Abstrak
Monitoring besaran listrik secara online perlu dilakukan untuk mengetahui kondisi real dari sebuah sistem tenaga listrik. Teknologi Internet of Things (IoT) memungkinkan pemantauan langsung kondisi tersebut. Pemantauan harus memberikan informasi kompleks dengan konsep SMART (Specific, Measurable, Attainable, Relevant, Time-bound) yaitu spesifik, terukur, dapat dicapai, relevan, dan dalam rentang waktu. Sumber energi listrik persediaannya terbatas, seperti minyak, batubara, air, nuklir dan lainnya. Untuk itu perlu dilakukan usaha agar hemat dan efisien dalam pemanfaatannya. Dalam implementasinya, suplai energi listrik sangat berperan penting pada perusahaan untuk operasional sehingga suplai energi listrik tidak boleh berhenti. Oleh karena itu perusahaan perlu menggunakan dua alat bantu back-up suplai utama yaitu UPS dan generator set (genset). Namun saat ini sistem monitoring catu daya genset hanya berupa lampu indikator pada panel genset, sehingga perlu dilakukan monitoring genset secara onsite. Prototipe sistem yang dibuat terdiri dari komponen elektronik seperti sensor arus, sensor tegangan, rangkaian pengkondisian sinyal, Arduino UNO, Ethernet Shield, serta IComSat v1.1 SIM900A GSM/GPRS. Masing-masing komponen diuji sebelum dirangkai menjadi sebuah sistem.
1. Pendahuluan
Seiring kemajuan teknologi, catu daya utama PLN sangat berpengaruh terhadap penyediaan energi listrik bagi layanan publik. Namun suplai daya utama dari PLN tidak selamanya kontinu; suatu saat pasti terjadi pemadaman total akibat gangguan pada sistem pembangkit, transmisi, atau distribusi. Suplai energi listrik sangat penting bagi perusahaan dan gedung perkantoran karena adanya komponen elektronik yang membutuhkan daya listrik untuk tetap bekerja. Oleh karena itu diperlukan alat back-up suplai utama PLN. Biasanya setiap bangunan perusahaan menggunakan dua alat bantu back-up suplai utama PLN yaitu UPS dan genset. Sumber catu daya kelistrikan harus tersedia secara berkelanjutan. Umumnya bangunan perkantoran menggunakan sistem kontrol pemindah tegangan induk otomatis yaitu ATS (Automatic Transfer Switch). ATS berfungsi memindahkan distribusi secara otomatis dari catu daya PLN ke genset. Jika catu daya PLN mati, genset menggantikan peranannya. Jika catu daya PLN kembali normal, ATS memindahkan distribusi kembali ke PLN.
Saat ini sistem monitoring catu daya genset hanya berupa lampu indikator pada panel, sehingga perlu dilakukan monitoring secara onsite. Melihat permasalahan tersebut, diperlukan sistem monitoring yang dapat mendeteksi status tegangan output pada genset secara jarak jauh dan real time. Selain itu operator genset akan mendapatkan notifikasi nilai output tegangan genset berupa SMS. Sistem ini bertujuan memudahkan operator mengetahui kondisi tegangan output genset tanpa harus melakukan monitoring secara onsite. Internet of Things (IoT) adalah konsep yang memperluas manfaat konektivitas internet secara terus-menerus, memungkinkan berbagi data, remote control, dan lainnya. IoT mengacu pada benda yang dapat diidentifikasikan secara unik sebagai representasi fisik dalam struktur berbasis Internet. Realtime monitoring dimaksudkan untuk pemantauan besaran listrik tiga fasa secara online dengan teknologi IoT.
