BAB III PERANCANGAN ALAT Terdapat dua jenis tahap pada perancangan dan pembuatan model sistem pemadam kebakaran dalam tugas akhir ini, yaitu perancangan perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Perancangan ini dimaksudkan untuk mengetahui kondisi secara umum. Dalam perancangan ini diaplikasikan pada sebuah sebuah model yang menggambarkan cara kerja sistem. 3.1. Blok Diagram Sistem Input sistem Pressure transmitter Push button Kontroler Arduino Output sistem Rangkaian relay 1 LED jockey pump Rangkaian relay 2 LED electric pump Rangkaian relay 3 LED diesel pump Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem 22
Dari gambar 3.1 dapat dilihat bahwa sistem ini terdiri dari: a. Input sistem, yang terdiri dari pressure transmitter dan push button. Pressure Transmitter berfungsi sebagai pembaca tekanan dalam jaringan pipa, dan push button berfungsi sebagai tombol reset untuk mengembalikan pompa pada posisi normal setelah electric atau diesel pump hidup dan tekanan normal tecapai. b. Procesor atau mikrokontroler, untuk mikrokontroler dalam pembuatan model sistem ini menggunakan mikrokontroler Arduino. Yang mana mikrokontroler ini mendapat input dari Pressure Tranmitter untuk menjalankan sistem, dan push button untuk mengembalikan sistem pada keadaan normal. Dan output Arduino digunakan untuk memberikan supply ke coil relay 5VDC. c. Otput sistem, untuk output dari sistem ini digunakan relay 5VDC. Relay 5VDC digunakan karena sinyal output dari Arduino merupakan tegangan 5VDC, sehingga untuk menyuplai tegangan 220 VAC pada kontaktor pompa yang dalam pembuatan model ini diwakili oleh lampu indikatro, maka tegangan 220 VAC dilewatkan pada kontak relay 5VDC. 23
3.2. Perancangan Perangkat Keras (Hardware) Perancangan perangakat keras (hardware) terdiri dari perancangan input (input pressure transmitter dan push button), perancangan rangkaian output relay 5 VDC, dan lampu indikator sebagai penanda pompa pemadam beroperasi atau bekerja menyuplai air untuk peroses pemadaman. Adapun sistem yang digunakan: 1. Power Supply sebagai daya Arduino, relay, dan pressure transmitter. 2. Push Button sebagai pemberi sinyal digital pada Arduino. 3. Pressure Tranmitter sebagai pembaca tegangan dan pemberi sinyal analog pada Arduino. 4. Arduino Uno sebagai mikrokontroler untuk memproses data, dan menghasilkan output sistem. 5. Relay 5VDC sebagai penerjemah output Arduino, sehingga output Arduino menjadi kontak magnetik yang akan menggerakan kontak relay 6. Lampu indikator sebagai penanda pompa beroperasi. 3.2.1. Alat Dan Bahan Yang Digunakan a. Meja, bahan yang dugunakan untuk membuat meja model sistem pemadam kebakaran ini adalah plat tipis dengan ketebalan 0,5 mm yang diambil dari plat bekas casing mesin cuci, dengan ukuran 37 x 60 cm. Meja ini digunakan sebagai tempat meletakan komponen utama dan kompenen lainnya. 24
