Jurnal Tugas Akhir Alvin Tio Mahasiswa Politeknik Negeri Padang

                                 Foto Formal Wisuda ke II Tahun 2019 Politeknik Negeri Padang

PERENCANAAN SISTEM SCADA UNTUK SISTEM POMPA AIR MENGGUNAKAN SERIAL RS-485 DENGAN PROTOCOL MODBUS RTU RS-485

Alvin Tio

Pembimbing 1. Ir. Julsam, M.Kom. 2. Herisajani, ST., M.Kom.

Jurusan Teknik Elektro, Prodi D3 Teknik Listrik, Kampus PNP Limau Manis, Padang, Sumatera Barat

Telp./Faks: (0751) 72590 / Faks (0751) 72576, e-mail: info@pnp.ac.id

Penulis

Jln. Irigasi No 62, Kel. Cupak Tangah, Kec. Pauh, Kota Padang, Sumatera barat

Handphone:  085272948860, e-mail: alvinthyo@gmail.com

ABSTRAK

Dalam industri penggunaan tangki air banyak digunakan untuk memenuhi kebutuhan proses produksi. Tangki air tidak hanya digunakan sebagai media penyimpanan tetapi juga digunakan untuk menjaga kelancaran ketersediaan air yang diperlukan selama proses produksi berlangsung. Pentingnya penggunaan air maka harus tersedianya air di tangki, sehingga proses produksi harus tetap berjalan. Ketersediaan air dapat dilihat pada sistem monitoring. Sistem monitoring dan pengontrolan level air berbasis SCADA dapat memudahkan untuk melakukan proses pengamatan dan pengontrolan secara real time, sehingga sistem ini dapat dijadikan sebagai alternatif media pembelajaran SCADA. Proses sistem SCADA memvariasikan tinggi air dengan nilai parameter yang dihasilkan oleh Pzem016 dengan data diolah dan ditransmisikan menggunakan kabel serial RS- 485. Pemantauan lebih lanjut dimonitor pada laptop (PC). Pzem016 juga dilengkapi dengan antarmuka RS-485 dan sesuai dengan spesifikasi modbus RTU. Dari hasil pengujian, pompa air akan hidup apabila ketinggian air pada tangki air kurang dari 10 cm dan berhenti secara otomatis apabila ketinggian level air dalam tangki air mencapai 80 cm. Data yang dikirimkan dengan data yang terbaca dilapangan memiliki rata-rata kesalahan pengisian sebesar 0.037%. Dengan menggunakan sistem SCADA pada sebuah sistem pompa air dapat mempermudah sistem dalam melihat banyaknya ketersediaan air dalam tangki dengan batas level yang diinginkan. 

Kata kunci :  Sistem kontrol, SCADA, Pzem016, Modbus RTU

ABSTRACT

In the industry the use of water tanks is widely used to meet the needs of the production process. The water tank is not only used as a storage medium but also used to maintain the smooth availability of water needed during the production process. The importance of water use must be the availability of water in the tank, so the production process must continue to run. Water availability can be seen in the monitoring system. SCADA-based water level monitoring and control systems can make it easier to conduct real-time observation and control processes, so that this system can be used as an alternative medium for SCADA learning. The SCADA system process varies the water level with the parameter value generated by Pzem016 with data processed and transmitted using RS-485 serial cable. Further monitoring is monitored on the laptop (PC). Pzem016 is also equipped with an RS-485 interface and complies with the Modbus RTU specifications. From the test results, the water pump will start if the water level in the water tank is less than 10 cm and stop automatically if the water level in the water tank reaches 80 cm. Data sent with data read in the field has an average fill error of 0.037%. Using the SCADA system on a water pump system can facilitate the system in seeing the amount of water available in the tank with the desired level limit.

