SIMULASI OTOMATISASI SUPPLY BEBAN MENGGUNAKAN ...

SIMULASI OTOMATISASI SUPPLY BEBAN MENGGUNAKAN

PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS (PLC) DI

OBSERVATORIUM GEOMAGNETIK LOMBOK

Tugas Akhir Untuk memenuhi sebagian persyaratan

Mencapai derajat Sarjana S-1 Jurusan Teknik Elektro

Oleh :

IMRAN

F1B 114 020

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MATARAM Maret 2019

iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam penulisan Tugas Akhir yang berjudul

“Simulasi Otomatisasi Supply Beban Menggunakan Programmable Logic Controller

(PLC) Di Observatorium Geomagnetik Lombok” tidak terdapat karya yang pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatau perhuruan tinggi dan sepanjang

pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau

diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan

disebut dalam daftar pustaka.

Demikian surat pernyataan ini saya buat tanpa tekanan dari pihak manapun

dengan kesadaran penuh terhadap tanggung jawab dan konsekuensi serta menyatakan

bersedia menerima sanksi terhadap pelanggaran dari pernyataan tersebut.

Mataram, Maret 2019

Imran F1B114020

v

PRAKATA

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhanahu Wata’ala Yang Maha

Pengasih lagi Maha Penyayang atas segala nikmat, karunia, dan hidayah-Nya sehingga

penulis dapat menyelesaikan penyusunan Tugas Akhir dengan judul “Simulasi

Otomatisasi Supply Beban Menggunakan Programmable Logic Controller (PLC) Di

Observatorium Geomagnetik Lombok”.

Pembuatan Tugas Akhir ini dilaksanakan di Laboratorium Sistem Tenaga,

Jurusan Teknik Elektro Universitas Mataram. Tujuan dari penelitian ini adalah

merancang suatu sistem kontrol yang bekerja secara otomatis memindahkan sumber

energi PLTS yang terhubung ke beban ke sumber energi PLN dan memindahkan

sumber energi PLN yang tehubung ke beban ke sumber energi PLTS menggunakan

PLC Omron CP1E N30RD-A, dengan alat pendukung lainnya, yaitu sensor tegangan

dari PLTS terdiri dari PV dan baterai, sensor tegangan dari PLN, Arduino Nano, dan

driver relay. Tugas Akhir ini juga merupakan salah satu persyaratan kelulusan guna

mencapai gelar kesarjanaan S-1 di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas

Mataram.

Akhir kata, semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat untuk masyarakat dan juga

pembaca.

Mataram, Maret 2019

Imran F1B114020

vi

UCAPAN TERIMA KASIH

Tugas Akhir ini dapat diselesaikan berkat bimbingan dan dukungan ilmiah

maupun materil dari berbagai pihak, oleh karena itu pada kesempatan ini penulis

menyampaikan ucapan terima kasih yang setulus-tulusnya kepada :

1. Allah ajawazalla

2. Kedua orang tua (H. A Rahim dan Faridah Yasin), kakak tercinta umrah, serta

keluarga besar penulis atas segala nasehat, doa, motivasi, perhatian, arahan,

kesabaran dan kasih sayang yang tak terbalaskan.

3. Bapak Akmaluddin, ST., M.Sc (Eng)., Ph.D., Selaku Dekan Fakultas Teknik

Unram.

4. Bapak Muhamad Syamsu Iqbal, ST., MT., Ph.D., selaku Ketua Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram.

5. Bapak Paniran, ST., MT., selaku dosen pembimbing utama yang telah memberikan

bimbingan dan arahan kepada penulis selama penyusunan Tugas Akhir ini sehingga

dapat terselesaikan dengan baik.

6. Ibu Dr. rer. nat. Teti Zubaidah, ST.,MT., selaku dosen pembimbing pendamping yng

telah memberikan bimbingan dan arahan selama menyusun tugas akhir ini.

7. Bapak Supriono, ST., MT., sebagai dosen Pembimbing Akademik.

8. Bapak Sabar Nababan, ST., MT., Bapak Supriono, ST., MT., selaku dosen penguji

yang telah memberikan masukan-masukan selama proses penyusunan Tugas Akhir

ini.

9. Keluarga besar UKK As Siraaj yang telah mewadahi dan membimbing penulis

selama menjalankan masa perkuliahan sehingga Tugas Akhir yang dibuat dapat

bermanfaat untuk orang lain.

10. Sahabat yang telah memberikan dukungan secara langsung maupun tidak langsung

dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, khususnya Hidayatur Rahman, Sofian

Tsaury, ST., dan Muhsan, ST.

11. Seluruh teman-teman angkatan 2014 yang sudah mendukung penulis dengan

memberikan masukan dan menemani dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah memberikan

bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Semoga Allah Subhanahu Wata’ala memberikan balasan yang lebih baik ata

bantuan dan dukungan yang diberikan kepada penulis.

vii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................................. i

LEMBAR PENGESAHAAN PEMBIMBING ........................................................ ii

LEMBAR PENGESAHAAN PEMBIMBING ........................................................ iii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ...................................................... iv

PRAKATA .................................................................................................................. v

UCAPAN TERIMA KASIH ..................................................................................... vi

DAFTAR ISI ............................................................................................................. vii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................................. x

DAFTAR TABEL ...................................................................................................... xii

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................................. xiii

ABSTRAK .................................................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ..................... 1

1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................ 2

1.3 Batasan Masalah ............................................................................................... 2

1.4 Tujuan Penelitian ............................................................................................. 3

1.5 Manfaat Penelitian ........................................................................................... 3

1.6 Sistematika Penulisan ...................................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ........................................ 5

2.1 Tinjauan Pustaka ............................................................................................... 5

2.2 Dasar Teori ........................................................................................................ 6

2.2.1 Photovoltaic (PV) ................................................................................... 6

2.2.2 Accumulator/Baterai. ............................................................................... 8

2.2.3 PLC (programmable Logic Kontrol). ..................................................... 13

2.2.3.1 Sistem Koordinasi PLC ................................................................. 14

2.2.3.2 PLC Input/Output Device .............................................................. 15

2.2.3.3 Macam-macam Gerbang Logika ................................................... 16

2.2.3.3.1 AND dan NAND. .............................................................. 16

2.2.3.3.2 OR dan NOR. ..................................................................... 17

2.2.4 Model Pemrograman ................................................................................ 18

2.2.5 Automatic Transfer Switch. ...................................................................... 19

2.2.6 Sistem Catu Daya ..................................................................................... 21

viii

2.2.7 Peralatan Penunjang. ................................................................................ 21

2.2.7.1 SCC (Solar Charge Controller). .................................................... 21

2.2.7.2 Inverter. .......................................................................................... 23

2.2.7.3 Kontaktor. ...................................................................................... 25

2.2.7.4 Relai. .............................................................................................. 27

2.2.7.4.1 Prinsip Kerja. ..................................................................... 27

2.2.7.5 MCB (Miniatur Circuit Breaker). ................................................ 28

BAB III METODE PERANCANGAN/PEMBUATAN.......................................... 32

3.1 Metode Perancangan ........................................................................................ 32

3.2 Lokasi Penelitian .............................................................................................. 33

3.3 Alat dan Bahan Penelitian ................................................................................ 33

3.4 Perancangan Sistem. ........................................................................................ 34

3.4.1 Perancangan Perangkat Keras. ................................................................ 34

3.4.2 Perancangan Sensor Tegangan................................................................ 35

3.4.2.1 Perancangan Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan >=48V ....... 35

3.4.2.2 Perancangan Senosr Tegangan PV ................................................ 37

3.4.2.3 Perancangan Sensor Tegangan PLN .............................................. 38

3.4.3 Arduono Nano ......................................................................................... 40

3.4.4 Perancangan Pemrograman Sensor Tegangan pada Mikrokontroller ..... 41

3.4.5 Perancangan Driver Relay ...................................................................... 41

3.4.6 PLC CP1E N40DR-A. ............................................................................ 44

3.4.7 Perancangan Perangkat Lunak Pengendalian PLC ................................. 44

3.4.8 Perancangan Pemrograman Ladder ......................................................... 47

3.4.9 Power Suplai 24VDC dan 5VDC ............................................................... 50

3.5 Diagram Alir Penelitian dan Pengujian. .......................................................... 50

3.6 Teknik Pengujian PLC. .................................................................................... 54

BAB IV HASIL DAN PEMBAHSAN ...................................................................... 55

4.1 Pengujian Sistem .............................................................................................. 55

4.1.1 Pengujian Rangakain Sensor Tegangan .................................................. 55

4.1.1.1 Pengujian Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan 48V ................ 56

4.1.1.2 Pengujian Sensor Tegangan Modul PV ......................................... 58

4.1.1.3 Pengujian Sensor Tegangan PLN .................................................. 59

4.1.2 Pengujian Rangkaian Driver Relay ......................................................... 61

ix

4.1.3 Pengujian PLC .............................................................................................. 63

4.1.3.1 Pemrogaman Ladder ...................................................................... 63

4.1.3.2 Hasil Pengujian .............................................................................. 68

BAB V PENUTUP ..................................................................................................... 72

5.1 Kesimpulan ...................................................................................................... 72

5.2 Saran ................................................................................................................ 72

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 73

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip Kerja Sel Surya ............................................................................ 7

Gambar 2.2 Beban Sel Surya ....................................................................................... 7

Gambar 2.3 Discharging dan Charging pada Baterai ................................................. 9

Gambar 2.4 Kurva Charging dan Discharging pada Baterai ...................................... 10

Gambar 2.5 State Of Charge dan Depth Of Discharge pada Baterai .......................... 10

Gambar 2.6 PLC Omron CP1E-E40DR-A .................................................................. 14

Gambar 2.7 Jalur Koordinasi PLC ............................................................................... 14

Gambar 2.8 PLC Komponen Diagram ........................................................................ 15

Gambar 2.9 Logika AND dan NAND. ........................................................................ 16

Gambar 2.10 Rangkaian Elektrik AND ....................................................................... 16

Gambar 2.11 Ladder Diagram AND ............................................................................ 17

Gambar 2.12 Logika OR dan NOR ............................................................................. 17

Gambar 2.13 Rangkaian Elektrik OR .......................................................................... 17

Gambar 2.14 Diagram Ladder OR ............................................................................... 18

Gambar 2.15 Ladder Diagram ..................................................................................... 18

Gambar 2.16 Solar Charger Controller ........................................................................ 22

Gambar 2.18 Prinsip Kerja Inverter ............................................................................. 24

Gambar 2.18.a Bentuk Gelombang dari Inverter Setengah Gelombang ..................... 24

Gambar 2.18.b Bentuk Gelombang dari Inverter Gelombang Penuh .......................... 24

Gambar 2.19 Inverter ................................................................................................... 26

Gambar 2.20 Kontaktor ............................................................................................... 26

Gambar 2.21 Skema Relay Elektromekanik ................................................................ 28

Gambar 2.22 Relay Omron Tipe MK2P-I ................................................................... 28

Gambar 2.23 MCB ....................................................................................................... 29

Gambar 3.1 Prinsip Dasar Kontrol PLC ...................................................................... 32

Gambar 3.2 Perancangan Diagram Pengawatan .......................................................... 35

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan >=48V ..................... 36

Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Tegangan PV. ............................................................. 37

Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan PLN. .......................................................... 38

Gambar 3.6 Arduino Nano. .......................................................................................... 40

Gambar 3.7 Program Sensor Tegangan pada Arduino ............................................. 41

xi

Gambar 3.8 Rangkaian Driver Relay. .......................................................................... 44

Gambar 3.9 PLC Omron CP1E N40DR-A .................................................................. 44

Gambar 3.10 Program Ladder Diagram PLC .............................................................. 47

Gambar 3.11 Internal Relay Sebagai Pengunci (Latching) .......................................... 47

Gambar 3.12 Operaso timer 00 .................................................................................... 48

Gambar 3.13 Kontak Inverter ...................................................................................... 48

Gambar 3.14 Kontaktor PLTS ..................................................................................... 49

Gambar 3.15 Operasi timer 01 ..................................................................................... 49

Gambar 3.16 Kontaktor PLN ....................................................................................... 49

Gambar 3.17 Rangkaian Regulator 24VDC .................................................................. 50

Gambar 3.18 Diagram Alir Penelitian. ........................................................................ 51

Gambar 3.19 Diagram Alir Pengujian Sensor Tegangan pada Arduino. ..................... 52

Gambar 3.20 Diagram Alir Pengujian PLC. ................................................................ 53

Gambar 4.1 Pengujian Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan >=48V ...................... 56

Gambar 4.2 Grafik Pengujian Sensor Tegangan Saat Kapasitas Penyimpanan Daya

Baterai >=80% dan >=50%......................................................................57

Gambar 4.3 Pengujian Sensor Tegangan PV ............................................................... 58

Gambar 4.4 Grafik Pengujian Sensor Teganga PV ..................................................... 59

Gambar 4.5 Pengujian Sensor Tegangan PLN ............................................................ 60

Gambar 4.6 Grafik Pengujian Sensor Tegangan PLN ................................................. 61

Gambar 4.7 Pengujian Driver Relay ............................................................................ 62

Gambar 4.8 Latching ................................................................................................... 64

Gambar 4.9 Kondisi Normal PLTS ............................................................................. 65

Gambar 4.10 Perpindahan Suplai PLTS ke Suplai PLN ............................................. 66

Gambar 4.11 Perpindahan Suplai PLN ke Suplai PLTS dengan Delay Waktu ........... 67

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tegangan yang dihasilkan oleh PV ............................................................. 8

Tabel 2.2 Pengukuran kapasitas penyimpanan daya baterai saat (AC ON/OFF)

dan semua peralatan ON ............................................................................. 12

Tabel 2.3 Logika AND dan NAND ............................................................................ 16

Tabel 2.4 Logika OR dan NOR .................................................................................. 17

Tabel 2.5 Spesifikasi MPPT Solar Charge Controller ................................................ 23

Tabel 2.6 Spesifikasi Inverter Luminous ..................................................................... 25

Tabel 2.7 Persamaan untuk menentukan arus beban MCB ........................................ 29

Tabel 3.1 Spesifikasi Arduino Nano. .......................................................................... 40

Tabel 3.2 Dafrtar Input/Output dan Timer ................................................................... 45

Tabel 3.3 Metode Pengujian Program diagram ladder PLC ........................................ 46

Tabel 4.1 Nilai Tegangan Input dan Output Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan

>=48V.......................................................................................................... 57

Tabel 4.2 Nilai Tegangan Input dan Output Sensor Tegangan PV ............................. 58

Tabel 4.3 Nilai Tegangan Input dan Output Sensor Tegangan PLN ........................... 60

Tabel 4.4 Pengujian saat Kondisi Normal ................................................................... 68

Tabel 4.5 Pengujian saat PV dan Baterai PLTS kurang 80% dan PLN Suplai Beban 69

Tabel 4.6 Pengujian saat PLN padam dan Baterai PLTS >=50% ............................... 70

xiii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Program Sensor Tegangan pada Arduino ................................................ 75

Lampiran 2. Program Ladder Diagram PLC ............................................................... 76

Lampiran 3. Latching ................................................................................................... 77

Lampiran 4. Kondisi Normal PLTS ............................................................................. 78

Lampiran 5. Perpindahan Suplai PLTS yang terhubung ke Baban ke Suplai PLN ..... 79

Lampiran 6. Pemindahan Suplai PLN yang terhubung ke Beban ke Suplai PLTS ..... 80

xiv

ABSTRAK

Observatorium Geomagnetik Lombok (LOK) berupaya menerapkan PLTS sebagai penunjang sistem kelistrikan primer di instansinya. Karena Observatorium hingga saat ini sering terjadi pemadaman listrik dari sistem suplai PLN, sehingga dikhawatirkan dapat menimbulkan kerusakan peralatan-peralatan dan tidak dapat memenuhi standar Internatioanl Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) karena data yang didapat tidak kontinu. Pada penelitian tugas akhir ini, dirancang suatu sistem kontrol yang bekerja secara otomatis memindahkan sumber energi PLTS yang terhubung dengan beban ke sumber energi PLN dan memindahkan sumber energi PLN yang tehubung dengan beban ke sumber energi PLTS menggunakan PLC Omron CP1E N30RD-A. Pemindahan sumber energi secara otomatis menggunakan PLC sudah berjalan dengan baik yaitu, dari sumber energi PLTS yang terhubung dengan beban ke sumber energi PLN membutuhkan waktu 3 detik dan begitu juga sebaliknya pemindahan sumber energi dari PLN yang terhubung dengan beban ke sumber energi PLTS membutuhkan waktu 3 detik.