Adapun rincian dari perancangan meja adalah sebagai berikut: Tinggi meja 2 cm sesuai dengan lipatan plat yang terbentuk dari casing mesin cuci. Panajang meja 60 cm disesuaikan agar indikator tidak terlihat menumpuk dan terlalu sempit, dan juga sebagai dudukan pipa penyimpan tekanan agar tidak terlalu kecil. Lebar meja 37 cm, disesuaian dengan komponen komponen yang akan diletakan atau dipasang pada meja model sistem pemadam. 60 cm 32 Cm Dudukan pipa 4,5 Cm Terminal kabel 37 cm Rangkaian Relay dan Arduino Protektor kabel Tampak Atas Ø 22mm Dudkan lampu indikator dan selektor switch 9cm 2 cm Tampak Depan Gambar 3.2. Desain Meja Gambar 3.2 merupakan desain meja yang akan digunakan untuk membuat model sistem pemadam kebakaran, dimana semua komponen rangkaian dimuat dalam meja tersebut. b. Pipa, ada dua ukuran pipa yang digunakan dalam perancangan model sistem pemadam kebakaran ini kedua jenis pipa tersebut disambung dengan cara di las, bahan yang digunakan untuk pemipaan adalah pipa bekas dengan spesifikasi sebagai berikut: 25
Pipa header menggunakan pipa bekas jenis galvanis dengan diameter 1,5 inchi denagn panjang 58 cm. Pipa pembagi dua buah, menggunakan pipa berjenis gavanis dengan diameter 0,5 inchi. Sok drat dalam galvanis berukuran 1 inchi terhubug dengan pipa header berfungsi sebagai penghubung tabung penyimpan tekanan dengan jaringan pipa. Elbow 0,5 inchi terdiri dari dua buah, dan akan digunakan untuk menghubungkan pipa pembagi dengan double nepel. Double nepel, mrupakan pengubung antara elbow dengan reducer Reducer menghubungkan antara double nepel dengan Presser Transmitter dan manometer, Jika semua rangakian pipa tekanan telah terhubung maka tekana dalam pipa dapat terlihat dengan adanya manometer, dan juga dapat dibaca oleh Pressure Transmitter yang nantinya akan dirubah dalam bentuk sinyal analog sebagai masukan bagi Arduino. 26
58 cm Ø1 inchi 1.5 inchi Tampak atas 4,5 cm 20 cm Tampak bawah 11 cm Tampak samping 21 cm Ø0,5 inchi Tampak depan Gambar 3.3 Desain Pemipaan. Gambar diatas menunjukan desain pipa yang disesuaikan dengan panjang dan lebar meja, hal ini untuk memaksimalkan fungsi pipa hider sebagai penyimpan dan pembagi tekanan dimana nantinya pipa tersebut akan diisi dengan udara bertekanan sebagai pengganti air pada penggunaan sebenarnya. c. Pressure tank, merupakan tabung berbentuk kapasul yang biasa digunakan untuk pressure tank pada pompa jet pump namun telah dimodifikasi, karet balon yang biasanya terdapat dalam pressure tank tidak digunakan. 27
Gambar 3.4 Pressure Tank Pressure tank yang akan digunakan dalam perancangan model sistem pemadam kebakaran ini adalah pressure tank yang biasa digunakan untuk pompa jet pump yang banyak dijual di pasaran. 3.2.2. Rangkaian Pipa Bertekanan Rangkaian pipa bertekanan ini terdiri dari beberapa bagian diantanya: a. Pressure tank, presure tank terhubung dengan rangkaian pipa dengan penghubung menggunakan sok drat dalam 1 inchi dan terhubung dengan pipa hider. b. Pipa header merupakan pipa berdiamter 1.5 inchi yang mana pipa ini menghubungkan anata presure tank dengan pipa pembagi yang nantinya akan digunakan untuk pemasangan Pressure Tansmitter dan manometer. c. Pipa pembagi dalam perancangan rangkaian ini digunakan dua pembagi, pipa pertama akan menghubungkan antara pipa hider dengan Pressure Transmitter yang berfungsi sebagai pembaca tekana, dan pipa kedua akan menghubungkan antara pipa hider dengan manometer yang berfungsi sebagai pengukur tekanan dalam jaringan pipa. 28