Keywords : Control system, SCADA, Pzem016, Modbus RTU

PENDAHULUAN

Sistem SCADA sangat diminati karena dapat menjamin pengontrolan untuk memonitor, mengendalikan alat-alat listrik, dan mengurangi biaya untuk tenaga kerja manusia. Tugas akhir ini dirancang memanfaatkan sistem SCADA untuk sistem pompa air dengan menggunakan sensor ultrasonik anti air sebagai pendeteksi ketinggian air didalam tangki air, serta lebih ekonomis dibandingkan dengan yang lainnya. Dari sisi pembacaan sensornya juga lebih baik karena dapat memberikan informasi secara real time. Dan memanfaatkan Pzem 016 untuk pembacaan besaran parameter energi. Untuk mengolah data masukan dan keluarannya digunakan arduino uno sebagai RTU, pengiriman data menggunakan komunikasi Modbus RTU rs-485 dan pembacaan data menggunakan PC.

Dengan demikian saat ini dibutuhkan suatu sistem yang dapat digunakan untuk kontrol dan monitoring dari jarak jauh. Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) merupakan solusi untuk mengatasi hal tersebut, karena dalam prosesnya sistem bekerja melakukan pengambilan data secara real time. Untuk itu penulis membuat tugas akhir dengan judul “PERENCANAAN SISTEM SCADA UNTUK SISTEM POMPA AIR MENGGUNAKAN RS-485 DENGAN PROTOCOL MODBUS RTU RS-485”.

1.1 Tujuan

Adapun tujuan yang hendak dicapai dalam tugas akhir ini sebagai berikut:

1.       Dengan menggunakan Pzem016 maka dapat diketahui data parameter energi sesuai dengan data yang diinginkan pada PC, maka untuk pengujian volume air pada tangki ini digunakan sistem SCADA.

2.       Mengetahui cara kerja jaringan komunikasi Modbus untuk pengiriman data ke monitor (PC).

2. SCADA

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) dapat didefinisikan dari kepanjangan itu sendiri. Supervisory Control adalah Sistem yang berfungsi untuk memberikan instruksi kendali dan mengawasi kerja suatu proses tertentu, sedangkan Data Acquisition adalah Sistem yang berfungsi untuk mengambil, mengumpulkan, dan  memproses data untuk kemudian disajikan sesuai kebutuhan yang dikehendaki. Jadi sistem SCADA adalah sistem berbasis komputer yang dapat melakukan pengawasan, pengendalian, dan akuisisi data terhadap suatu proses tertentu secara real time [4].

Gambar 1. Sistem SCADA

2.1 Komunikasi Modbus

 Modbus digunakan untuk komunikasi antar banyak perangkat dalam satu jaringan, misalnya dalam sebuah sistem yang melakukan pengukuran suhu, kelembaban dan mengirimkan hasilnya ke sebuah komputer. Modbus sering digunakan untuk menghubungkan komputer pemantau pada sistem Supervisory control and data acquisition (SCADA).

Gambar 2. Komunikasi Modbus

2.2 Recommended Standard 485

Komunikasi serial adalah komunikasi yang pengiriman datanya per-bit secara berurutan dan bergantian. Komunikasi ini mempunyai suatu kelebihan yaitu hanya membutuhkan satu jalur dan kabel yang sedikit dibandingkan dengan komunikasi paralel. Pada prinsipnya komunikasi serial merupakan komunikasi dimana pengiriman data dilakukan per bit sehingga lebih lambat dibandingkan komunikasi parallel, atau dengan kata lain komunikasi serial merupakan salah satu metode komunikasi data di mana hanya satu bit data yang dikirimkan melalui seuntai kabel pada suatu waktu tertentu. [7]

2.3    PZem 016

Peacefair merilis sejumlah modul meter energi murah. Banyak tipe tersedia, mulai dari modul dengan tampilan terintegrasi hingga tipe tanpa layar yang dirancang untuk integrasi dengan sistem lain. Varian ini dilengkapi dengan antarmuka RS-485 dan sesuai dengan spesifikasi Modbus RTU untuk komunikasi data. Ada dua subvarian dari model ini: 014 diberi peringkat 10 amp dan berisi pirau internal, sementara 016 dinilai 100 amp dan termasuk transformator arus eksternal.

         Pzem016 adalah perangkat yang mampu memonitor energi dengan sangat akurat. Semua dasar-dasarnya tercakup seperti tegangan, arus dan frekuensi saluran (dalam Hertz), Juga termasuk daya (watt) yang dapat diatur ulang (Wh).