Kata Kunci : PLTS, PLN, PLC, Sensor Tegangan, Arduino Nano, Driver Relay, Kontrol Otomatis

xv

ABSTRACT

The Lombok Geomagnetic Observatory (LOK) seeks to implement the PLTS as supporting primary electrical system in their institutions. Because the observatory until now frequent power outages from PLN supply system, so it is feared could lead to damage to equipment and can not meet the standards Internatioanl Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) because the data obtained is not continuous. In this research, design a control system that works automatically move energy sources from solar power connected with the load to an energy source PLN and move the energy source from PLN the connected with the load to an energy source PLTS using Omron PLC CP1E N30RD-A. The transfer of energy resources automatically using PLC is running well, from an energy source that is connected with the load solar power energy source to PLN takes 3 seconds and vice versa removal of the energy source that is connected with the load PLN to solar power energy source takes 3 seconds.

Keywords: PLTS, PLN, PLC, Voltage Sensor, Arduino Nano, Relay Driver, Automatic Control

1

BAB I

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Pulau Lombok memiliki intensitas radiasi matahari yang cukup tinggi yaitu 5,4

kWh/𝑚2/hari, dengan penyinaran matahari yang rata-rata diatas 50% setiap bulannya.

Tingkat radiasi matahari yang tinggi ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi

terbarukan. (NASA Surface meteorology and solar energy, 2014 dalam Yulianti, 2014).

Observatorium Geomagnetic Lombok berupaya menerapkan PLTS sebagai

penunjang sistem kelistrikan primer di instansinya. Observatorium hingga saat ini

sering terjadi pemadaman listrik dari sistem suplai PLN, sehingga dikhawatirkan dapat

menimbulkan kerusakan peralatan-peralatan dan tidak dapat memenuhi standar

Internatioanl Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA) karena data yang

didapat tidak kontinu.

PLTS dalam penggunaannya tidak dapat digunakan selama sehari penuh

melayani beban tanpa adanya baterai/aki sebagai penyimpan daya, karena sumber

energi matahari hanya tersedia pada siang hari. Meskipun telah tersedia baterai maka

tetap dibutuhkan sumber energi dari PLN, dengan tujuan untuk melayani kebutuhan

daya listrik secara kontinu pada sisi beban. Untuk itu dibutuhkan suatu alat bantu untuk

melakukan pengontrolan secara otomatis memindahkan sumber energi PLTS yang

tehubung ke beban ke sumber energi PLN dan mengambil alih suplai daya listrik ke

beban saat sumber dari PLTS kekurangan daya dan begitu pula sebaliknya.

Pengontrol otomatis tersebut yaitu Programmable Logic Control (PLC) dengan

merancang sensor tegangan sebagai alat tambahan yang mampu mendeteksi tegangan

dari PV, Baterai, dan PLN. Sensor tegangan ini mampu memerintahkan driver relay

yang terhubung ke PLC, sehingga PLC bekerja sesuai perintah program. Kontrol

menggunakan PLC merupakan solusi tepat untuk mengatasi masalah ini, dimana

pekerjaan yang seharusnya menggunakan tenaga manusia digantikan dengan perangkat

yang dikendalikan secara otomatis, dengan begitu pekerjaan dapat selesai dalam waktu

yang relatif singkat dan efisien. Selain itu PLC dapat diprogram ulang apabila jika

diinginkan suatu perubahan dalam proses, sehingga lebih praktis karena kita tidak perlu

membongkar ulang yang telah ada, khususnya dalam wiring, melainkan programnya

saja yang diubah.

2

Sehingga dalam penelitian tugas akhir ini, akan merancang suatu sistem

kontrol yang bekerja secara otomatis memindahkan sumber energi PLTS yang

terhubung ke beban ke sumber energi PLN dan memindahkan sumber energi PLN

yang tehubung ke beban ke sumber energi PLTS menggunakan PLC Omron

CP1E N30RD-A, dengan alat pendukung lainnya, yaitu sensor tegangan dari

PLTS terdiri dari PV dan baterai, sensor tegangan dari PLN, Arduino Nano, dan

driver relay. Dimana sensor ini nantinya mampu mendeteksi tegangan dari PLTS

dan PLN yang akan di kontrol menggunakan Arduino, selanjutnya arduino ini

mampu menjalankan driver relay yang terhubung ke PLC, sehingga PLC dapat

bekerja sesuai yang di programkan.

1.2 Rumusan Masalah

Permasalahan yang diangkat dalam penelitian ini adalah

1. Merancang sensor tegangan yang mampu mendeteksi tegangan dari PV,

baterai, dan PLN.

2. Merancang program PLC sebagai sistem pengontrol yang mampu

memindahkan sumber energi dari PLTS yang terhubung ke beban ke sumber

energi PLN atau dari sumber energi PLN yang terhubung ke beban ke

sumber energi PLTS secara otomatis.

3. Memindahkan sumber energi PLTS yang terhubung ke beban ke sumber

energi PLN dan memindahkan sumber energi PLN yang terhubung ke beban

ke sumber energi PLTS secara otomatis menggunakan PLC.

1.3 Batasan Masalah

Untuk menghindari agar tidak menyimpang dan luasnya pembahasan dalam

tugas akhir ini, maka penulis akan memberikan beberapa batasan, yaitu:

1. Menggunakan 2 catu daya yaitu PLN dan PLTS (terdiri dari PV dan Batrai),

dengan mengoptimalkan penggunaan PLTS dan menganggap PLN sebagai

back up.

2. Sistem menggunakan pengontrol PLC Omron CP1E N30DR-A.

3. Sumber PLTS akan hidup jika tegangan PV >65V dan kapasitas

penyimpanan daya baterai terisi >=80% sebanding dengan tegangan >51.5V,

jika sumber PLN mati maka sumber PLTS akan hidup dengan syarat

3

kapasitas penyimpanan daya baterai terisi >=50% sebanding dengan

tegangan >48V, dan tetap mensuplai PLN jika keadaan baterai <50%.

4. Dua buah variabel power supply DC digunakan sebagai modul PV dan

baterai.

5. Pengujian peralatan menggunakan simulasi di Laboratorium Sistem Tenaga.

1.4 Tujuan Penulisan

Penulisan tugas akhir ini bertujuan untuk:

1. Dapat merancang sensor tegangan yang mampu mendeteksi tegangan dari

PV, baterai, dan PLN.

2. Mempelajari penggunaan PLC sebagai salah satu alat kontrol otomatis.

3. Dapat mengetahui pemindahan sumber energi PLTS yang terhubung ke

beban ke sumber energi PLN dan pemindahan sumber energi PLN yang

terhubung ke beban ke sumber energi PLTS secara otomatis menggunakan

PLC.

1.5 Manfaat Penelitian

Adapun manfaat dalam penulisan tugas akhir ini adalah

1. Alat ini dapat membantu teman-teman teknisi di Observatorium dalam

meringankan pekerjaannya, dimana pekerjaan yang seharusnya

menggunakan tenaga manusia digantikan dengan alat yang dikendalikan

secara otomatis. Dengan begitu pekerjaan dapat selesai dalam waktu yang

relatif singkat dan efisien.

2. Pengontrol otomatis menggunakan PLC juga mampu memindahkan sumber

energi listrik dalam mengatasi kehilangan daya listrik dari catu daya PLTS

yang terhubung ke beban ke catu daya PLN dan begitu pula sebaliknya.

3. Bagi penulis, penelitian ini dapat memperluas wawasan tentang penggunaan

PLC sebagai alat kontrol otomatis.

1.6 Sistematika Penulisan

Dalam penyusunan laporan ini, penulis menggunakan sistematika penulisan

sebagai berikut:

4

BAB I : PENDAHULUAN

Pada bab ini secara ringkas dibahas latar belakang penulisan, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat yang diharapkan, dan sistematika

penulisan.

BAB II : TEORI DASAR

Memuat tentang tinjauan pustaka yang menjabarkan hasil penelitian sebelumnya

yang berkaitan dengan penelitian dan landasan teori yang menjabarkan tentang PLC,

catu daya, Batrai, Photovoltaic dan dasar teori yang berhubungan dengan penelitian ini.

BAB III : PERANCANGAN SISTEM

Memuat tentang lokasi dan waktu penelitian, objek penelitian, alat dan bahan,

langkah-langkah penelitian, dan perancangan sistem.

BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN

Memuat tentang hasil pengujian sensor yang digunakan dan hasil pengujian

keseluruhan sistem, pembahasan dan analisa.

BAB V : PENUTUP

Memuat tentang kesimpulan penelitian dan saran bagi peneliti selanjutnya.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1. TINJAUAN PUSTAKA

Alfian, (2015), melakukan penelitian tentang bagaimana merancang

suatu kontroler switching sistem hibrid berbasis PLC yang dapat dioperasikan secara

otomatis maupun manual. PLC digunakan sebagai switch control sistem hibrid yang

bekerja secara otomatis dan manual dalam megatur waktu operasi dari masing–masing

unit pembangkit dalam upaya mensuplai beban. Dimana controller dari PLC ini bekerja

sesuai instruksi yang telah dibuat oleh perancang dalam bentuk bahasa

pemrograman ladder diagram, sehingga pengaturan waktu operasi dari masing–masing

pembangkit ini dapat di tentukan secara fleksibel sesuai keinginan kita.

Raharjo, (2013), melakukan penelitian tentang merancang sistem hybrid antara

solar cell, baterai, PLN untuk mensuplai beban DC 12V. Sistem ini menggunakan solar

cell sebesar 100wp dan mengalami keadaan puncak pada pukul 13.00 dengan

menghasilkan tegangan 20,03V, arus 4,52A dan daya sebesar 90,52W. Hasil dari

pengujian sistem ini menunjukan bahwa Sistem hibrid bekerja berdasarkan sensor

tegangan solar sell dan sensor tegangan baterai. Jika sensor 1 pada kondisi Off dan

sensor 2 pada kondisi Off maka beban akan disuplai oleh PLN, dan PLN akan

mencharging baterai, jika sensor 1 pada kondisi OFF dan sensor 2 ON maka beban akan

disuplai oleh baterai .jika sensor 1 pada kondisi On dan Sensor 2 pada kondisi Off maka

beban akan disuplai oleh Solar Cell dan melakukan proses charging, dan jika kedua

sensor pada kondisi On maka Beban akan disupai oleh Solar Cell dan tidak melakukan

proses charging.

Aliyu, dkk, (2015), melakukan penelitian tentang rancang bangun prototipe

sistem pengambilan dan pemuatan kemasan (palletizing) yang bekerja berdasarkan

kendali yang diberikan melalui PLC untuk tujuan edukasi. Penelitian ini dibagi atas dau

bagian, yaitu perancangan perangkat-keras dan perangkat-lunak. Perangkat-kerasnya

adalah prototipe sistem palletizing baik bagian mekanik maupun elektriknya sedangkan

perangkat-lunaknya adalah pemrograman melalui PLC. Hasil pengujian rangkaian

kedekatan menunjukkan bahwa rangkaian sensor kedekatan berfungsi dengan baik,

6

yaitu ketika sensor tidak terhalang sebuah objek maka tegangan luarannya sebesar 0,67

volt dan ketika sensor terhalang objek sebesar 6,74 volt. Bahwa berdasarkan

pengukuran respon sensor terhadap ada tidaknya kemasan diperoleh jarak baca sensor

berkisar kurang lebih 3,6 cm. Hasil pengujian aplikasi PLC terhadap mekanik

menunjukkan bahwa program yang diisikan ke PLC memberikan luaran sebagaimana

diharapkan. Berdasarkan hasil pengujian keseluruhan sistem menunjukkan bahwa

sistem mampu bekerja sesuai yang diharapkan.

Rahman, dkk, (2015), melakukan penelitian tentang merancang ATS/AMF

sebagai pengalihan catu daya otomatis berbasis Programmable logic controller (PLC).

ATS/AMF ini dikendalikan dengan PLC sebagai control otomatis sehingga

memudahkan dalam pembuatan dan meminimalisir biaya dalam penggunaan komponen.

Hasil dari penelitian alat ini, bahwa proses peralihan suplai energi listrik dari PLN ke

genset membutuhkan waktu peralihan yang digunakan sebagai proses untuk

mempersiapkan suplai energilistrik dari genset seperti starting genset selama 5 detik,

pemanasan genset 10 detik.

Yuliadi, (2017), melakukan penelitian tentang mendesain sebuah control ATS

PLN – sel surya. Dimana ketika suplai dari PLN terjadi pemadaman maka untuk

mengganti suplai energi di alihkan ke sel surya. Hasil dari pengujian alat ini, bahwa

Automatic Transfer Switch (ATS) memudahkan pergantian antara dua sumber yang

berbeda yaitu sumber PLN dan Sumber Sel Surya. Apabila terjadinya pemadaman

energi listrik pada sumber PLN maka pada Sel Surya akan bekerja untuk mengsupply

sumber energy listrik. Sumber tegangan yang didapatkan oleh panel sel surya dapat

disimpan kedalam baterai atau aki.