Gambar 3.5 Rangkaian Pipa Seperti yang terlihat pada gambar 3.5 bahwasanya semua komponen yang berhubungan dengan tekana terhubung satu sama lain. 3.2.3. Rangkaian Input Arduino Rangkaian input Arduino merupakan rangkaian masukan Arduino yang berfungsi memberi sinyal atau supply terkait denagn sistem yang dirancang dalam perancanga dan pembuatan model sistem pemadam kebakaran ini berikut adalah komponen-komponen yang digunakan: Power supply, merupakan adaptor yang berfungsi untuk merubah tegangan 220 VAC menjadi tegangan 12 VDC, yang nantinya akan digunakan sebagai catu daya Arduino, dan tegangan masukan untuk Pressure Transmitter. 29
Gambar 3.6 Power Supply 12 VDC Power supply ini merupakan power supply 12 VDC dengan arus keluaran kecil, digunakan power supply berarus kecil agar tidak merusak Arduino. Pressure Transmitter, berfungsi sebagai input analog bagi Arduino dimana Pressure Transmitter ini mendapat supply 12 VDC dan akan membaca tekanan dalam pipa sehingga menghasilkan keluaran sinyal 4-20 ma yang nantinya akan digunakan untuk input analog Arduino dan terhubung dengan pin A1 pada Arduino. Pressure Transmitter 1 2 3 220 GND A1 ARDUINO 12 VDC Gambar 3.7 Rangkaian Pressure Transmitter Dalam gambar 3.7 kaki pressure taransmitter terdiri dari empat kaki tetapi dalam perancangan sistem ini yang digunakan hanya dua kaki karean input yang dibutuhkan Arduino adalah masukan arus. 30
Pada rangkaian ini juga dipasang resistor yang salah-satu kakinya terhubung dengan ground, hal ini dimaksudkan untuk mengurangi tegangan yang masuk ke Arduino karena tegangan keluaran Pressure Transmitter adalah 12 VDC sedangkan tegangan kerja Arduino adalah 5VDC, sehingga nantinya sinyal dapat terbaca oleh Arduino. Push button, berfungsi sebagai masukan digital Arduino yang mana nantinya push button ini akan digunakan sebagai tombol reset Arduino. Push button mendapat supply tegangan 5 VDC dan output yang terhubung dengan pin 7 Arduino. 220V AC 12VDC 5VDC + 220 10k 12V DC - Tombol reset Pressure Transmitter Gambar 3.8 Rangkaian Input Arduino 31
Gambar 3.8 merupakan gambar rangkaian input Arduino, pada gambar 3.8 terlihat bahwa keluaran dari Pressure Transmitter ataupun dari push button tersambung dengan resistor yang dihubungkan ke ground, selain untuk menurunkan tegangan hal ini juga dimaksudkan untuk mencegah terjadinya kesalahan pembacaan pada input Arduino, pada saat sinyal masukan Arduino sangat kecil maka akan terjadi kesalahan pembacaan, dengan adanya resistor yang terhubung dengan ground maka sinyal terbaca adalah 0 atau (-). 3.2.4. Rangkaian Output Arduino Rangkaian output Arduino merupakan rangkain yang tersusun dari komponen-komponen keluaran Arduino, dalam rangkaian output ini ada 2 rangkaian yaitu: 1. Rangkaian relay, dalam perancangan model sistem ini rangkaian relay menggunakan relay 5VDC karena tegangan keluaran Arduino merupakan tegangan 5VDC, sehingga relay ini juga berfungsi untuk menerjemahkan keluaran Arduino menjadi kontak magnetik relay. Keluaran dari Arduino akan terhubung denga koil relay, jika koil relay mendapat tegangan maka kontak relay NO akan tertutup sehinngga tegangan 220 VAC yang dilewatkan pada kontak relay tersebut akan terhubung untuk selanjutnya menghidupkan kontaktor yang dalam perancangan model sistem ini diwakili oleh lampu indikator. 32