2. Ruang Lingkup
Penelitian tentang monitoring dengan teknik serupa telah banyak dilakukan, antara lain:
- Rancang Bangun Alat Monitoring Arus dan Tegangan Berbasis Mikrokontroler dengan SMS Gateway (2016)
- Sistem Kontrol dan Monitoring Genset Melalui Internet (2017)
- Pengontrolan Genset Jarak Jauh Melalui Website Berbasis Mikrokontroller Arduino MEGA 2560-16AU (2014)
Pada penelitian pertama, monitoring arus dan tegangan dilakukan menggunakan SMS gateway, sedangkan penelitian ini menggunakan internet dan SMS gateway. Penelitian kedua memonitoring level tangki pada genset, sedangkan penelitian ini memonitoring tegangan output genset berbasis internet. Penelitian ketiga mengontrol genset via web dan notifikasi via SMS, web, dan LCD, sedangkan penelitian ini memonitoring tegangan on/off genset dan memberikan status voltage via web browser kepada operator. Perbedaan penelitian ini adalah fokus pada pembuatan alat monitoring arus tegangan genset dengan berbagai output sebagai notifikasi informasi kepada operator, serta upaya pencegahan jika tegangan output melebihi atau turun dari nilai yang ditentukan. Tujuan jangka panjang adalah monitoring besaran tegangan output genset secara real time dan akurat, memberikan notifikasi kondisi naik atau turun melalui SMS gateway.
3. Bahan dan Metode
3.1 Metodologi Penelitian
Metodologi penelitian menggunakan pendekatan solusi berbasis tujuan: studi literatur, identifikasi masalah dan motivasi, penentuan fokus, perancangan dan pengembangan solusi, pembuatan simulasi, pengujian, pembahasan, dan penarikan kesimpulan. Tahapan metode meliputi:
- Analisis kebutuhan perangkat keras
- Analisis metode perancangan dan pengujian
- Perancangan skema elektronik dan mekanik berdasarkan fokus penelitian dengan metode pengembangan prototipe. Mikroprosesor Arduino UNO digunakan sebagai aplikasi pendukung IoT serta sebagai pengendali, pengolah, dan pengirim data.
- Pembuatan alat dan program Arduino
- Pengujian prototipe pada genset di laboratorium untuk memonitor besaran output daya genset saat penggunaan penuh
- Analisis dan pelaporan hasil pengujian
3.2 Subjek dan Objek Penelitian
Subjek penelitian adalah alat monitoring dan notifikasi tegangan output genset berbasis IoT. Objek penelitian adalah salah satu genset cadangan yang ada.
3.3 Analisis Metode Pengumpulan Data
Metode pengumpulan data meliputi:
- Observasi: terjun langsung ke lapangan untuk mengamati permasalahan secara sistematis
- Wawancara: tanya jawab langsung dengan narasumber (pegawai dan vendor genset)
- Studi literatur: membaca buku dan jurnal terkait mikrokontroler
3.4 Diagram Blok Sistem
Perancangan sistem monitoring arus dan tegangan dipresentasikan sesuai blok diagram berdasarkan spesifikasi alat. Sistem terdiri dari beberapa blok fungsi yang menggambarkan kerja sistem secara umum.
3.5 Perancangan Skema Blok Arduino
Pada tahap ini digambarkan keseluruhan komponen elektronik yang diperlukan dalam pembuatan alat monitoring dan notifikasi tegangan genset menggunakan IoT dan SMS Gateway. Relay digunakan sebagai saklar yang dikontrol secara elektrik. Bila saklar mekanik biasa ditekan untuk on/off, relay menggunakan arus listrik yang mengaliri coil untuk menimbulkan medan magnet yang menarik dan melepas kontak.
3.6 Short Message Service (SMS)
SMS adalah fasilitas standar GSM yang dapat dikirimkan dalam beberapa detik. Prinsip kerjanya adalah store and forward: pesan disimpan di SMS-Center (SMSC) sebelum dikirim ke penerima. SMS gateway adalah sistem aplikasi untuk mengirim dan menerima SMS, biasanya digunakan untuk broadcast promosi, layanan informasi, dan lainnya. Mekanisme pengiriman SMS dalam satu operator: SMS dari pengirim masuk ke SMSC operator pengirim, lalu dikirim langsung ke nomor tujuan. Penerima mengirim delivery report ke SMSC, yang kemudian diteruskan ke nomor pengirim. Untuk antar operator, SMS melalui dua SMSC: dari SMSC operator pengirim ke SMSC operator penerima, lalu ke nomor tujuan. Kesepakatan kerja sama antar operator diperlukan agar SMS dapat sampai.