2.2 DASAR TEORI

2.2.1 Photovoltaic (PV)

Photovoltaic atau Sel surya ialah sebuah alat yang tersusun dari material

semikonduktor yang dapat mengubah sinar matahari menjadi tenaga listrik secara

langsung. Sering juga dipakai istilah photovoltaic atau fotovoltaik. Sel surya pada

dasarnya terdiri atas sambungan P-N yang sama fungsinya dengan sebuah dioda.

Sederhananya, ketika sinar matahari mengenai permukaan sel surya, energi yang dibawa

oleh sinar matahari ini akan diserap oleh elektron pada sambungan P-N untuk berpindah

7

dari bagian dioda P ke N dan untuk selanjutnya mengalir ke luar melalui kabel yang

terpasang ke sel.

Gambar 2.1 Prinsip kerja sel surya (Purba, 2013)

Pembangkit listrik tenaga surya konsepnya sederhana. Yaitu mengubah cahaya

matahari menjadi energi listrik. Cahaya matahari merupakan salah satu bentuk energi

dari sumber daya alam. Sumber daya alam matahari ini sudah banyak digunakan untuk

memasok daya listrik melalui sel surya. Sel surya ini dapat menghasilkan energi listrik

dalam jumlah yang tidak terbatas langsung diambil dari matahari, tanpa ada bagian yang

berputar dan tidak memerlukan bahan bakar. Sehingga sistem sel surya sering dikatakan

bersih dan ramah lingkungan.

Gambar 2.2 Beban sel surya (Purba, 2013)

Sistem sel surya yang digunakan di permukaan bumi terdiri dari panel sel surya,

rangkaian kontroler pengisian (charge controller), dan aki (baterai) 12 volt. Panel sel

surya merupakan modul yang terdiri beberapa sel surya yang digabung dalam hubungan

seri dan paralel tergantung ukuran dan kapasitas yang diperlukan. Yang sering

digunakan adalah modul sel surya 20 watt atau 30 watt.

http://1.bp.blogspot.com/-K8MIKlwEWwg/TfzGzBdc2AI/AAAAAAAAAus/DHqyzI8Ov4w/s1600/Sistim+Panel+surya.png

http://3.bp.blogspot.com/-cVnwr9NRbo4/TfzHN5hiTQI/AAAAAAAAAuw/93ain1TCgW8/s1600/stand.jpg

http://1.bp.blogspot.com/-K8MIKlwEWwg/TfzGzBdc2AI/AAAAAAAAAus/DHqyzI8Ov4w/s1600/Sistim+Panel+surya.png

http://3.bp.blogspot.com/-cVnwr9NRbo4/TfzHN5hiTQI/AAAAAAAAAuw/93ain1TCgW8/s1600/stand.jpg

8

Rangkaian kontroler pengisian aki dalam sistem sel surya merupakan rangkaian

elektronik yang mengatur proses pengisian aki. Kontroler ini dapat mengatur tegangan

aki dalam selang tegangan 12 volt plus minus 10 persen. Bila tegangan turun sampai

10,8 volt, maka kontroler akan mengisi aki dengan panel surya sebagai sumber dayanya.

Tentu saja proses pengisian itu akan terjadi bila berlangsung pada saat ada cahaya

matahari. Jika penurunan tegangan itu terjadi pada malam hari, maka kontroler akan

memutus pemasokan energi listrik. Setelah proses pengisian itu berlangsung selama

beberapa jam, tegangan aki itu akan naik. Bila tegangan aki itu mencapai 13,2 volt,

maka kontroler akan menghentikan proses pengisian aki itu. Setelah baterai terisi penuh

sumber dc, maka jika ingin digunakan maka di perlu komponen tamban yaitu berupa

inverter yang akan merubah tegangan DC menjadi tegangan AC sehingga dapat

digunakan untuk mensupalai beban yang membutuhkan sumber AC.

Berikut merupakan hasil pengukuran saat melakukan penelitian, dimana terdapat

12 modul PV yang diseri 4, paralel 3 dengan tegangan masing-masing panel 12 V dapat

dilihat pada Tabel 2.1 di bawah ini.

Tabel 2.1 Tegangan yang dihasilkan oleh PV

No Tegangan PV Seluruh Panel (V) Satu Panel (V)

1 60 15 2 65 16.25 3 70 17.5 4 75 18.75 5 80 20 6 85 21.25 7 90 22.5

Berdasarkan hasil pengukuran dilapangan dalam penelitian menggunakan 12

modul PV yang terpasang dimana 4 modul diseri kemudian diparalel 3 dan saat kondisi

sinar matahari masih cerah, maka didapat tegangan yang dihasilkan oleh PV yaitu

sebesar >65V. Tegangan >65V ini diasumsikan bisa menghasilkan energi yang dapat

men-charging baterai.

2.2.2 Accumulator/Baterai

Accumulator atau sering disebut aki, adalah salah satu komponen utama dalam

kendaraan bermotor, baik mobil atau motor, semua memerlukan aki untuk dapat

9

menghidupkan mesin kendaraan (mencatu arus pada dinamo stater kendaraan). Aki

mampu mengubah tenaga kimia menjadi tenaga listrik.

Dikenal dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses

kimiawi, yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dari elemen

basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer yang menyebabkan elektron

mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak dapat dibalik

arahnya. Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati kembali

dan memerlukan penggantian bahan pereaksinya (elemen kering). Sehingga dilihat dari

sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros. Contoh elemen primer

adalah batu baterai (dry cells).

Elemen sekunder dalam pemakaiannya harus diberi muatan terlebih dahulu

sebelum digunakan, yaitu dengan cara mengalirkan arus, tidak seperti elemen primer,

elemen sekunder dapat dimuati kembali berulang kali. Elemen sekunder ini lebih

dikenal dengan aki. Dalam sebuah aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel

(bolak-balik) dengan efisiensi yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia

reversibel yaitu di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi

tenaga listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga

listrik menjadi tenaga kimia (charging).

Gambar 2.3 Discharging dan Charging pada baterai (Albert ng, 2018)

Tegangan nominal baterai adalah nilai tegangan yang tercantum pada label

baterai, pada sistem PV, umumnya menggunakan 12V, 24V, atau 48V. Tegangan

nominal belum tentu sama dengan nilai tersebut, tergantung kapasitas sisa energi yang

masih terkandung dalam baterai state of charge (SOC), kondisi pengisian (charging),

10

atau kondisi pengosongan (discharging).

Gambar 2.4 Kurva Charging dan Discharging pada baterai (Albert ng, 2018)

Dalam sebuah sirkuit elektronik, baterai dapat dianggap sebagai sumber

tegangan Vb dengan beban seri Ri. Pada gambar kiri, kondisi pengisian baterai

(charging), arus listrik I mengalir ke terminal (+) baterai Vb, oleh karenanya ada selisih

tegangan pada beban seri. Artinya, tegangan V yang terukur saat pengisian baterai, lebih

besar dari Vb (V > Vb). Pada gambar kanan, kondisi pengosongan baterai (discharging),

arus listrik I mengalir ke arah sebaliknya, yakni keluar dari terminal (+) baterai Vb.

Tegangan V yang terukur saat pengosongan baterai, lebih kecil dari Vb (V <

Vb), tegangan pada beban seri tetap sama namun dengan polaritas yang berbalik. Vb

disebut juga tegangan buka open circuit voltage (VOC).

State of Charge adalah prosentase kapasitas baterai yang masih tersedia

(tersisa), terhadap kapasitas maksimumnya. Sebaliknya Depth of Discharge adalah

prosentase kapasitas baterai yang telah dikosongkan (terpakai), terhadap kapasitas

maksimumnya. Contoh: sebuah baterai berkapasitas 10Ah telah dikosongkan

(terpakai) 2Ah, artinya SoC=80% dan DoD=20%.

Gambar 2.5 State Of Charge dan Depth Of Discharge pada Baterai

(Albert ng, 2018)

11

Siklus Hidup (Cycle Life) Baterai

Baterai dalam sistem PV mengalami berulang kali siklus pengisian dan

pengosongan selama umur pakainya. Siklus hidup (cycle life) baterai adalah banyaknya

pengisian dan pengosongan hingga kapasitas baterai turun (melemah) dan tersisa 80%

dari kapasitas nominalnya. Dari grafik di atas, terlihat pada suhu operasional baterai

yang lebih rendah, maka siklus hidup baterai lebih lama. Siklus hidup baterai juga

tergantung dari DOD, artinya baterai yang dikosongkan hanya 50% dari kapasitasnya

berumur lebih lama jika dibandingkan dengan dikosongkan hingga 80%.

Hasil pengukuran saat melakukan penelitian dapat dilihat pada Tebel 2.2

dibawah ini.

12

Tabel 2.2 Pengukuran kapasitas penyimpanan daya baterai saat (AC ON/OFF) dan semua peralatan ON

No AC ON/OFF

No

AC ON/OFF No

Semua ON MPPT/SCC

% Baterai (V) AC

ON Baterai (V) AC

OFF MPPT/SCC

% Baterai (V) AC

ON Baterai (V) AC

OFF MPPT/SCC

% Baterai

1 100 52.4-49.8 53.1 21 51 49.3-48.6 49.9 1 100 52.2 2 95 53.8 22 50 48.5 49.7 2 95 51.8 3 92 52 55.4 23 45 49.7 3 90 51.7 4 91 50.4-49.5 51.3 24 44 48.9-48.5 49.7 4 85 51.6 5 90 52.1 25 43 48.4 49.7 5 80 51.5 6 89 52-49.2 53.3 26 40 49.7 6 75 51.4 7 88 49.3 27 37 49.3-48.4 49.6 7 70 50.9 8 85 52-49.1 53.4 28 36 48.3 49.5 8 65 50.5 9 81 52 55.7 29 35 49.5 9 60 50.4

10 80 49.5 30 32 49.1-48.1 49.4 10 55 49.8 11 78 49.5 51.6 31 31 48.3-47.8 49.4 11 50 48 12 75 51.3 32 30 47.8 49 12 49 47.8 13 71 51.6-49.6 52 33 29 48.7 13 48 Mati 14 70 48.8 50.8 34 28 48.7

15 65 51.7-49.7 52.3 35 27 48.7 16 64 49.3 50.8 36 26 48.7 17 60 50.8 37 25 48.1-47.6 48.7 18 58 50.1-49.2 50.7 38 23 43.2-41.7 46.8 19 57 49.1 50.4 39 22 41.4-40 Mati 20 55 50.6

13

Berdasarkan data yang didapat dari lokasi penelitian bahwa kapasitas pengisian

daya baterai 100% saat AC ON dan AC OFF, sebanding dengan tegangan 52.4V-49.8V.

Sedangkan kapasitas pengisian daya baterai 100% saat semua peralatan ON, sebanding

dengan tegangan baterai 52.2 V. Setelah kapasitas daya baterai mencapai 22% saat AC

ON dan AC OFF, sebanding dengan tegangan 41.4V dan kapasitas daya baterai 48%

saat semua peralatan ON, sebanding dengan tegangan 47.8V maka suplai PLTS

langsung mati, karena baterai tidak mampu meberikan suplai ke beban.

1.2.3 PLC (Programmable Logic Controller)

Defenisi PLC sesuai oleh National Electrical Manufactural Association

(NEMA) pada tahun 1979 adalah: “Peralatan elektronika yang beroperasi secara digital,

yang menggunakan programmable memori untuk menyimpan internal bagi intruksi-

intruksi fungsi spesifik seperti logika, sekuenting, timing, counting dan aritmatika untuk

mengendalikan secara digital atau analog input maupun output, berbagai tipe mesin, dan

proses’’.

PLC adalah kependekan dari Programmable Logic Controller yang merupakan

hasil dari tuntutan kebutuhan akan kontroler yang murah, yang dapat digunakan untuk

segala kondisi dan mudah dalam pengoperasiannya. PLC juga merupakan sistem

kontrol yang berdasarkan Central Processing Unit (CPU) yang menggunakan perangkat

keras dan memori untuk mengendalikan proses. Kontrol jenis ini didesain untuk

menggantikan hardware relay dan timer logic (M. Budiyanto dan A. Wijaya, 2003:12).

PLC menyediakan kemudahan pengendalian berdasarkan pemrograman dan

pelaksanaan instruksi logic yang sederhana. PLC mempunyai fungsi internal seperti

timer, counter dan shift register sehingga kontrol yang rumit dapat diwujudkan dengan

sesederhana mungkin.

14

Gambar 2.6 PLC Omron CP1E-E40DR-A (Aliyu, 2015)

2.2.3.1 Sistem Koordinasi PLC

Gambar. 2.7 Jalur Koordinasi PLC (Ramadhan, 2014)

CPU mengeksekusi pengkodean intruksi dari memori, menghasilkan sinyal/data

kendali yang ditransfer ke I/O (input-output) atau ke memori. Programming Device

(PD) adalah perangkat untuk membuat, mengedit, atau debugging program PLC,

menggunakan PC dengan adapter communication PLC. Programming Memori (PM)

berfungsi menyimpan intruksi, program dan data program PLC, berupa RAM , EPROM

ataupun EEPROM. Modul input/output (I/O) adalah parameter input dan output dari

peralatan yang dikontrol. Modul ini berupa I/O discrete dan special I/O.

15

2.2.3.2 PLC Input/Output Devices

Gambar. 2.8 PLC Komponen Diagram (Zimmerman, 2008)

PLC memiliki input device yang disebut sensor, output device serta controller.

Peralatan yang dihubungkan pada PLC yang berfungsi mengirim sebuah sinyal ke PLC

disebut input device. Sinyal input masuk pada PLC disebut input poin. Input poin ini

ditempatkan dalam lokasi memori sesuai dengan statusnya on atau off.

Secara umum, cara kerja sistem yang dikendalikan PLC cukup sederhana.

1. PLC mendapatkan sinyal dari input device

2. Akibatnya PLC mengerjakan logika program yang ada di dalamnya

3. PLC memberikan sinyal output device

Dari penjelasan di atas, didapatkan definisi sebagai berikut:

• PLC Input device: benda fisik yang memicu eksekusi logika/program pada

PLC.

Contoh: saklar (switch/toggle switch, push button) dan sensor.

• PLC Output device: benda fisik yang diaktifkan oleh PLC sebagai hasil

eksekusi program. Contoh ialah motor DC, motor AC, solenoid, relay dan

lain-lain.

16

Pada input device yang menjadi sensor adalah push button dengan masukan arus.

Sinyal yang diterima atau dihasilkan oleh peralatan berupa sinyal “discrete” ataupun

“analog”. Discrete input device menghasilkan sinyal 0 dan 1, sedang analog input

device menghasilkan sinyal dengan range tertentu (0, 1, 2, 3, 4,…..). demikian juga

discrete output device diaktifkan sinya 0 dan 1, sedang analog output device dapat

diaktifkan oleh sinyal dengan range tertentu (0, 1, 2, 3, 4,….).

