo terdiri atas motor DC, serangkaian gearbox, rangkaian kontrol, dan potensiometer. Motor servo memiliki tiga buah pin, yaitu VCC, GND, dan signal/kontrol. Perputaran motor servo ditentukan berdasarkan pulse width modulated (PWM) yang diberikan, jika nilai sinyal yang diberikan kurang dari 1.5 ms atau 1500 µs maka servo akan bergerak ke arah berlawanan arah jarum jam, sedangkan jika pulsa yang diberikan lebih besar dari 1.5 ms maka servo akan bergerak searah jarum jam. Relay pada dasarnya terdiri dari 2 bagian utama yaitu saklar mekanik dan sistem pembangkit elektromagnetik (induktor inti besi). saklar atau kontaktor relay dikendalikan menggunakan tegangan listrik yang diberikan ke induktor pembangkit magnet untuk menarik armatur tuas saklar atau kontaktor relay. 2.5 Sensor ACS712 Sensor ACS712 adalah merupakan sensor untuk mendeteksi arus. Sensor ACS712 bekerja berdasarkan efek medan. Sensor ini memiliki pembacaan dengan ketepatan yang tinggi, karena didalamnya terdapat rangkaian Low-Offset Linear Hall dengan satu lintasan yang terbuat dari tembaga. III.1 Konsep Perancangan Ponsel Bluetooth Module GSM SHIELD Power Supply Mikrokontroler Arduino Sensor Suhu Sensor ACS Relay Relay adalah saklar mekanik yang dikendalikan atau dikontrol secara elektronik (elektro magnetik). Saklar pada relay akan terjadi perubahan posisi OFF ke ON pada saat diberikan energi elektro magnetik pada armatur relay tersebut. Motor Servo Ventilasi Motor Servo Garasi DRIVER RELAY Lampu DRIVER RELAY Lampu DRIVER RELAY Lampu DRIVER RELAY Lampu Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem 5

6 3 6 meter Terkoneksi 4 8 meter Terkoneksi 3.2 Perancangan Konstruksi 5 10 meter Terkoneksi meter Tak Terkoneksi Lampu 3 Tabel 1.2 Pengujian Konektivitas Lampu 2 Panel Kontrol Kabel Penghubung Sumber PLN Bluetooth (outdoor) Arduino diluar ruangan Lampu 1 Lampu 4 Arduino, Bluetooth Module, GSM, Relay, Sensor ACS 712, Power Supply No Jarak sistem Bluetooth Kondisi bluetooth 1 2 meter Terkoneksi Human / Operator Servo Ventilasi Servo Garasi 2 4 meter Terkoneksi 3 6 meter Terkoneksi 4 8 meter Terkoneksi 5 10 meter Terkoneksi meter Terkoneksi Gambar 3.3. Model perancangan alat 4.1 Pengujian Konektivitas Bluetooth Dalam pengujian ini, pengujian bluetooth dilakukan untuk mengetahui kemampuan atau jangkauan komunikasi data antara Bluetooth yang terdapat pada smartphone Android dengan Bluetooth HC-06 yang sudah terintegrasi dengan board Arduino Mega. Tabel 1.1 Pengujian Konektivitas Bluetooth Arduino didalam ruangan (indoor) No Jarak sistem Bluetooth Kondisi bluetooth 1 2 meter Terkoneksi 2 4 meter Terkoneksi 7 11 meter Tak Terkoneksi Berdasarkan pengukuran dan pengujian sistem, jarak maksimal konektivitas bluetooth dalam ruangan yaitu 10 meter dan 10.5 meter pada luar ruangan 4.2 Pengujian GSM Shield Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa cepat waktu respon SIM Card yang digunakan untuk mengirim pesan, berikut adalah hasil pengujiannya pada tabel 1.2. Tabel 1.3 Hasil Pengujian Waktu Respon dan Konfirmasi SMS Time Time Uji Berhasil Tidak respon confirm ke (detik) (detik) 1 3,85 3,17 2 3,82 2,60 6