Relay 5VDC Arduino Uno +5V - IN 1 IN 2 IN 3 IN 4 10 11 12 GND VCC Gambar 3.9 Rangkaian Output Arduino & Input Relay. Gambar 3.9 menujukan rangkaian output Arduino yang terhubung dengan input relay 5VDC, relay 5VDC juga mendapat input daya dari Arduino. Pada gambar 3.9 diatas terlihat bahwa pin 10 Arduino terhubung dengan input 1 relay 5VDC, hal ini menunjukan bahwa output Arduino pin 10 mengontrol relay no.1 pada rangkaian relay 5VDC, begitu juga output pin 11 mengontrol relay no.2 dan output pin 12 mengontrol relay no.3. 2. Rangkaian output relay, merupakan rangkaian keluaran dari relay 5VDC. Dalam perancangan model sistem ini output relay dimanfaatkan untuk menhidupkan lampu indikator, tetapi dalam rangkaian pemadam sebenarnya output relay dimanfaatkan sebagai input bagi kontaktor untuk menghubungkan daya 3 phase ke motor pompa. Rangkaian output relay dapat dilihat seperti gambar berikut : 33
220 VAC NO 1 NO 2 NO 3 NO 4 Relay 5VDC Jokey pump Electrik pump Diesel pump Gambar 3.10 Rangkaian Output Relay 5VDC Dapat dilihat pada gambar 3.10 relay 5 VDC terdiri dari empat relay, namun dalam perancangan model sistem ini yang digunakan adalah tiga relay, hal ini dikarenakan sistem ini dirancang untuk menghidupkan 3 pompa. Ditunjukan oleh gambar 3.10 bawa catu daya untuk menghidupkan lampu dilewatkan pada kontak relay 5VDC, maka lampu akan hidup jika koil relay 5 VDC mendapat masukan, dan masukan koil relay 5VDC merupakan output dari Arduino. 3.3. Perancangan Perangkat Lunak (Software) Perancangan perangkat lunak pada tugas akhir ini menggunakan pendekatan diagram alir (flow cart) dan software Arduino untuk melakukan pemrograman dengan bahasa C. 34
3.3.1. Diagram Alir (Flow Chart) Diagram alir model sistem pemadam kebakaran adalah suatu metode untuk menggambarkan proses atau prinsip kerja sistem hubungan pressure transmitter terhadap peralatan keluaran. START Instalasi I/O Tekanan < 4 bar Tidak Ya Lampu Jokey Pump Hidup Ya Tekanan > 7 bar Tidak Lampu Electrik Pump Hidup Tombol reset ditekan Lampu Diesel Pump Hidup END Gambar 3.11 Diagram Alir (Flow Chart) Model Sistem Pemadam Kebakaran 35
Cara kerja berdasarkan diagram alir diatas adalah sebagai berikut: Untuk menjalankan sistem langkah pertama adalah memastikan semua rangkaian telah mendapat catu daya. Jika rangkaian telah mendapat catu daya, maka sistem telah siap bekerja. Ketika tekanan air mengalami penurunan hingga lebih rendah dari 4 bar, maka pompa jockey akan hidup. Jika tidak berarti keadan normal. Ketika pompa jockey telah hidup akibat dari penurunan tekanan air dalam pipa, dan tekanan dalam pipa meninggkat hingga lebih dari 7 bar, maka pompa jockey akan mati secara otomatis dan sistem kembali normal. Tetapi jika pompa jockey tidak mampu menaikan tekanan berati ada sprinkler yang pecah atau air hidran digunakan, maka tekanan akan terus turun hingga 3 bar dan pompa electric hidup. Jika pompa electric gagal hidup atau telah hidup tetapi tekanan air tetap turun hingga lebih kecil dari 2,5 bar maka pompa diesel akan hidup. Jika pompa electric dan pompa diesel telah hidup, maka sistem tidak bisa mematikannya secara otomatis, untuk mematikan pompa electric dan pompa diesel harus menekan tombol reset jika tekanan dalam pipa telah mencapai atau lebih dari 7 bar, tetapi jika tekanan 36