4. Pembahasan
4.1 Realisasi Alat Monitoring
Realisasi alat monitoring tegangan genset menggunakan IoT dan SMS gateway berbasis Arduino.
4.2 Realisasi Alat Ethernet Shield
Perangkat IoT digunakan agar perangkat dapat terhubung ke internet. Penambahan Ethernet shield memungkinkan monitoring tegangan output genset melalui komputer kapan pun dan di mana pun selama terjangkau jaringan LAN. Ethernet shield dihubungkan dengan Arduino, kemudian diprogram menggunakan Arduino IDE. Indikator menyala saat Ethernet shield merespon IP internet.
4.3 Realisasi Alat IComSat GSM GPRS
IComSat adalah modul SIM900A quad-band GSM/GPRS yang dikontrol dengan AT commands dan kompatibel dengan Arduino. Modul ini digunakan sebagai notifikasi pengirim SMS saat terdeteksi undervoltage atau overvoltage. Pengujian dilakukan dengan menghubungkan modul ke Arduino dan memberi respon pada sensor ZMPT101B untuk mengirim SMS ke nomor handphone. Saat aktif, modul mengirim SMS "Warning Over Voltage" atau "Warning Under Voltage" disertai nilai tegangan yang terbaca.
Kode pada Arduino IDE mengatur fungsi optocoupler H11AA1: jika mendapat catu daya input, sensor ZMPT101B mendeteksi tegangan dan memberikan status voltage pada halaman web browser. Jika optocoupler tidak mendapat catu daya, sensor tidak mendeteksi tegangan dan status voltage 0 ditampilkan. Ketika tegangan terdeteksi lebih besar atau sama dengan 240 volt, status "Warning Over Voltage" muncul di web, lampu indikator over voltage menyala, buzzer hidup, dan modul SIM900A mengirim SMS "Warning Over Voltage" ke nomor yang telah diprogram. Jika tegangan lebih kecil atau sama dengan 200 volt, indikator undervoltage menyala, buzzer hidup, dan modul mengirim SMS "Warning Under Voltage".
5. Kesimpulan
Sistem monitoring tegangan output genset menggunakan Ethernet shield berbasis Arduino uno diharapkan mempermudah operator memonitoring tegangan output genset secara real time. Pemrograman Arduino uno menggunakan bahasa C dengan software Arduino IDE 1.8.5. Cara kerja alat: sensor tegangan mendeteksi catu daya, memberikan status kondisi genset (on/off), dan menampilkan status voltage pada halaman web browser client. Jika tegangan lebih kecil atau sama dengan 200 V, lampu indikator undervoltage menyala, buzzer hidup, dan modul SIM900A mengirim SMS "Warning Under Voltage". Jika tegangan lebih besar atau sama dengan 240 V, lampu indikator overvoltage menyala, buzzer hidup, dan modul mengirim SMS "Warning Over Voltage".
6. Saran
Sistem ini masih belum sempurna. Beberapa pengembangan yang dapat dilakukan:
- Jika sensor ZMPT101B mendeteksi under/over voltage, alat bisa langsung mematikan genset melalui tombol kontrol pada halaman web browser atau via SMS.
- Tampilan web perlu ditambahkan security dan sistem warning untuk mengingatkan operator atau teknisi.
- Menambahkan database pada perangkat lunak agar data yang terbaca sensor dapat disimpan.
- Prototipe alat ini bisa digabungkan dengan penelitian sistem kontrol jarak jauh.