7 3 3,75 2,68 4 4,15 2, Pengujian Keseluruhan Tabel 1.4 Hasil pengujian pengoperasian melalui bluetooth menggunakan android menu utama, tekan button bluetooth maka akan muncul informasi pada layar smartphone lalu bluetooth modul dengan bluetooth pada smartphone akan saling terkoneksi dan informasi yang sebelumnya disconnected menjadi connected. Ketika bluetooth saling terkoneksi maka user bisa mengontrol dan memonitor dengan memilih pilihan yang ada pada tampilan menu utama yaitu lampu, ventilasi dan garasi. Kapasitas konektivitas bluetooth modul kurang lebih mencapai 10 meter. Ketika melebihi 10 meter, dengan memanfaatkan fasilitas GSM Shield maka user dapat mengontrol dengan menggunakan SMS. 4.4 Cara Kerja Alat Menghubungkan panel kontrol ke sumber tegangan listrik PLN (220 V). Lalu tegangan tersebut diturunkan menggunakan power supply sebesar 5 V. Ketika semua komponen aktif tunggu beberapa saat dan lihat led status yang ada pada modul bluetooth. Jika led tersebut sudah berkedip maka modul bluetooth sudah siap untuk dihubungkan dengan device smartphone. Setelah langkah tersebut siap, maka selanjutnya ialah membuka aplikasi dan memasukkan username dan password lalu menekan tombol login. Setelah masuk ke Kesimpulan Dari hasil penelitian maka penulis memiliki kesimpulan, yaitu : 1. Dengan menggunakan arduino dan android sebagai pengendali dan sebagai monitoring pengukuran arus, implementansi scada dapat dilaksanakan. 2. Konektivitas bluetooth antara smartphone android dan panel kontrol dapat berjalan dengan baik. 3. Monitoring arus dan suhu dengan memanfaatkan fasilitas bluetooth hc- 06 dengan smartphone android dapat berjalan dengan baik. 7

8 4. Pengontrolan lampu menggunakan bluetooth hanya dapat dilakukan dengan menggunakan aplikasi khusus yang sudah terpasang pada android. 5. Pengoperasian jarak jauh dapat dilakukan dengan handphone berbagai tipe dengan mengirimkan pesan singkat ke nomor telelpon yang terpasang pada GSM shield. 6. Persentase kesalahan pembacaan amperemeter dan sensor arus berkisar antara 1 % - 3 %. Daftar Pustaka 1. Karomah Rancang Bangun Sistem Kendali Jarak Jauh On/Off Lampu dan Air Conditioner (AC) Berbasis Arduino melalui Internet. Purwokerto: Sekolah Tinggi Teknologi Telematika Telkom Purwokerto. 2. Masinambow,Vidy Pengendali Saklar Listrik Melalui Ponsel Pintar Android. Manado: Universitas Sam Ratu Langi. 3. Sudibya, Angga Surahman Rancang Bangun Sistem Keamanan Dan Sistem Kendali Penerangan Rumah Jarak Jauh Menggunakan Short Message Service (Sms) Berbasis Mikrokontroler AT89S51. Depok: Universitas Gunadarma. 4. Slamet Riyadi, Sukadi Pembuatan Model Pintu Geser Otomatis ada Unit Pelayanan Teknis Rumah Pintar Kabupaten Pacitan. Indonesian Journal on Networking and Security. 5. Muhammad Beben Priana Achyat Karlisa Priandana Rumah Pintar Berbasis Pesan Singkat dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino. Bogor : Institut Pertanian Bogor. 6. Ladjamuddin, B Al-Bahra Rekayasa Perangkat Lunak,cet-keII. Yogyakarta: Graha Ilmu. 7. Novandra, Gatra Prototype Kwh Meter Digital. Medan: Universitas Sumatera Utara an-transformator-prinsip-kerja-trafo/ diakses 24 Juni Datasheet diakses tanggal 23 agustus Datasheet /IComSat diakses 23 Agustus