tidak mencapai 7 bar tetapi diatas 3 bar, maka pompa jockey akan tetap hidup. 3.3.2. Pemrograman Arduino Hal dasar yang di lakukan untuk memulai memprogram Arduino adalah instalasi driver. Karna apabila driver tidak diinstal, maka komputer tidak akan mengenal hardware Arduino. Sebelum melakukan penginstalan driver di PC, terlebih dahulu kita harus mempunyai software Arduino tersebut.. Software Arduino dapat didownload langsung pada website resminya http://arduino.cc/en/main/software 1.3.2.1.Pemrograman Rangkaian Pada pemrograman rangkaian Arduino untuk sistem ini digunakan sofware yang sudah tersedia dan dapat di dwonload di website resminya, untuk lebih jelas mengenai pemrograman rangkaian Arduino berikut adalah tmpilan dari pemrograman Arduino. Gambar 3.12 Tampilan Pemrograman Rangkaian 37
Gambar 3.12 merupakan gambar tampilan pemrogramana pada komputer, rangkaian ini diperogram dengan menggunakan bahasa C yang memang digunkan untuk program Arduino, dapat dilihat bahwa pemrograman sistem ini terdiri dari beberapa bagian, bagian atas merupakan inisialisasi pin, void setup merupakan bagian deklarasi pin output dan input, dan void loop mrupakan program kerja rangkaian dalam bentuk bahasa C. 3.4. Pengaplikasian Setelah semua rangkaian alat selesai dan sudah dapat bekerja maka dari itu penulis mencoba menerapkannya pada pompa pemadam kebakaran yang sebenarnya. Berikut adalah langkah-langkah yang harus dilakukan untuk memadukan antara alat yang dibuat penulis dengan pompa pemdam kebakaran yang ada dilapangan. 3.4.1 Konfigurasi Alat Dengan Model Pemadam Kebakaran Untuk memadukan alat yang sudah dibuat oleh penulis dengan pompa pemadam kebakaran yang ada dilapangan maka penilis membuat sebuah model yang dapat mewakili cara kerja panel kontrol dilapangan. Disini penulis menggunakan relay 5VDC sebagai kontak yang akan menghubungkan antara rangkaian alat dengan model pompa pemadam kebakaran. Untuk lebih mudahnya bisa dilihat pada gambar berikut. 38
Coil relay 5v DC 1 2 3 220V AC 12VDC 5V DC + 220 10k 12V DC - Tombol reset P ressure Transmitter Relay 5V DC 1 2 3 Relay 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Lampu Indikator Jokey pump Electrik pump Diesel pump Gambar 3.13 Wiring Model Sistem Pemadam Kebakaran Berbasis Arduino Gambar diatas menunjukan model sistem pemadam kebakaran, pada model ini kontaktor popa diwakili oleh lampu indikator yang terdiri dari 3 bauah, pompa yang dikontrol oleh sistem ini pun berjumlah 3 unit, yaitu pompa jockey, pompa electric dan pompa diesel. Pada rangkaian sebenarnya output relay langsung terhubung dengan kontaktor pompa melalui terminal kabel di panel kontrol pompa, berikut adalah gambar wiring pompa pemadam berbasis Arduino yang sebenarnya: 39
Coil relay 5v DC 1 2 3 220V AC 12VDC 5VDC + 220 10k 12V DC - Tombol reset Pressure Transmitter Relay 5V DC 1 2 3 Relay 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Selektor MCB MCB MCB Pb 1 Pb 1 Pb 3 220 AC Pb 1 k1 k1 k1 OL 1 Pb 1 k1 k1 k1 OL 1 Pb 3 k3 k3 k3 OL3 K3 OL1 OL2 OL3 C1 C2 C3 T3 380 AC K2 K1 24VDC K3 T3 OL1 OL2 M Jokey pump M Electrik pump M Diesel starter Gambar 3.14 Wiring Diagram Sistem Pemadam Kebakaran Berbasis Arduino Uno 40
Gambar 3.14 merupakan gambaran wiring keseluruhan sistem pemadam kebakaran yang menggunakan Arduino sebagai kontrolernya. Pada gambar diatas menunjukan jika selektor memberi catu daya pada Arduino maka sistem Arduino akan beroperasi, dan sistem pemadam kebakaran bekerja secara otomatis. 41