Gambar 3. Pzem-016

2.4 Software Delphi 7

Delphi adalah Suatu bahasa pemrograman yang menggunakan visualisasi sama seperti bahasa pemrograman Visual Basic ( VB ) . Namun Delphi menggunakan bahasa yang hampir sama dengan pascal (sering disebut objeck pascal ), sehingga lebih mudah untuk digunakan . Bahasa pemrograman Delphi dikembangkan oleh CodeGear sebagai divisi pengembangan perangkat lunak milik embarcadero . Divisi tersebut awalnya milik borland, sehingga bahasa ini memiliki versi Borland Delphi.

 Delphi juga menggunakan konsep yang berorientasi objek ( OOP ) , maksudnya pemrograman dengan membantu sebuah aplikasi yang mendekati keadaan dunia yang sesungguhnya . Hal itu bisa dilakukan dengan cara mendesign objek untuk menyelesaikan masalah . OOP ini memiliki beberapa unsur yaitu ; Encapsulation ( pemodelan ) , Inheritance ( Penurunan ) , Polymorphism ( Polimorfisme ).

3.       METODE PENELITIAN

Variabel yang akan diuji dan dianalisis dalam penelitian ini meliputi kesesuaian pembacaan sensor ultrasonik untuk mendeteksi level air pada tangki air. Hasil pembacaan sensor akan dieksekusi oleh Arduino untuk memberikan input kepada relay untuk menjalankan dan menghentikan pompa air. Parameter yang akan diukur meliputi ketinggian air (t) dan volume air pada tangki air (v) dan waktu pengisian tangki air (s). Untuk menghitung volume air dapat digunakan persamaan berikut ini:

𝑣= 𝜋 𝑥 𝑟2 𝑥 𝑡 …………….(2)

Dimana

v = volume (m3)

𝜋 = 3,14

𝑟 = jari-jari (cm)

t = tinggi (cm)

  

3.1 Rancangan sistem

Monitoring dan kontrol level air berbasis SCADA ini menggunakan Arduino Uno sebagai pengontrol. Input pada sistem SCADA ini yaitu  mode otomatis. Untuk medeteksi level air yang ada didalam tangki air digunakan sensor ultrasonik. Sehingga pada saat sensor ultrasonik membaca level air langsung terbaca dan ditampilkan pada PC. Dan juga dipakai Pzem 016 untuk mendeteksi energi pada pompa air yang nantinya hasil data nya akan dikirimkan lewat komunikasi modbus dan terdisplay pada PC. Secara lengkap blok diagram sistem dapat dilihat pada Gambar 4.

              

                  Gambar 4. Blok Diagram Sistem

3.2 Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini berfungsi untuk mengatur kinerja keseluruhan sistem yang terdiri dari beberapa perangkat keras sehingga sistem ini dapat bekerja dengan baik. Perancangan ini dimulai dengan pembuatan program untuk arduino, pembuatan program delphi dengan menggunakan software Delphi versi 7.0, Pembuatan tampilan interface PC SCADA menggunakan software Delphi versi 7.0. Berikut pada gambar 11 adalah flowchart sistem pompa air dan rancangan program software guna menunjang sistem.

Gambar 5. Flowchart

4.       HASIL DAN PEMBAHASAN

 Penggunaan SCADA dimaksudkan untuk memudahkan dalam monitoring dan akuisisi data pada pompa air. Hasil perancangan sistem pompa air dengan menggunakan serial RS-485 dengan protocol modbus RTU RS-485 dapat dilihat pada gambar 14. Pada tampilan interface PC terdapat proses yang dilengkapi dengan pembacaan sensor ultrasonik Sr04T untuk pembacaan ketinggian level air Selain itu terdapat juga sensor Pzem 016 untuk pembacaan energi yang terdapat pada pompa air AC yang dipakai. Serta terdapat tombol operasi untuk start/stop pompa dan connect/disconnect untuk proses pemakaian jaringan modbus RTU RS-485.

Gambar 6. Tampilan interface laptop

Dengan pengunaan SCADA maka secara otomatis data proses akan direkam, selain itu untuk pengoperasian dan monitoring proses yang sedang berlangsung dapat dilakukan pada interface PC.