2.2.3.3 Macam-macam Gerbang Logika

2.2.3.3.1 AND dan NAND

Logika pensaklaran AND seperti sakelar NO dan NAND seperti saklar NC.

Simbol ladder diagram dari AND dan NAND seperti Gambar 2.4 di bawah ini:

Gambar 2.9 Logika AND dan NAND Tabel 2.3 Logika AND dan NAND

S2 S1 AND NAND 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0

Gambar 2.10 Rangkaian Elektrik AND

Gambar 2.11 Ladder diagram AND

17

2.2.3.3.2 OR dan NOR

Logika pensaklaran OR seperti saklar NO dan logika pensaklaran NOR

seperti saklar NC. Simbol ladder diagram dari OR dan NOT OR seperti Gambar di

bawah ini:

Gambar 2.12 Logika OR dan NOR

Tabel 2.4 Logika OR dan NOR

S2 S1 OR NOR 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0

Gambar 2.13 Rangkaian Elektrik OR

Gambar 2.14 Ladder diagram OR

18

1.2.4 Model Pemrograman

Menurut Setiawan, (2006), berkaitan dengan pemrograman PLC, ada lima model

atau metode yang distandarnisasi penggunaannya oleh IEC (International Electrical

Commission), yaitu:

1. Instruction List (Daftar Instruksi)

Pemrograman dengan menggunakan instruksi-instruksi bahasa level

rendah (mnemonic), seperti LD/STR, NOT, AND, dan sebagainya.

2. Ladder Digram (Diagram Tangga)

Pemrograman berbasis logika relay, cocok digunakan untuk persolan-

persoalan kontrol diskrit yang kondisi input outputnya hanya memiliki dua

kondisi yaitu ON dan OFF, seperti pada sistem control konveyor, lift, dan

motor-motor industri.

3. Function Block Diagram (Diagram Blok Fungsional)

Pemrograman berbasis aliran data secara grafis. Banyak digunakan untuk

tujuan kontrol proses yang melibatkan perhitungan-perhitungan kompleks

dan akuisisi data analog.

4. Sequential Function Charts (Diagram Fungsi Sekuensial)

Metode grafis untuk pemrograman terstruktur yang banyak melibatkan

langkah-langkah rumit, seperti pada bidang robotika, perakitan kendaraan,

batch control, dan sebagainya.

5. Structured Text (Teks Terstruktur)

Pemrograman ini menggunakan statemen-statemen yang umum dijumpai

pada bahasa level tinggi (high level programming) seperti If/Then, Do/While,

Case, For/Next, dan sebagainya. Dalam aplikasinya, model ini cocok

digunakan untuk perhitungan-perhitungan matematis yang kompleks,

pemrosesan tabel dan data, serta fungsi-fungsi kontrol yang memerlukan

algoritma khusus.

Walaupun hampir semua vendor PLC telah mendukung kelima model

pemrograman tersebut, tetapi secara de facto sampai saat ini yang sangat luas

penggunaannya terutama di industri adalah Ladder Diagram. Alasan utamanya adalah

19

karena diagram ini mirip dengan diagram kontrol elektromekanis yang sebelumnya

sudah banyak digunakan di industri.

Software yang digunakan pada PLC ini adalah CX Programmer dengan model

pemrograman ladder diagram. Contoh tampilan CX Programmer :

Gambar 2.15 Ladder diagram

2.2.5 Automatic Transfer Switch

ATS adalah singkatan dari Automatic Transfer Switch, yaitu proses pemindahan

penyulang dari penyulang/sumber listrik yang satu ke sumber listrik yang lain secara

otomatis sesuai perintah pemrograman, ATS adalah pengembangan dari COS (Change

Over Switch), beda keduanya adalah terletak pada sistem kerjanya, untuk ATS kendali

kerja dilakukan secara otomatis, sedangkan COS dikendalikan atau dioperasikan secara

manual. Namun kerja otomatis ATS berdasarkan memungkinkan jika sumber listrik dari

PLN terputus atau mengalami pemadaman maka sakelar akan berpindah ke sumber

listrik yang lainnya misalnya Inverter.

Automatic Transfer Switch merupakan rangkaian kontrol sakelar power inverter

dengan PLN yang sudah full automatic. Alat ini berguna untuk menghidupkan dan

menghubungkan power inverter ke beban secara otomatis pada saat PLN padam. Pada

saat PLN hidup kembali, alat ini akan memindahkan sumber daya ke beban dari power

inverter ke PLN.

Dalam perkembangan teknologi dunia elektrikal akhirnya merekayasa hal

tersebut kemudian dijalankan secara automatic yang disingkat ATS yang difungsikan

secara otomatis untuk memindahkan daya sesuai dengan kebutuhan tanpa menggunakan

20

tenaga manusia untuk mengoprasikannya. Beberapa jenis ATS dibedakan menurut

kapasitas daya yang dibutuhkan atau berdasar phasa dan ampere yang melalui panel

tersebut, namun untuk prinsip kerjanya sama.

Pada dasarnya pembuatan ATS adalah memainkan penalaran logika matematika

dengan merangkaikan beberapa alat seperti relay, timer, dan MCB. Alat-alat tersebut

pada prinsipnya adalah sebagai saklar atau pemutus hubungan.

Pemakaian panel ATS ini dibedakan pada besar kecilnya pemakaian listrik.

Semakin tinggi pemakaian daya listrik, tentunya akan semakin besar pula spesifikasi

komponen-komponennya terutama breaker dan kontaktornya dan juga ukuran kabel.

Pemakaian sistem otomatisasi ini memiliki beberapa keuntungan antara lain:

1. Sistem pemindahan dari PLN ke PLTS dan sebaliknya hanya perlu waktu yang

sangat singkat, hanya dengan hitungan detik saja bahkan bisa dengan sekejap

setelah PLTS padam, ganti sumber listrik dari PLTS ke PLN.

2. Meringankan tugas teknisi listrik, bahkan gedung perkantoran sering tidak

memiliki teknisi listrik, dengan panel ATS ini semuanya menjadi mudah.

3. Memberi perlindungan terhadap alat observasi seperti computer, AC dan alat

pengambilan data, seringkali terjadi tegangan listrik PLN maupun PLTS tiba-

tiba turun maupun naik sampai-sampai jauh diluar batas toleransi normal untuk

alat-alat elektronik, bahkan sering pula ada salah satu fasa listrik yang hilang

(untuk sistem 3 fasa), turun dan naiknya tegangan, maupun hilannya tegangan

ini kadang tak terdeteksi dengan kasat mata.

a. Change Over adalah sistem yang berfungsi sebagai media tukar sumber,

jenis dari media change over ini bisa MCCB yang dilengkapi dengan

motorized, bisa menggunakan kontaktor magnetik, bisa juga menggunakan

Change Over Switch yang dilengkapi dengan sistem motorized atau

solenoid.

b. Metering yang berfungsi sebagai media indikator kondisi kelistrikan.

c. Battery Charger yang berfungsi sebagai charging battery genset.

d. Modul Controller yang berfungsi sebagai media start-stop genset dan

change over.

e. Sensor yang berfungsi sebagai pendeteksi ada tidaknya tegangan.

21

2.2.6. Sistem Catu Daya

Catu daya listrik digunakan untuk memberikan pasokan catu daya ke seluruh

bagian PLC (termasuk CPU, memori dan lain-lain). Kebanyakan PLC bekerja pada

catu daya 24 VDC atau 220 VAC. Beberapa PLC catu dayanya terpisah (sebagai

modul tersendiri). Yang demikian biasanya merupakan PLC besar, sedangkan

yang medium atau kecil, catu dayanya sudah menyatu. Pengguna harus

menentukan berapa besar arus yang diambil dari modul keluaran/masukan untuk

memastikan catu daya yang bersangkutan menyediakan sejumlah arus yang memang

dibutuhkan.

Catu daya listrik ini biasanya tidak digunakan untuk memberikan catu

daya langsung ke masukan maupun kelauran, artinya masukan dan keluaran murni

merupakan saklar (baik relay maupun opto isolator). Pengguna harus menyediakan

sendiri catu daya terpisah untuk masukan dan keluaran PLC.

Dalam perancangan sistem ATS ini menggunakan 3 catu daya, yaitu:

1. PLTS sebagai sumber utama.

2. Batrai sebagai sumber cadangan

3. PLN sebagai sumber cadangan ketika sumber dari PLTS dan Batrai mati/padam.

2.2.7 Peralatan Penunjang

2.2.7.1 SCC (Solar Charge Controller)

Solar charge controller, adalah komponen penting dalam sistem Pembangkit

Listrik Tenaga Surya. Solar Charge Controller berfungsi untuk:

1. Charging mode: Mengisi baterai (kapan baterai diisi, menjaga pengisian ketika

baterai penuh).

2. Operation mode: Penggunaan baterai ke beban (baterai ke beban diputus ketika

baterai sudah mulai kosong).

Solar Charge Controller biasanya terdiri dari 1 input (2 terminal) yang terhubung

dengan output panel surya/solar cell, 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan

baterai/aki dan 1 output (2 terminal) yang terhubung dengan beban (load). Arus listrik

DC yang berasal dari baterai tidak mungkin masuk ke panel sel surya karena biasanya

terdapat dioda protection yang hanya melewatkan arus listrik DC dari panel surya/

22

solar cell ke baterai, bukan sebaliknya. Pada Solar Charge Controller jenis teknologi

yang umum digunakan dan salah satunya yaitu:

• MPPT (Maximun Power Point Tracker)

Maximum Power Point Tracer (MPPT) merupakan sebuah metode untuk menentukan

titik dimana daya maksimum dihasilkan oleh panel surya. MPPT dapat mengoptimalkan

kinerja antara array surya (panel PV) dan aki. Dengan kata lain, alat ini mampu

mengkonversi tegangan tinggi output DC dari panel surya ke tegangan lebih rendah

yang diperlukan aki/baterai. MPPT memerlukan dua komponen pengukung dalam

pengoperasiannya: arus input (I) dan tegangan input (V). Dua komponen ini

dikombinasikan untuk mendapatkan nilai daya (P). Contoh Solar charge controller

dapat di lihat pada Gambar 2.13.

Gambar 2.16 Solar charge controller

(https://www.epsolarpv.com)

Spesifikasi MPPT Solar Charge Controller

23

Tabel 2.5 Spesifikasi MPPT Solar Charge Controller

Model IT6415ND Tegangan sistem nominal 12/24/36/48V auto work

Nilai arus baterai 60A Nilai arus beban 60A Mak. Tegangan rangkaian terbuka PV 150V (pada suhu lingkungan operasi minimum)

Rentang tegangan input baterai 8~68V

Maks. Daya input PV

800W (12V) 1600W (24V) 2400W (36V) 3200W (48V)

Konsumsi daya 1.4~2.6W Equalize charging voltage Sealed: 14.6V, Flooded: 14.8V, User-defined: 9~17V

Boost charging voltage Gel: 14.2V, Sealed: 14.4V, Flooded: 14.6V, User-defined: 9~17V

Float charging voltage Gel /Sealed /Flooded: 13.8V, User-defined: 9~17V Low voltage reconnect voltage Gel /Sealed /Flooded: 12.6V, User-defined: 9~17V

Low voltage disconnect voltage Gel /Sealed /Flooded: 11.1V, User-defined: 9~17V

Grounding Common negative

2.2.7.2 Inverter

Power Inverter atau biasanya disebut dengan Inverter adalah suatu rangkaian

atau perangkat elektronika yang dapat mengubah arus listrik searah (DC) ke arus listrik

bolak-balik (AC) pada tegangan dan frekuensi yang dibutuhkan sesuai dengan

perancangan rangkaiannya. Sumber-sumber arus listrik searah atau arus DC yang

merupakan Input dari Power Inverter tersebut dapat berupa baterai, aki maupun Sel

Surya (Solar Cell). Inverter ini akan sangat bermanfaat apabila digunakan di daerah-

daerah yang memiliki keterbatasan pasokan arus listrik AC.

24

Gambar 2.18 Prinsip Kerja Inverter (Abidin, 2014)

Prinsip kerja inverter dapat dijelaskan dengan menggunakan 4 sakelar seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 2.18 di atas. Bila sakelar S1 dan S2 dalam kondisi ON

maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah kiri ke kanan, jika yang hidup

adalah sakelar S3 dan S4 maka akan mengalir aliran arus DC ke beban R dari arah

kanan ke kiri.

Gambar 2.18.a Bentuk Gelombang dari Inverter Setengah Gelombang

(Abidin, 2014)

Inverter Gelombang Penuh.

Gambar 2.18.b Bentuk Gelombang dari Inverter Gelombang Penuh (Abidin, 2014)

25

Inverter gelombang penuh ditunjukkan pada Gambar 12.8.b. Ketika transistor

Q1 dan Q2 bekerja (ON), tegangan Vs akan mengalir ke beban tetapi Q3 dan Q4 tidak

bekerja (OFF). Selanjutnya, transistor Q3 dan Q4 bekerja (ON) sedangkan Q1 dan Q2

tidak bekerja (OFF), maka pada beban akan timbul tegangan –Vs.

Gambar 2.19 Inverter (Luminous, 2006)

Spesifikasi Inverter Luminous

Tabel 2.6 Spesifikasi Inverter Luminous

Model 3.5KVA Kapasitas 3500VA/48V

Input Tegangan 100-285V

Output maks. Beban Bohlam 2800 Watt

Baterai Maks. Pengisian Arus 21A

2.2.7.3 Kontaktor

Kontaktor adalah komponen elektromekanik yang dapat berfungsi sebagai

penyambung dan pemutus rangkaian, yang dapat dikendalikan dari jarak jauh

26

pergerakan kontak-kontaknya terjadi karena adanya gaya elektromagnet.

Kontaktor magnet merupakan sakelar yang bekerja berdasarkan kemagnetan,

artinya bekerja bila ada induksi elektromagnetik. Magnet berfungsi sebagai penarik dan

pelepas kontak-kontak. Kontaktor magnet akan bekerja normal bila tegangannya

mencapai 85% tegangan kerjanya, bila tegangan turun kontaktor akan bergetar. Ukuran

dari kontaktor ditentukan oleh batas kemampuan arusnya. Kontak-kontak pada

kontaktor ada dua macam yaitu kontak utama dan kontak bantu. Sedangkan menurut

kerjanya, kontak-kontak dibedakan menjadi dua yaitu Normally Open (NO) dan

Normally Close (NC). Kontak NO adalah pada saat kontaktor tidak mendapat suplai

daya listrik kontak terbuka, sedangkan pada saat kontaktor mendapat suplai daya listrik

maka kontak akan tertutup. Sedangkan kontak NC adalah pada saat kontaktor tidak

mendapat suplai daya listrik, kontak tertutup sedangkan pada saat kontaktor mendapat

suplai daya listrik, kontak terbuka.