4.1 Hasil Pengukuran

Pada tugas akhir ini tangki yang digunakan berbentuk tabung dengan ketinggian 100 cm. Untuk mencegah air dalam tangki tumpah maka digunakan batas maksimal dengan melakukan penyetingan pada program, dengan program “pompa air akan mati jika air melebihi batas maksimal yaitu 90 cm”, dan untuk mencegah kekosongan air dalam tangki digunakan juga batas minimal dengan melakukan penyetingan pada program, dengan program “Pompa air akan hidup jika air kurang dari 10 cm”. Fungsi SCADA terlihat jelas pada proses pengawasan (supervisory), proses pengendalian (controling) dan proses akuisisi data (data acquisition).

Proses pengawasan (supervisory) bertujuan untuk mengetahui keseluruhan proses sistem secara (real time) melalui layar interface laptop. Sedangkan proses pengendalian (controling) bertujuan untuk mengontrol proses-proses yang terjadi pada plant secara real time dari jarak jauh. Pada tugas akhir ini proses kontrol diwujudkan dengan dibuatnya tombol start/stop pada interface PC, tombol inilah yang akan berfungsi untuk mengendalikan pompa air secara langsung. Dan proses akuisisi data (data acquisition) bertujuan untuk untuk mengambil dan memproses data untuk kemudian disajikan sesuai kebutuhan yang dikehendaki.

                    PZEM-016 dapat mengukur tegangan Ac V, arus A, daya aktif W, frekuensi Hz, dan tegangan V. membaca semua nilai ini dari PZEM 016 dengan bantuan Modbus Rs-485. Dengan memanfaatkan Protokol modbus yang terkenal dan cocok untuk PZem016 yaitu Modbus RTU RS-485. Data yang diperoleh dalam pengujian sensor ultrasonik SR04T ditampilkan pada SCADA interface PC melalui jaringan Modbus RTU RS 485 didapatkan beberapa data dari tiap level air dari tangki air.

1. Pengujian Tegangan

2. Pengujian Arus

3. Pengujian Daya

4. Pengujian Frekuensi

4.2 Analisa Sistem SCADA

Dalam pengukuran sistem pompa air, selain data energi yang didapatkan juga perlu data debit air yang didapatkan menurut tinggi level air. Berikut akan dijabarkan hasil pengukuran pada interface laptop dengan rumus-rumus yang ada.

a.       Pengukuran ketinggian 10 cm dengan waktu 1 menit / 60 detik

Gambar 7. Hasil pengukuran tinggi air 10 cm

b.       Pengukuran ketinggian 40 cm dengan waktu 6 menit 46 detik

 

Gambar 8. Hasil pengukuran tinggi air 40 cm

𝑣 = 3.14 x 25² cm x 40 cm                  

    = 3.14 x 0.25² m x 0.4 m                                 

    = 3.14 x 0.025 m³

      = 0.0785 m³

Debit air = 0.0785 x 1000    = 78.5 Liter

c.        Pengukuran ketinggian 80 cm dengan waktu 19 menit 08 detik

Gambar 9. Hasil pengukuran tinggi air 80 cm

4.3    Pengujian Pembacaan

Pengujian pembacaan sistem yang dimaksud adalah membandingkan jarak sebenarnya ketinggian cairan dalam tangki dengan hasil baca dari sistem SCADA.

Tabel 1. Ketelitian Pengukuran Sistem

No	Hasil baca sistem SCADA	Tinggi air dalam tangki (cm)	Error (%)
	Tinggi air pada interface PC (cm)
1	0	0	0.000
2	5	4	0.200
3	10	9	0.100
4	15	14	0.067
5	20	19	0.050
6	25	24	0.040
7	30	29	0.033
8	35	34	0.029
9	40	39	0.025
10	45	44	0.022
11	50	49	0.020
12	55	54	0.018
13	60	59	0.017
14	65	64	0.015
15	70	69	0.014
16	75	74	0.013
17	80	79	0.013
18	85	84	0.012
19	90	89	0.011

                Error (%) =                                               

Dimana:    x₂ = nilai terbaca

    x₁ = output hasil pengukuran.