Gambar 2.20 Kontaktor (Januar, 2017)

Kontaktor magnet adalah suatu alat penghubung rangkaian listrik(saklar) yang

bekerja atas dasar magnet listrik. Kontaktor itu ada 2 jenis yaitu kontaktor magnet arus

searah (DC) dan kontaktor dengan arus bolak-balik (AC). kontaktor arus searah

kumparannya tidak menggunakan kumparan hubung singkat, sedang kontaktor arus

bolak-balik inti magnet dipasang kumparan hubung singkat.

a) Kontaktor dibedakan menjadi 2 (dua) yaitu ;

Kontaktor utama

Kontaktor bantu

b) Kode angka yang terdapat pada kontaktor ;

Masukan kontak utama biasanya dihubungkan dengan nomor kode terminal

1,3,5 atau L1,L2,L3 dan untuk keluarannya melalui nomor kode terminal 2,4,6 atau

T1,T2,T3.

27

2.2.7.4 Relay

Relay adalah suatu komponen yang bekerja secara elektro magnetik apabila

diberikan arus. Fungsi dari relay adalah untuk memutuskan dan menghubungkan

rangkaian kontrol.

D a l a m duni a e l e kt r on i ka , r e l a y di ke na l s e ba g a i kom pone n y a n g d a p a t

mengimplementasikan logika switching. Sebelum tahun 70-an, relay merupakan

“otak” dari rangkaian pengendali. Baru setelah itu muncul PLC yang mulai

menggantikan posisi relay. Relay yang paling sederhana ialah relay elektromekanis

yang memberikan pergerakan mekanis saat mendapatkan energi listrik. Secara

sederhana relay elektromekanis ini didefinisikan sebagai berikut :

a. Alat yang menggunakan gaya elektromagnetik untuk menutup (atau

membuka) kontak saklar.

b. Saklar yang digerakkan (secara mekanis) oleh daya/energi listrik.

Relay bekerja karena adanya torsi yang timbul akibat dari perubahan sistem

yang dilindungi sampai melebihi harga batas yang telah ditentukan. Syarat-syarat

yang harus dimiliki oleh suatu relay antara lain:

1. kecepatan bereaksi

2. selektivitas

3. kepekaan

4. keandalan

Secara umum, relay digunakan untuk memenuhi fungsi-fungsi berikut :

a. Remote control : dapat menyalakan atau mematikan alat dari jarak

jauh.

b. Penguatan daya: menguatkan arus atau tegangan, contohnya adalah

starting relay pada mesin mobil.

c. Pengatur logika kontrol suatu sistem.

2.2.5.5.1 Prinsip Kerja

Relay terdiri dari coil dan contact. Coil adalah gulungan kawat yang mendapat

arus listrik, sedang contact adalah sejenis saklar yang pergerakannya tergantung

dari ada tidaknya arus listrik di coil. Contact ada 2 jenis : Normally Open (kondisi

28

awal sebelum diaktifkan open), dan Normally Closed (kondisi awal sebelum

diaktifkan close). Secara sederhana berikut ini prinsip kerja dari Relay: ketika Coil

mendapat energi listrik, akan timbul gaya elektromagnet yang akan menarik

armature yang berpegas, dan contact akan menutup.

Gambar 2.21 Skema relay elektromekanik (Noer, 2010) Selain berfungsi sebagai komponen elektronik, Relay juga mempunyai

fungsi sebagai pengendali sistem. Sehingga Relay mempunyai 2 macam simbol

yang digunakan pada :

a. Rangkaian listrik (hardware)

b. Program (software)

Gambar 2.22 Relay Omron tipe MK2P-I (Noer, 2010)

2.2.7.5 MCB (Miniatur Circuit Breaker)

Pengaman sistem catu daya menggunakan sekering atau Miniatur Circuit

Breaker (MCB). MCB sering disebut juga pengaman otomatis. Pengaman otomatis ini

memutuskan sirkit secara otomatis apabila arusnya melebihi setting dari MCB tersebut.

Pengaman otomatis dapat langsung dioperasikan kembali setelah mengalami

pemutusan (trip) akibat adanya gangguan arus hubung singkat dan beban lebih.

Dibawah ini adalah persamaan yang perlu di perhatikan dalam pemilihan MCB.

29

Tabel 2.7 Persamaan untuk menentukan arus beban MCB

3 fasa 1 fasa

P = √3 V I cos ϕ

I = 𝑃√3Vcosϕ

Misalkan:

P = 3kVA, V= 380V

cosϕ = 0.9 maka

I = 3000√3 380 0.9

I = 6.9 A

MCB yang digunakan 6.9A

atau 7 A.

P = V I cos ϕ

I = 𝑃Vcosϕ

Misalkan:

P = 3kVA, V= 220V

cosϕ = 0.9 maka

I = 3000 220 0.9

I = 12 A

Sehingga MCB yang

digunakan 12 A.

Persamaan diatas adalah persamaan yang dapat digunakan dalam menentukan

besar arus beban yang di tanggung MCB.

MCB merupakan kependekan dari Miniature Circuit Breaker (bahasa Inggris).

Biasanya MCB digunakan oleh pihak PLN untuk membatasi arus sekaligus sebagai

pengaman dalam suatu instalasi listrik. MCB berfungsi sebagai pengaman hubung

singkat (konsleting) dan juga berfungsi sebagai pengaman beban lebih. MCB akan

secara otomatis dengan segera memutuskan arus apabila arus yang melewatinya

melebihi dari arus nominal yang telah ditentukan pada MCB tersebut. Arus nominal

yang terdapat pada MCB adalah 1A, 2A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A dan

lain sebagainya. Nominal MCB ditentukan dari besarnya arus yang bisa ia

hantarkan, satuan dari arus adalah Ampere.

Gambar 2.23 MCB (Ramadhan, 2014)

30

Adapun prinsip kerja dari MCB hampir sama dengan sekring, apabila

terjadi hubung singkat atau beban lebih maka MCB akan bekerja secara otomatis

memutuskan arus listrik tersebut.

Adapun karakteristik dari MCB adalah sebagai berikut: MCB merupakan

pengaman beban lebih dan gangguan arus hubung singkat. Fungsi MCB sebagai

pengaman beban lebih dimana alat ini bekerja dengan sistem pemanasan logam

bimetal, jadi apabila beban yang terpasang pada rangkaian melebihi kemampuan

peralatan maka bimetal pada MCB akan panas dan pada saat itulah logam ini

akan melengkung yang akhirnya akan menyebabkan putusnya rangkaian. Selanjutnya

setelah bimetal ini dingin maka logam ini akan kembali kebentuk semula dan akhirnya

rangkaian akan dapat terhubung kembali.

Sedang untuk gangguan arus hubung singkat, MCB menggunakan kumparan

elektromagnetik yang akan bekerja apabila arus yang terlalu besar melewati kumparan

elektromagnetik ini yang akan menimbulkan panas sehingga akan memutuskan anak

kontak ke koil.

MCB memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan sekering:

1. Secara otomatis mematikan sirkuit listrik selama kondisi abnormal dari

jaringan berarti lebih dari kondisi beban serta kondisi yang salah. Sekering

tidak merasakan tapi miniatur circuit breaker melakukannya dengan cara yang

lebih dapat diandalkan. MCB jauh lebih sensitif terhadap arus lebih dari

sekering.

2. Keuntungan lain adalah, sebagai tombol operasi saklar datang pada posisi off

selama tersandung, zona rusak dari rangkaian listrik dengan mudah dapat

diidentifikasi. Tapi dalam kasus sekering, kabel sekering harus diperiksa

dengan membuka sekering pegangan atau potongan dari dasar sekering , untuk

mengkonfirmasikan pukulan kawat sekering.

3. Restorasi Cepat pasokan tidak dapat mungkin dalam kasus sekering

sebagai sekering karena harus dikabelkan atau diganti untuk memulihkan

pasokan . Tapi dalam kasus MCB, restorasi cepat adalah mungkin dengan

hanya beralih pada operasi.

4. Penanganan MCB lebih elektrik aman daripada sekering. Karena banyak

keuntungan dari MCB atas unit sekering, dalam jaringan listrik tegangan

31

rendah modern, miniatur circuit breaker ini kebanyakan digunakan sebagai

pengganti surut unit sekering .Hanya satu kelemahan dari MCB atas sekering

adalah bahwa sistem ini lebih mahal daripada sekering unit sistem .

32

BAB III

METODE PERANCANGAN/PEMBUATAN

3.1 Metode Perancangan

Penelitian ini diawali dengan perancangan perangkat keras meliputi: rangkaian

sensor tegangan PV, sensor tegangan baterai, sensor tegangan PLN, arduino nano, dan

rangkaian driver relay. Perancangan perangkat lunak meliputi ladder diagram PLC

serta analisis. Proses peralihan daya dari sumber PLTS yang terhubung ke beban ke

sumber PLN maupun sebaliknya atau proses pengontrol otomatis menggunakan

Programmable Logic Control (PLC). Prinsip dasar perangkat ini dapat di tunjukan pada

Gambar 3.1.

PLC Omron CP1E N30DR-A

Modul PV PLN

Inverter

MPPT

Baterai

PLTS

Sensor Tegangan

PV

Sensor Tegangan

Baterai

Sensor Tegangan

PLN

Beban

Arduino Nano

Relai 1 Relai 3Relai 2

Relai ON/OFF

K2

K1

Gambar 3.1 Prinsip Dasar Kontrol PLC

33

Gambar 3.1 di atas menunjukan dasar sistem perangontrolan berbasis PLC.

Dimana terdapat dua catu daya yang tersedia, PLC bekerja memindahkan catu daya

PLTS ke catu daya cadangan PLN. Catu daya PLN digunakan sebagai suplai daya

sementara hingga PV mendapatkan intensitas cahaya matahari yang cukup dan kapasitas

penyimpanan daya baterai >=80%. Ketika tegangan PV >65V, kapasitas penyimpanan

daya baterai PLTS terisi >=80%, maka arduino memberikan perintah untuk

mengaktifkan relai 1. Jika PLN hidup maka arduino memberikan perintah untuk

mengaktifkan relai 3. Saat kapasitas penyimpanan daya baterai >=50% maka arduino

memberikan perintah untuk mengaktifkan relai 2. Relai 1, relai 2 dan relai 3 merupakan

inputan dari PLC. Relai 1 aktif, PLC bekerja mengaktifkan inverter kemudian beberapa

saat kontaktor PLTS di aktifkan sehingga suplai PLTS terhubung ke beban. Jika relai 1

tidak mendeteksi tegangan masukan dari arduino, PLC memutuskan switch pada

inverter. Nonaktifnya inverter membuat kontaktor PLTS yang terhubung ke beban

terputus, kemudian dialihkan kerelai 3, selanjutnya relai 3 memberikan masukan pada

PLC untuk mengaktifkan kontaktor PLN sehingga suplai PLN terhubung ke beban. Jika

relai 3 tidak mendeteksi tegangan masukan dari arduino maka PLC memutuskan

kontaktor PLN sehingga suplai PLN yang terhubung ke beban terputus, kemudian

dialihkan ke relai 2, selanjutnya relai 2 memberikan masukan pada PLC untuk

mengaktifkan inverter, sehingga inverter mengaktifkan kontaktor PLTS dan Suplai

PLTS terhubung ke beban.

Sumber energi yang di kontrol yaitu sumber energi dari PLTS dan sumber

energi dari PLN, hal ini akan di control menggunakan PLC.

3.2 Lokasi Penelitian

Penelitian Simulasi Otomatisasi Suplai Beban Menggunakan PLC dilakukan di

Laboratorium Sistem Tenaga Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram..

3.3 Alat dan Bahan Penelitian

Perangkat keras yang digunakan pada penelitian ini adalah

a. Seperangkat computer Tipe Asus E2 vision dengan processor AMD E-450

APU with Radeon(tm) HD Graphics 1.65 GHz dengan memori 2 GB.

Dengan perangkat lunak sistem operasi Windows 8 64-bit, untuk simulasi

dan perancangan program digunakan CX Programer, dan penyusunan

34

laporan digunakan Microsoft Office 2007. Perancangan line diagram

menggunakan Visio Professional 2007.

b. PV merk Skytech Solar 12 x 100 Wp

c. Batrai : 12 x 100Ah

d. Inverter : Luminous Cruze 3.5KVA

e. MPPT : Solar Charge Controller iTrace IT6415ND

f. PLC : Omron CP1E N30DR-A

g. Kontaktor

h. MCB

i. Multimeter DT9205A

j. Relai

k. Arduino Nano (ATmega328)

l. Resistor

m. Diode

n. PCB

o. Led

p. Kabel Penghubung

3.4 Perancangan Sistem

Pada tugas akhir ini akan dibahas perancangan sistem simulasi otomatisasi

suplai beban menggunakan PLC. Pengontrolan dilakukan simulasi di Laboratorium

Sistem Tenaga Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Mataram.

3.4.1 Perancangan Perangkat Keras

Tahap ini dilakukan perancangan tempat, jalur-jalur, bentuk, dan letaknya

berdasarkan kegunaan dan fungsinya masing- masing. Desain yang dibuat adalah

berupa diagram pengawatan dimana di rancang sesuai dengan proses kerja dari

perancangan kontrol otomatis mrnggunakan PLC. Hal ini dimaksudkan untuk

memudahkan dalam merancang dan merangkai komponen-komponen dalam panel

kontrol. Desain berupa diagram pengawatan bisa di lihat Gambar 3.2 di bawah ini.

35

Beban

PLN

PV

BATERAI

INVE

RTER

R1 R2 R3

02< Relai 103< Relai 3

04< Relai 4

L2/N L1

R1 120k

RV1

100K

C1 470u

F

R1 180k

RV1

100K

C1 470u

F

TR1

TRAN-2P2S

BR1

B125C1000

R1200k

R24.7k

C1470uF

VR1VARISTO

R4

K1 K2

NO NC NO NCC1100uF

C3100uF

VI1

VO3

GND2

U17824

VI1

VO3

GND2

U27805

C410uF

C20.103uF

Q1TIP31

R15D1LED-GREEN

R3100D2LED-GREEN

D3DIODE

D4DIODE

Gambar 3.2 Perancangan Diagram Pengawatan

3.4.2 Perancangan Sensor Tegangan

Fungsi sensor tegangan pada perancangan ini adalah untuk mendeteksi ada

atau tidaknya tegangan pada sumber. Tegangan maksimum yang diperbolehkan masuk

ke mikrokontroller adalah 5 VDC. Karena itu, tegangan yang akan masuk ke pin ADC

perlu diatur terlebih dahulu. Pada perancangan alat ini, dibutuhkan tiga sensor

tegangan, yaitu sensor tegangan PLN (AC), sensor tegangan PV, dan sensor tegangan

saat kapasitas penyimpanan daya baterai 80%, dan 50% sebanding dengan tegangan

51.5V dan 48V.