Dari data diatas dapat dilihat bahwa sistem SCADA untuk sistem pompa air mampu mengukur jarak dengan ketelitian yang cukup baik walaupun terdapat sedikit penyimpangan, sehingga dapat diambil rata- rata kesalahan dari sistem tersebut sebesar 0.037%.

5.       KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1.       Hasil perancangan secara umum dapat dikatakan bekerja dengan baik, dimana pompa air dapat dimonitoring dan dikontrol sehingga dapat diperoleh data proses secara real time. Pembacaan menggunakan Pzem016 dapat mengambil data yang diinginkan sesuai spesifikasi alat ukur tersebut.

2.       Sensor ultrasonik dapat bekerja dengan cukup baik dengan tingkat error rata – rata sebesar 0.037%. Sehingga alat ini dirasa cukup akurat untuk digunakan serta dapat mengambil data pada ketinggian air dalam tangki secara real time.

3.       Dengan adanya sistem SCADA untuk sistem pompa air ini diharapkan bisa leluasa memantau dan memonitoring tanpa harus turun ke lapangan.

5.2 Saran

1.       Untuk penelitian lebih lanjut, perlu diperhatikan kondisi air di dalam tandon pada saat proses pengisian air. Pada proses ini air yang masuk ke dalam tandon bergelombang dan tidak konstan hal ini menyebabkan kurang maksimalnya pembacaan sensor ultrasonik.

2.       Pilih Sensor yang berkualitas atau sensor yang tipe terbaru.

 

UCAPAN TERIMA KASIH

1.       Allah yang telah memberikan waktu, kesehatan, dan kesempatan kepada penulis.

2.       Kedua orang tua, nenek dan keluarga yang telah memberikan dorongan moril, spiritual dan material untuk penulis.

3.       Bapak Surfa Yondri, SST.,M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Padang.

4.       Bapak Dr. H. Afrizal Yuhanef, S.T., M.Kom. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang.

5.       Bapak Drs. H. Roswaldi, Sk, SST., M.Kom. selaku Koordinator Program Studi Teknik Listrik Politeknik Negeri Padang.

6.       Bapak Ir.Julsam, M.Kom Selaku dosen pembimbing I yang selalu mendukung dalam pembuatan tugas akhir dan membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

7.       Bapak Herisajani, ST.,M.Kom Selaku dosen pembimbing II yang selalu mendukung dalam pembuatan tugas akhir dan membantu dalam penulisan tugas akhir ini.

8.       M.Jehan Ramadhan selaku partner dalam pembuatan alat Tugas Akhir ini.

9.       Rekan-rekan teknik listrik angkatan 2016, yang telah membantu dan memberikan dukungannya bagi penulis khusunya kelas A Reguler

10.    Pihak-pihak yang telah membantu penulis dalam melaksanakan tugas akhir dan menyusun tugas akhir ini yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Chopade, S., Verma, P. (2013). Simulation of boiler control using PLC &  SCADA. International Journal of Engineering and Advanced Technology, 3 (3), 276-279

[2] Patil, HP., Satpute, CK., Vaishampayan., Rahulkar, AD. (2014). Control of boiler operation using PLC-SCADA. International Journal for Technological Research in Engineering, 1 (7), 2347-4718.

[3] Mahfooz, O., Memon, M., & Iftikhar, A. (2012). Project review on water level sensing using PLC. PJETS, 2 (2), 160-170.

[4] Wibowo, Cahyo.. “Pelatihan PLC – SCADA, 2015

[5] Pc control, ”Pengetahuan Dasar Protokol Modbus” Pccontrol Center , 03 Juni 2016

[6] Nurpadmi, “Studi Tentang Protocol Modbus” Forum Teknologi ,Vol. 01 No. 2 

      2015

[7] Hidayah Nur Laili (2014), Komunikasi Serial. http://lilymutz.blogspot.co.id/. Diakses tanggal 27 November 2015

Atau kunjungi Link Berikut PERENCANAAN SISTEM SCADA UNTUK SISTEM POMPA AIR MENGGUNAKAN SERIAL RS-485 DENGAN PROTOCOL MODBUS RTU RS-485

atau  Tugas Akhir Alvin Tio