3.4.2.1 Perancangan Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan >=48V

Rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk pembacaan data tegangan pada

sistem monitoring baterai PLTS.

36

Gambar 3.3 Rangkaian Sensor Tegangan >=51.5V dan >=48V

Rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk membuat suatu tegangan

referensi dari sumber tegangan yang lebih besar untuk titik referensi pada sensor. Hal

ini dikarenakan tegangan baterai yang akan diukur adalah saat kapasitas penyimpanan

daya baterai >=80% yaitu 51.5V – 56V dan saat kapasitas penyimpanan daya baterai

>=50% yaitu 48V – 56V, sedangkan pin ADC arduino memiliki batasan pembacaan

tegangan sebesar 5V. oleh karena itu, rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk

memperkecil tegangan sesuai dengan perbandingan yang telah dihitung dengan

persamaan berikut ini:

a. Kondisi saat kapasitas penyimpanan daya baterai >=80% sebanding dengan

tegangan 51.5V

𝑉𝑡ℎ = Rv1R1+Rv1

x Vin

Diasumsikan :

Vo = 4 V (tegangan masuk pin arduino)

Maka,

4𝑉 = Rv1R1+Rv1

x 51.5V

51.5𝑅𝑣1 = 4R1 + 4Rv1

4𝑅1 = 51.5Rv1− 4Rv1

𝑅1 = 47.1Rv14

𝑅1 = 11.7Rv1 kΩ ≈ 12 kΩ

Jika R1 = 12 kΩ, maka Rv1

4 𝑉 = Rv112000Ω+Rv1 x 51.5V

51.5𝑅𝑣1 = 48000 + 4Rv1

51.5𝑅𝑣1 − 4𝑅𝑣1 = 48000

𝑅𝑣1 =48000

47.1

𝑅𝑣1 = 1019.1 Ω

R112k RV1

100K

BAT151.5V C1

470nF

A6 Mikrokontroller

GND Mikrokontroller

37

Untuk mendapatkan nilai Rv1 = 1019.1 Ω, maka digunakan resistor variabel 100 kΩ

b. Kondisi saat kapasitas penyimpanan daya beterai >=50% sebanding dengan

tegangan 48V

𝑉𝑡ℎ = Rv1

R1 + Rv1 x Vin

Diketahui,

R1 = 12 kΩ

R2 = 1019.1 Ω

Maka,

𝑉𝑡ℎ = 1019.1Ω12000Ω+1019.1Ω

x 48 v

𝑉𝑡ℎ = 485040130105

𝑉𝑡ℎ = 3.76 V

Dari perhitungan diatas didapat nilai tegangan output sensor sebesar 3.76V. Tegangan

3.76V merupakan tegangan minimum output pada sensor tegangan saat kapasitas

penyimpanan daya baterai sebesar 50%.

3.4.2.2 Perancangan Sensor Tegangan Modul PV


sistem monitoring Modul PV.

Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Tegangan PV

Rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk membuat suatu tegangan

referensi dari sumber tegangan yang lebih besar untuk titik referensi pada sensor. Hal

ini dikarenakan tegangan Modul PV yang akan diukur adalah 65V – 90V, sedangkan

pin ADC arduino memiliki batasan pembacaan tegangan sebesar 5V. oleh karena itu,

rangkaian pembagi tegangan digunakan untuk memperkecil tegangan sesuai dengan

R118k RV1

100K

BAT165V C1

470uF

A7 Mikrokontroller

GND Mikrokontroller

38

perbandingan yang telah dihitung dengan persamaan berikut ini:

𝑉𝑡ℎ =Rv1

R1 + Rv1 x Vin

Diasumsikan :

Vo = 3.5 V (tegangan masuk pin arduino)

Maka,

3.5 = Rv1R1+Rv1

x 65

65𝑅𝑣1 = 3.5R1 + 3.5Rv1

3.5𝑅1 = 65Rv1 − 3.5Rv1

𝑅1 = 61.5Rv13.5

𝑅1 = 17.5Rv1 kΩ ≈ 18 kΩ

Jika R1 = 18 kΩ, maka Rv1

3.5 = Rv118000+R1

x 65

65𝑅𝑣1 = 63000 + 3.5Rv1

65𝑅𝑣1 – 3.5𝑅𝑣1 = 63000

𝑅𝑣1 =63000

61.5

𝑅𝑣1 = 1024.39 Ω

Untuk mendapatkan nilai Rv1 = 1024.39 Ω, maka digunakan resistor variabel 100 kΩ

yang dapat diputar sesuai dengan yang diinginkan.

3.4.2.3 Perancangan Sensor Tegangan PLN


sistem monitoring PLN.

Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Tegangan PLN

Sensor tegangan ini menggunakan trafo ZMPT101B yang bekerja pada arus

TR1

TRAN-2P2S

BR1

B125C1000

R1200k

R24.7k

C1470uF

VR1VARISTOR

A4 Mikrokontroller

GND Mikrokontroller

39

maksimal 2 mA, 4 buah diode sebuah kapasitor untuk mencegah terjadinya riak dan

variable resistor untuk mengatur tegangan output sesuai yang diinginkan, dengan

demikian tegangan keluaran yang diinginkan sebesar 5 Volt. Berdsarkan gambar 4.4

diatas dapat dibuktikan dengan menggunakan persamaan untuk memperkecil tegangan

sesuai dengan perbandingan yang telah dihitung dengan persamaan berikut ini:

𝑅 =Vin

I

Diasumsikan :

Vin = 220 V (tegangan inputan PLN)

I = 1.1 mA (arus yang masuk melewati trafo ZMPT101B)

Maka,

𝑅1 = 2200.0011

𝑅1 = 200000 Ω ≈ 200 kΩ

Sedangkan tegangan output maksimal adalah Vout = 5 Volt

Sehingga,

𝑅2 = VoutVint

X R1

𝑅2 = 5220

X 200000

𝑅2 = 4545.45 Ω ≈ 4.7 kΩ

Dari perhitungan diatas didapat nilai tahanan resistor R1 = 200kΩ dan R2 = 4.7kΩ.

Sehingga,

Vout DC = 5V – 1.4V

= 3.6 Volt DC

Dari transformator tegangan yang dikonversi tegangan 220V menjadi 5V

kemudian di searahkan dengan penyearah gelombang penuh. Kalibrasi tegangan

dilakukan dengan menempatkan resistor variable 100kΩ pada ujung rangkaian

sehingga tegangan yang dihasilkan dapat diatur, sebelum resistor variable, dipasang

sebuah filter kapasitor untuk menghasilkan tegangan DC terhadap tegangan yang

dibutuhkan oleh ADC.

3.4.3 Arduino Nano

Arduino yang digunakan pada penilitian ini adalah Arduino Nano. Arduino ini

memiliki pin I\O yang cukup banyak, sejumlah 14 buah digital I\O pin (6 pin

daintararnya adalah PWM), 8 pin analog input. Arduino Nano memiliki 8 pin sebagai

40

input analog, diberi label A0 sampai dengan A7, yang masing-masing menyediakan

resolusi 10 bit (yaitu 1024 nilai yang berbeda). Secara default pin ini dapat

diukur/diatur dari mulai ground sampai dengan 5 Volt, juga memungkinkan untuk

mengubah titik jangkauan tertinggi atau terendah menggunakan fungsi

analogReference(). Pin Analog 6 dan 7 tidak dapat digunakan sebagai pin digital.

Arduino Nano dapat dilihat pada Gambar 3.6.

Gambar 3.6 Arduino Nano (ATmega328)

Spesifiksi arduino nano dapat dapat dilihat pada tabel 3.1 di bawah ini.

Tabel 3.1 Spesifikasi Arduino Nano

Mikrokontroler Atmel ATmega168 atau ATmega328

Tegangan Operasi 5V

Input Voltage

(disarankan) 7-12V

Input Voltage (limit) 6-20V

Pin Digital I/O 14 (6 pin digunakan sebagai output PWM)

Pins Input Analog 8

Arus DC per pin I/O 40 mA

Flash Memory 16KB (ATmega168) atau 32KB (ATmega328) 2KB

digunakan oleh Bootloader

SRAM 1 KB (ATmega168) atau 2 KB (ATmega328)

EEPROM 512 byte (ATmega168) atau 1KB (ATmega328)

Clock Speed 16 MHz

Ukuran 1.85cm x 4.3cm

41

3.4.4 Perancangan Pemrograman Sensor Tegangan pada Mikrokontroller

Mikrokontroller yang digunakan pada penelitian ini adalah mikrokontroller

ATMega328 yang terdapat di dalam minimum sistem Arduino menggunakan bahasa

processing. Program sensor tegangan dibuat untuk menjalankan relay output dari

mikrokontroller yang terhubung ke PLC. Gambar 3.7 di bawah ini merupakan

program sensor tegangan dari PV, baterai, dan PLN.

42

Gambar 3.7 Program Sensor Tegangan pada Arduino

3.4.5 Perancangan Driver Relay

Rangkaian driver relai berfungsi sebagai inputan dari PLC, sehingga PLC dapat

mengaktifkan kontaktor yang terhubung ke sumber energi listrik. Relay ini dapat

dikendalikan melalui mikrokontroller. Rangkaian ini bekerja setelah semua sensor

memenuhi kriteria yang telah di tentukan. Agar relay dapat bekerja sehingga mampu

memutus dan menghubungkan tegangan maka rangakain relay perlu dirancang dengan

baik dengan melakukan perhitungan nilai komponen yang akan digunakan pada

rangkaian tersebut.

Rangkaian driver relai dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian Driver Relai

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa tahanan RC adalah tahanan dari coil

R11k

Q2BD139

D1DIODED2

LED-YELLOW

R22.2k

MIKROKONTROL

VCC 24V

RL1OMIH-SH-124L

43

relay (RC = RRelay) sehingga adapun data relay yang diperoleh dari data sheet sebagai

berikut:

VRelay = 24 V

RLilitan = 1600 Ω

ISaturasi = 9 mA

Berdasarkan data tersebut dapat diketahui bahwa untuk menggerakkan relay

dibutuhkan arus sebesar 9 mA yang melalui lilitan pada relay. Data tersebut digunakan

untuk menentukan komponen yang digunakan pada rangkaian driver kontaktor.

Adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut:

ILed = 20 mA

IC = ISaturasi + ILed

= 9 mA + 20 mA

= 29 mA

Diperoleh nilai arus yang melalui terminal collector yaitu 29 mA. Nilai arus ini

lebih kecil dari 150 mA, sehingga berdasarkan data sheet transistor yang digunakan

diperoleh nilai penguatan arus (hFE) minimal sebesar 25 kali, sehingga untuk mencari

nilai RB dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut.

IB = 𝐼𝑐

ℎ𝐹𝐸

IB = 29 𝑚𝐴

25

= 1.16 mA

Dari persamaan: IB . RB + VBE = VB maka diperoleh:

𝑅𝑏 =Vb − Vbe

Ib

VB merupakan input yang diperoleh dari pin mikrokontroler yang berlogika 1

(5V) sedangkan VBE bernilai 0.7V (transistor menggunakan diode silikon), sehingga:

𝑅𝑏 =5 − 0.7

1.16 mA

= 3.707 Ω ≈ 3kΩ

Maka diperoleh nilai tahanan basis (RB) sebesar 3 kΩ

Kondisi awal driver relay dalam keadaan terbuka (NO). Ketika arduino

menerima tegangan masukan dari masing-masing sensor, maka pin 4, pin 5, dan pin 6

(yang digunakan di mikrokontroller) akan memberikan tegangan 5V ke relay dan akan

44

bekerja menggerakkan koil kontaktor. Pada kondisi ini, PLC akan terhubung dengan

sumber tegangan yang kemudian memberikan masukuan pada PLC untuk bekerja.

3.4.6 PLC CP1E N30DR-A

PLC ini memiliki 18 masukan dan 12 keluaran dan kapasitas program 8K step

serta kapasitas data memori 8K words, konsumsi arus 0.21 A pada tegangan 5 V dan

0.07 A pada tegangan 24 V, tipe keluaran yaitu Relay. Bekerja pada tegangan rata-rata

85-264 VAC dan suplai tegangan 100-240 VAC. Frekuensi masukan 50/60 Hz, arus 20

A pada 120 VAC untuk maksimal 8 ms dan 40 A pada 240 VAC untuk maksimal 8

ms, konsumsi daya dalam VA adalah maksimal 50 VA dan tegangan sebesar 100-240

VAC. PLC omron CP1E N30DR-A dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.9 PLC Omron CP1E N30DR-A

3.4.7 Perancangan Perangkat Lunak Pengendalian PLC

Alokasi memori input/output dan timer yang digunakan pada proses

pengontrolan dan metode pengujian pada PLC tersebut, diperlihatkan pada Tabel 3.2

dan Tabel 3.3 berikut ini:

45

Tabel 3.2 Daftar Input/Output dan Timer

No. Device Fungsi Kondisi

1 0.00 Tombol START NO

2 0.01 Tombol STOP NC

3 0.02 Relai 1 ON saat sensor tegangan baterai 1 mendeteksi adanya tegangan pada PV dan baterai PLTS saat kondisi >=80% yaitu sebesar >65 VDC dan >51.5 VDC

NO

4 0.03 Relai 3 ON saat sensor tegangan PLN mendeteksi adanya tegangan pada PLN

NO

5 0.04 Relai 2 ON saat sensor tegangan baterai 2 mendeteksi adanya tegangan pada baterai PLTS saat kondisi >=50% yaitu sebesar >48 VDC.

NO

6 20.00 Internal relai keluaran sekaligus kontak untuk mengunci program saat dijalankan

NO

7 T000 Timer untuk delai waktu ON inverter (100.04) selama 3 detik

NO

8 T001 Timer untuk delai waktu ON kontaktor PLN (100.03) selama 3 detik

NO

9 100.02 Keluaran sekaligus kontak untuk kontaktor PLTS yang menghubungkan suplai PLTS ke beban

NO

10 100.03 Keluaran sekaligus kontak untuk kontaktor PLN yang menghubungkan suplai PLN ke beban

NO

11 100.04 Keluaran sekaligus kontak untuk inverter NO

46

Tabel 3.3 Metode pengujian program diagram ladder PLC

No 0.00

Start

0.01

Stop

0.02

Relay 1

PV &

Bat.

80%

0.03

Bat.

50%

0.04

PLN

20.00

Internal

Relay

T000

Timer

T001

Timer

Q.100.02

Kontaktor

PLTS

Q.100.03

Kontaktor

PLN

Q.100.04

Inverter

Keterangan

1 ON OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF OFF OFF OFF PLC ON

2 ON OFF ON ON ON ON ON OFF ON OFF ON PLTS

menanggung

beban

3 ON OFF OFF ON ON ON OFF ON OFF ON OFF PLN

menanggung

beban

4 ON OFF OFF OFF ON ON ON OFF ON OFF ON PLTS

menanggung

beban

47

3.4.8 Perancangan Pemrograman Diagram Ladder PLC

Software yang digunakan oleh PLC ini adalah CX Programmer dengan model

Ladder Digram (Diagram Tangga). Ladder Diagram ini berupa pemrograman berbasis

logika relai, cocok digunakan untuk persoalan-persoalan kontrol diskrit yang kondisi

input outputnya hanya memiliki dua kondisi yaitu ON dan OFF.

Diagram ini sendiri terdiri dari dua buah garis vertikal yang

melambangkan daya. Komponen-komponen rangkaian disambungkan sebagai garis-

garis horisontal yang merupakan anak tangga. Gambar 3.9 dibawah ini adalah model

dalam bentuk ladder diagram.

Gambar 3.10 Program Ladder Diagram PLC

a. Latching (Penguncian)

Internal relay di sini berefungsi untuk menahan suatu keluaran (output) untuk

suatu masukan yang sifatnya sementara. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 3.11 di

bawah ini.

Gambar 3.11 Internal relay sebagai pengunci (latching)

48

Pada Gambar 3.11 di atas bahwa input 0.00 (Star) normaly open (NO) dan

kontak 0.01 (Stop) normaly close (NC). Ketika input 0.00 (Star) dalam kondisi ON

maka internal relay 20.00 akan mengunci output kontak-kontak lain tetap dalam

kondisi ON walaupun input 0.00 (Star) krmbali pada kondisi OFF.

b. Timmer 00

Timer 00 pada Program ini menggunakan timer on-delay yaitu jenis timer

yang akan aktif setelah waktu tunda yang telah ditetapkan tercapai. Hal ini

diperlihatkan pada Gambar 3.12 di bawah ini.

Gambar 3.12 Operasi Timer 00

Pada Gambar 3.12 di atas bahwa internal relay 20.00 terhubung dengan

kontak 0.02 (relay 1) NO yang di pasang paralel dengan kontak 0.04 (relay 2) NO

dan anak kontak lain yaitu kontak (0.02 dan kontak 0.03) normaly close (NC).

Ketika kontak 0.02 dan 0.04 ON (aktif) maka anak kontaktor 0.02 yang tadinya

normaly close (NC) maka akan terbuka sehingga mengaktifkan timer dengan delay

waktu 3 detik.

c. Kontak Inverter

Kontak inverter digunakan sebagai output pada PLC yang menghidupkan dan

mematikan tombol switch ON/OFF pada inverter. Hal ini dapat diperlihatkan pada

Gambar 3.13 di bawah ini.

Gambar 3.13 Kontak Inverter

Pada Gambar 3.13 di atas bahwa internal relay terhubung dengan kontak

T000 (Timer) dan anak Kontak 100.03 (kontaktor PLN) normaly close. Ketika timer

aktif dengan delay waktu 3 detik telah tercapai, maka T000 akan mengaktifkan

output 100.04 (inverte) sehingga switch pada inverter ON atau inveter hidup.

d. Kontaktor PLTS

Kontakor PLTS pada program ini digunakan untuk mengubungkan suplai

PLTS ke beban. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 3.14 di bawah ini.

49

Gambar 3.14 Kontaktor PLTS

Pada Gambar 3.14 di atas bahwa internal relay terhubung langsung dengan

kontak 100.04 (inverter). Ketika inverter telah aktif maka kontak inverter

mengaktifkan output 100.02 (Kontaktor PLTS) sehingga supalai PLTS terhubung ke

beban.

e. Timmer 01

Timer 01 pada Program ini menggunakan timer on-delay yaitu jenis timer

yang akan aktif setelah waktu tunda yang telah ditetapkan tercapai. Hal ini

diperlihatkan pada Gambar 3.15 di bawah ini.

Gambar 3.15 Opersai Timer 01

Pada Gambar 3.15 di atas bahwa internal ralay yang terhubung dengan

kontak 0.03 (relay 3) NO dan anak kontak 0.02 (relay 1) NC. Ketika kontak 0.03

(relay 3) aktif (ON) maka akan mengaktifkan timer 01 dengan waktu delay 3 detik.

f. Kontaktor PLN

Kontak PLN pada program ini digunakan untuk mengubungkan suplai PLN

ke beban. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 3.16 di bawah ini.

Gambar 3.16 Kontaktor PLN

Pada Gambar 3.16 di atas bahwa internal relay terhubung dengan kontak 0.03

(relay 3), T001 (Timer 01) dan anak kontak lainnya yaitu kontak 100.02 (kontaktor

PLTS) normaly close). Ketika kontak 0.03 (relay 3) aktif maka akan mengaktifkan

output 100.03 (Kontaktor PLN) sehingga suplai PLN terhubung ke beban.

50

3.4.9 Power Suplai 24 VDC dan 5 VDC Sulpai 24 VDC di hubungkan ke baterai PLTS untuk menyuplai PLC, karena

PLC harus tetap ON ketika beroperasi memindahkan suplai PLTS yang terhubung ke

beban ke suplai PLN dan begitu pula sebaliknya. Tegangan baterai yang digunakan

yaitu sebesar 26 V – 40 V sedangakan suplai PLC membutuhkan 24 VDC, untuk itu

dirancang sebuah regulator 24 VDC menggunakan LM7824 supaya tegangan keluaran

regulator tetap konstan 24 VDC. LM7824 memilik tegangan kerja minimum 26 V dan

maksimum 40 V dengan toleransi tegangan outputnya sebesar ±2% - 4%. Suplai 5 VDC

digunakan untuk menyuplai arduino nano saat menjalankan program yang disensor oleh

sensor tegangan. Rangakain regulator 24 V dan 5 VDC dapat dilihat pada Gambar 3.17.

Gambar 3.17 Rangakaian Regulator 24 VDC

Pada Gambar 3.16 di atas tegangan baterai yang digunakan antara 26 V – 40 V

kemudian di turunkan menjadi 24 V konstan yang nantinya digunakan untuk menyuplai

PLC selanjutnya dari 24 V diturunkan menjadi 5 V untuk menyuplai arduino nano.

3.5 Diagram Alir Penelitian dan Pengujian

Diagram alir ini merupakan petunjuk dasar tentang garis besar cara

merancangan kontrol otomatis menggunakan PLC. Blok yang dimaksud dapat dilihat

pada Gambar 3.18.

BAT12.5V

C1100uF

C3100uF

VI1 VO 3

GN

D2

U17824

VI1 VO 3

GN

D2

U27805

C410uF

C20.103uF

Q1TIP31

R110

D1LED-GREEN

R3100

D2LED-GREEN

D3DIODE

BAT112.5V

BAT212.5V

D4DIODE

51

Mulai

Inisialisasi Sensor TeganganModul PV dan Baterari >=80%

Baterai >=50%PLN

Baca Sensor Tegangan Modul PV dan Baterai >=80%

Tegangan Modul PV dan Baterai >=80%

Mencukupi?

Relay 1 Aktif

A

Ada Tegangan PLN?

Baca Sensor Tegangan PLN

Relay 3 Aktif

A

Tegangan 50% Mencukupi?

Baca Sensor Tegangan Baterai >=50%

Relay 2 Aktif

Tegangan Baterai OFF dan Tegangan PLN OFF?

Stop

A

A

Ya

Ya

Ya

Tidak

Ya

Tidak

Delay 3 detik Inverter ON

Inverter dan Kontaktor PLTS ON

PLTS Menanggung Beban

Kontaktor PLN ON

PLN Menanggung Beban

Delay 3 detik Kontaktor PLN ON

Tidak

Tidak

Gambar 3.18 Diagram Alir Penelitian

52

Mulai

Inisialisasi Sensor TeganganModul PV dan Baterari >=80%

Baterai >=50%PLN

Baca Sensor Tegangan Modul PV dan Baterai >=80%

Tegangan Modul PV dan Baterai >=80%

Mencukupi?

Relay 1 Aktif

A

Ada Tegangan PLN?

Baca Sensor Tegangan PLN

Relay 3 Aktif

A

Tegangan 50% Mencukupi?

Baca Sensor Tegangan Baterai >=50%

Relay 2 Aktif

Tegangan Baterai OFF dan Tegangan PLN OFF?

Stop

A

A

Ya

Ya

Ya

Tidak

Tidak

Tidak

Ya

Tidak

Gambar 3.19 Diagram Alir Pengujian Sensor Tegangan pada Ardiuno

53

Mulai

Inisialisasi Relay:Relay 1Relay 2Relay3

Relay 2 Aktif?Relay 1 Aktif? Relay 3 Aktif?

Relay2Relay 1 Relay 3

Delay 3 detik Inverter ON

Kontaktor PLN ON

Inverter dan Kontaktor PLTS ON

PLTS Menanggung Beban

PLN Menanggung Beban

A B

B

Ya Ya

Tidak

Suplai PLTS OFF dan Suplai PLN OFF?

Ya

Stop

Ya

TidakC

C

Tidak

A

A

Tidak

Gambar 3.20 Diagram Alir Pengujian PLC

54

3.6 Teknik Pengujian PLC

Setelah alat ini jadi sesuai dengan perancangan atau sesuai dengan perintah yang

diinginkan yaitu dapat memindahkan sumber utama PLTS yang terhubung ke beban ke

sumber cadangan PLN dan begitu pula sebaliknya secara otomatis menggunakan PLC,

maka alat ini akan dilakukan beberapa pengujian diantaranya :

• Pengujian saat kondisi normal

• Pengujian saat PV <65V dan baterai PLTS saat kapasitas penyimpanan daya

kurang 80% yaitu <51.5V dan PLN suplai beban

• Pengujian saat PLN padam dan kapasitas penyimpanan daya baterai PLTS

>=50% yaitu >48V

55

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian Sistem

Dalam melakukan pengujian perlu mengetahui kinerja dan kemampuan sistem

yang dirancang, maka dilakukan beberapa pengujian peralatan baik pengujian

perangkat keras (hardware) maupun pengujian perangkat lunak (software), untuk

memudahkan penulis dalam melakukan proses pengujian alat, maka pengujian

dilakukan secara terpisah dan secara keseluruhan. Adapun proses pengujian yang

dilakukan meliputi:

1. Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan

2. Pengujain Rangkaian Driver Relay

3. Pengujian PLC

a. Pengujian Program Ladder

b. Hasil Pengujian

4.1.1 Pengujian Rangkaian Sensor Tegangan

Rangkaian sensor tegangan berfungsi sebagai mendetekis tegangan, baik

teganga dari modul PV, Baterai maupun dari PLN, hal ini dilakukan agar sensor dapat

dideteksi dengan menggunakan mikrokontroller. Rangkaian sensor tegangan ini terdiri

dari :

1. Sensor tegangan dari modul PV, dimana tegangan yang di sensor yaitu

tegangan >65 Volt.

2. Sensor tegangan dari baterai, dimana tegangan yang di sensor disini

memiliki dua kondisi yaitu, kondisi pertama saat kapasitas penyimpanan

daya 80% - 100% dimana pada kondisi ini sebanding dengan tegangan

sebesar 51.5 Volt – 52.5 Volt. Kondisi kedua saat kapasitas penyimpanan

daya 50% - 100% dimana pada kondisi ini sebanding dengan tegangan

sebesar 48.0 Volt – 52.5 Volt.

3. Sensor tegangan dari PLN, dimana tegangan yang di sensor yaitu tegangan

antara 200 Volt – 220 Volt.

56

Berikut ini merupakan sensor tegangan yang telah di buat berdasarkan

perbandingan dari masing-masing sensor yaitu: sensor tegangan PV perbandingannya

65:3.5, artinya apabila tegangan input sensor 65 VDC maka tegangan output sensor

adalah 3.5 VDC. Sensor tegangan baterai saat kapasitas penyimpanan daya baterai

>=50% perbandingannya 48:3.76, artinya apabila tegangan input sensor 48 VDC maka

tegangan output sensor adalah 3.76 VDC. Sensor tegangan baterai saat kapasitas

penyimpanan daya baterai >=80% perbandingannya 51.5:4, artinya apabila tegangan

input sensor 51.5 VDC maka tegangan output sensor adalah 4 VDC. Sensor tegangan

PLN perbandingan 220:3.6, artinya apabila tegangan input sensor 220 VAC maka

tegangan output sensor adalah 3.6 VDC. Penelitian ini menggunakan variabel power

supply yang ada di Laboratorium Sistem Tenaga agar tegangan yang masuk ke dalam

sensor dapat di ubah-ubah sehingga hasilnya adalah semakin besar tegangan input

sensor maka tegangan output sensor juga semakin besar.

4.1.1.1 Pengujian Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan >=48V


baterai PLTS.

Gambar 4.1 Pengujian Sensor Tegangan Baterai >=51.5V dan >=48V

Hasil pengukuran tegangan keluaran dari sensor tegangan baterai >=51.5V dan

>=48V dapat dilihat pada Tabel 4.1.

57

Tabel 4.1 Nilai tegangan input dan output sensor tegangan baterai

>=51.5V dan >=48V

No Kapasitas

penyimpanan daya Baterai

Vint (VDC)

Vout (VDC)

1

>=50%

48 3.7 2 49 3.8 3 50 3.9 4 51 3.9 5

>=80%

51.5 4 6 52 4 7 53 4.1 8 54 4.2 9 55 4.3 10 56 4.4

Dari Tabel 4.1 di atas dapat dilihat bahwa sensor mendeteksi adanya tegangan

saat kapasitas penyimpanan daya baterai >=50% tegangan inputnya >=48V dan tegagan

outputnya >=3.7V maka output arduino pin 5 mengaktifkan relai 2 yang terhubung ke

PLC, apabila tegangan kurang dari 48V maka relai 2 tidak bekerja atau dinonaktifkan.

Saat kapasitas penyimpanan daya baterai >=80% tegangan inputnya >=51.5V dan

tegagan outputnya >=4V maka output arduino pin 4 mengaktifkan relai 1 yang

terhubung ke PLC, apabila tegangan kurang dari 51.5V maka relai 1 tidak bekerja atau

di nonaktifkan. Sehinnga untuk menguji apakah sensor tegangan dapat bekerja, dari

hasil pengujian tersebut kemudian dibuat grafik pengujian sensor.

Grafik Pengujian Sensor Tegangan Saat Kapasitasd Penyimpanan Daya Baterai

>=80% dan >=50%

Gambar 4.2 Grafik Pengujian Sensor Tegangan Saat Kapasitas Penyimpanan

Daya Baterai >=80% dan >=50%

3.7 3.8 3.9 3.9 4 4 4.1 4.2 4.2 4.4

3.23.43.63.8

44.24.44.6

48 49 50 51 51.5 52 53 54 55 56

Vout

put

Vinput

58

Setelah diperoleh nilai keluaran dari sensor tegangan yang digunakan, kemudian

dikonversikan nilai-nilai tegangan output tersebut kedalam nilai ADC.

Standar sensor tegangan yang digunakan yaitu:

1. Tegangan input batas bawah saat kapasitas penyimpanan daya baterai 80%

yaitu 51.5 VDC yang diwakili dengan tegangan output sebesar 4 VDC, dan

saat penyimpanan daya baterai 50% yaitu 48 VDC yang diwakili dengan

tegangan outpu sebesar 3.7 VDC.

2. Tegangan input batas atas saat kapasitas penyimpanan daya baterai (80%

dan 50%) adalah 56 VDC yang diwakili dengan tegangan output sebesar 4.4

VDC.

4.1.1.2 Pengujian Sensor Tegangan Modul PV


sistem monitoring Modul PV.

Gambar 4.3 Pengujia Sensor Tegangan PV

Hasil pengukuran tegangan keluaran dari sensor tegangan baterai PV dapat

dilihat pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2 Nilai tegangan input dan output sensor tegangan PV

No. VInput (VDC) VOutput (VDC)

1 65 3.5

2 70 3.9

3 75 4.2

4 80 4.5

5 85 4.6

6 90 4.6

59


pada PV yaitu tegangan inputnya >65V dan tegangan outputnya >3.5V maka output

arduino pin 4 mengaktifkan relai 1 yang terhubung ke PLC, apabila tegangan kurang

dari 65V maka relai 1 tidak bekerja atau dinonaktifkan. Sehingga untuk menguji apakah

sensor tegangan dapat bekerja, dari hasil pengujian tersebut kemudian dibuat grafik

pengujian sensor.

Grafik Pengujian Sensor Tegangan PV

Gambar 4.4 Grafik Pengujian Sensor Tegangan PV




1. Tegangan input batas bawah 65 VDC yang diwakili dengan tegangan output

sebesar 3.5 VDC.

2. Tegangan input batas atas 90 VDC yang diwakili dengan tegangan output

sebesar 4.6 VDC.

4.1.1.3 Pengujian Sensor Tegangan PLN


sistem monitoring PLN.

3.5 3.9

4.2 4.5 4.6 4.6

00.5

11.5

22.5

33.5

44.5

5

65 70 75 80 85 90

60

Gambar 4.5 Pengujian Sensor Tegangan PLN

Hasil pengukuran tegangan keluaran dari sensor tegangan PLN dapat dilihat

pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Nilai tegangan input dan output sensor tegangan PLN

No. VInput (VAC) VOutput (VDC)

1 190 3.1

2 200 3.3

3 210 3.4

4 220 3.6

5 230 3.8

6 240 3.9


PLN yaitu tegangan inputnya >200 VAC dan tegangan outputnya >3.3VDC maka output

arduino pin 6 mengaktifkan relai 3 yang terhubung ke PLC, apabila tegangn kurang dari

200VAC maka relai tidak bekerja atau dinonaktifkan. Sehingga untuk menguji apakah

sensor tegangan dapat bekerja, dari hasil pengujian tersebut kemudian dibuat grafik

pengujian sensor.

TR1

TRAN-2P2S

BR1

B125C1000

R1200k

R24.7k

C1470uF

VR1VARISTOR

DIG

ITA

L (~

PW

M)

AN

AL

OG

IN

AT

ME

GA

328P

-PU

1121

~~

~

~~

~

AP

K-T

EC

H | te

ch

no

-ap

k.b

log

sp

ot.c

om

TXRX PD0/RXD 0PD1/TXD 1PD2/INT0 2PD3/INT1 3PD4/T0/XCK 4PD5/T1 5PD6/AIN0 6PD7/AIN1 7

PB0/ICP1/CLKO 8PB1/OC1A 9PB2/SS/OC1B 10PB3/MOSI/OC2A 11PB4/MISO 12PB5/SCK 13

AREF

PC5/ADC5/SCLA5 PC4/ADC4/SDAA4 PC3/ADC3A3 PC2/ADC2A2 PC1/ADC1A1 PC0/ADC0A0

RESET

DUINO1

ARDUINO UNO R3

+88.8Volts

61

Grafik Pengujian Sensor Tegangan PLN

Gambar 4.6 Grafik Pengujian Sensor Tegangan PLN




1. Tegangan input batas bawah 200 VAC yang diwakili dengan tegangan

output sebesar 3.3 VDC.

2. Tegangan input batas atas 240 VAC yang diwakili dengan tegangan output

sebesar 3.9 VDC.

4.1.2 Pengujain Rangkaian Driver Relay

Rangkaian pensaklaran berfungsi sebagai driver relay, hal ini bertujuan sebagai

inputan dari PLC, sehingga PLC dapat mengaktifkan kontaktor yang terhubung ke

sumber energi listrik. Relay ini dapat dikendalikan melalui mikrokontroller. Pengujian

rangkaian driver relay bertujuan untuk mengetahui kemampuan rangkaian driver

dalam menggerakkan relay dengan tegangan masukan dari pin (4, 5, dan 6) arduino.

Rangkaian driver relay ini berfungsi setelah semua sensor memenuhi kriteria yang

telah di tentukan. Untuk lebih jelas pengujian rangkaian driver relay yang dilakukan

dapat dilihat pada Gambar 4.7.

3.1 3.3 3.4 3.6 3.8 3.9

0

1

2

3

4

5

190 200 210 220 230 240

Vout

put (

V)

Vinput (V)

62

Gambar 4.7 Pengujian Driver Relay

Pengujian driver relay dilakukan dengan mengukur tegangan masukan driver

relay (Vinput) yang terhubung dengan pin (4, 5, dan 6) dan tegangan relay (Vrelay) untuk

mengetahui arus yang mengalir melalui relay. Hasil pengukuran tegangan masukan

driver relay dari arduino yaitu sebesar 4.2 V. Sedangkan hasil pengukuran tegangan

relay yaitu sebesar 23.2 V. Berdasarkan hasil pengukuran tersebut dapat diketahui arus

yang melalui relay dan arus penguatan pada driver relay menggunakan persamaan

berikut.

IRelay = 𝑉𝑟𝑒𝑙𝑎𝑦𝑅𝑙𝑖𝑙𝑖𝑡𝑎𝑛

(4-1)

= 23.2 𝑉

1600 Ω

= 14.5 mA

ILed = (𝑉𝑟𝑒𝑙𝑎𝑦−𝑉𝑙𝑒𝑑)

𝑅𝑙𝑒𝑑 (4-2)

= 23.2 𝑉− 1.6 𝑉

2200 Ω

= 9.82 mA

IC = IRelay + ILED (4-3)

= 14.5 mA + 9.82 mA

= 24.32 mA

IB = (𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡−𝑉𝐵𝐸)

𝑅𝐵 (4-4)

= 4.2 𝑉− 0.7 𝑉

3000 Ω

= 1.167 mA

R11k

Q2BD139

D1DIODE

R22.2k

VCC 24V

RL1OMIH-SH-124L

D2LED-YELLOW

DIG

ITAL (~PWM

)

ANALO

G IN

ATM

E GA3

28P-

PU11

21

~~

~

~~

~

AP

K-T

EC

H | techno-apk.blogspot.com

TXRX PD0/RXD 0PD1/TXD 1PD2/INT0 2PD3/INT1 3PD4/T0/XCK 4PD5/T1 5PD6/AIN0 6PD7/AIN1 7

PB0/ICP1/CLKO 8PB1/OC1A 9PB2/SS/OC1B 10PB3/MOSI/OC2A 11PB4/MISO 12PB5/SCK 13

AREF

PC5/ADC5/SCLA5 PC4/ADC4/SDAA4 PC3/ADC3A3 PC2/ADC2A2 PC1/ADC1A1 PC0/ADC0A0

RESET

DUINO1

ARDUINO UNO R3

+88.8Volts

+88.8Volts

D3

LED-YELLOW

B124V

63

Berikut ini keterangan dari persamaan (4-1) sampai persamaan (4-5) yaitu:

IRelay = Arus yang melalui relay (A)

VRelay = Tegangan pada lilitan realy (V)

Rlilitan = Hambatan lilitan ralay (Ω)

ILED = Arus yang melalui LED (A)

IC = Arus yang melalui terminal collector (A)

IB = Arus yang melalui terminal basis (A)

VLED = Tegangan pada LED (V)

RLED = Hambatan yang terhubung dengan LED (V)

Vinput = Tegangan masukan driver relay (V)

Dari persamaan (4-1) dan (4-2) diperoleh arus yang mengalir melalui relay

sebesar 14.5 mA dan arus yang melalui LED sebesar 9.82 mA, sehingga dengan

persamaan (4-3) diperoleh arus yang melalui terminal collector sebesar 24.32 mA,

untuk persamaan (4-4) diperoleh arus yang memalui terminal basis sebesar 1.167 mA.

Hasil pengujiannya adalah ketika kondisi awal driver relay dalam keadaan terbuka

(NO), arduino menerima tegangan masukan dari masing-masing sensor, maka pin 4,

pin 5, dan pin 6 (yang digunakan di mikrokontroller) akan memberikan tegangan 4.2 V

ke relay dan akan mengaktifkan kontak koil yang ada pada inputan PLC. Pada kondisi

ini, PLC langsung memberikan perintah untuk menjalankan program yang sudah

dibuat.

3.1.3 Pengujian PLC

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah PLC yang digunakan dapat

mengendalikan sinyal input/output dengan baik dan benar, untuk itu dilakukan

pengujian dengan menjalankan program pengujian dengan langkah-langkah sebagai

berikut:

4.1.3.1 Pemrograman Ladder

a. Latching

Latching adalah program penguncian, disajikan pada Gambar 4.8.

64

Gambar 4.8 Latching

Berdasarkan Gambar 4.8 Coil internal PLC (20.00) disini bekerja sebagai

latching, sehingga ketika 20.00 aktif satu kali, maka 20.00 akan tetap aktif dan

mengaktifkan anak kontak 20.00 dan tetap memberikan suplai pada ladder yang lain

ketika akan aktif. Koil 0.00 merupakan kontak (ON) untuk mengaktifkan program

pada PLC dan koil 0.01 merupakan kontak (OFF) untuk mematikan program.

b. Kondisi Normal PLTS

Diagram ladder pada Gambar 4.9 merupakan pemindahan suplai PLTS yang

terhubung ke beban ketika koil relai 1 (0.02) mendeteksi adanya teganngan baterai dan

PV yaitu sebesar >51.5V dan >65V.

65

Gambar 4.9 Kondisi Normal PLTS

Berdasarkan Gambar 4.9 dalam kondisi normal suplai tegangan ke beban

disuplai oleh suplai tegangan utama yang berasal dari PLTS. Ketika suplai tegangan

PLTS tersedia dari PV dan baterai tersedia yaitu sebesar >65V dan >51.5V, maka

output dari arduino pin 4 mengaktifkan koil relay 1 (0.02) inputan dari PLC dan

membuka anak koil relai 1 (0.02) lainnya yang tadinya normaly close. Aktifnya koil

relai 1 (0.002) mengaktifkan timer 00 (T000) dengan delai waktu 3 detik. Ketika timer

01 berada pada delay waktu 3 ms, ini menandakan inverter masih dalam kondisi OFF.

Setelah waktu delai 3 detik tercapai maka T000 mengaktifkan output inverter (100.04)

selanjutnya inverter (100.04) mengaktifkan kontaktor PLTS (100.02) dan membuka

anak kontaktor PLTS (100.02) lainnya yang terhubung dengan output kontaktor PLN

(100.03), sehingga suplai PLTS terhubung ke beban.

66

c. Pemindahan PLTS ke PLN

Diagram ladder pada Gambar 4.10 merupakan pemindahan suplai PLTS yang

terhubung ke beban ke suplai PLN ketika koil relai 1 (0.02) kekurangan daya.

Gambar 4.10 Perpindahan suplai PLTS yang terhubung ke beban ke suplai PLN

Berdasarkan Gambar 4.10 apabila suplai PLTS yang terhubung ke beban

terputus, maka koil relai 1 (0.02) tidak mendeteksi tegangan masukkan dari output

arduino pin 4 yaitu tegangan baterai dan PV (>51,5V dan >65V), sehingga

memutuskan output koil kontaktor PLTS (100.02) yang terhubung ke beban dan koil

inverter (100.04) serta menutup kembali anak koil relai 1 (0.02) lainnya yang tadinya

terbuka. Koil relai 3 (0.03) aktif jika tegangan output dari arduino pin 6 yaitu tegangan

PLN terdeteksi sebesar >200VAC. Aktifnya koil relai 3 (0.03) mengaktifkan timer 01

(T001) dengan delai waktu 3 detik dan membuka anak kontak relai 3 (0.03) lainnya

yang tadinya normaly close. Ketika timer 01 berada pada delay waktu 5 ms, ini

menandakan kontaktor PLN masih dalam kondisi OFF. Setelah waktu delai 3 detik

tercapai maka T001 mengaktifkan output kontaktor PLN (100.03) dan membuka anak

67

kontaktor PLN (100.03) lainnya yang terhubung dengan output komtaktor PLTS

(100.02), sehingga suplai PLN terhubung ke beban.

d. Perpindahan PLN ke PLTS

Diagram ladder pada Gambar 4.11 merupakan pemindahan dari suplai daya

PLN yang terhubung ke beban ketika mengalami pemadaman ke suplai daya PLTS.

Gambar 4.11 Pemindahan suplai PLN yang terhubunh kek beban ke suplai PLTS

Berdasarkan gambar 4.11 apabila suplai PLN yang terhubung ke beban

mengalami pemadaman, maka koil relai 3 (0.03) tidak mendeteksi tegangan masukkan

dari output arduino pin 6 yaitu tegangan PLN >200VAC, sehingga memutuskan output

koil kontaktor PLN (100.03) yang terhubung ke beban dan menutup kembali anak koil

68

kontaktor PLN (100.03) dan anak koil relai 3 (0.03) lainnya yang tadinya terbuka. Koil

relai 2 aktif jika tegangan dari output arduino pin 5 yaitu teganga baterai terdeteksi

sebesar >48V. Aktifnya koil relai 2 (0.04) mengaktifkan timer 00 (T000) dengan delai

waktu 3 detik. Ketika timer 00 (T000) berada pada delay waktu 13 ms, ini menandakan

inverter masih dalam kondisi OFF. Setelah waktu delai 3 detik tercapai maka T000

mengaktifkan output inverter (100.04) selanjutnya inverter (100.04) mengaktifkan

kontaktor PLTS (100.02) dan membuka anak kontaktor PLTS (100.02) lainnya yang

terhubung dengan output kontaktor PLN (100.03), sehingga suplai PLTS terhubung ke

beban.

4.1.3.2 Hasil Pengujian

a. Pengujian saat kondisi normal

Tabel 4.4 Pengujian saat kondisi normal

No

Relay 1

PV & Baterai

>=80%

Relay 2

Baterai

>=50%

Relay 3

PLN

Inverter Kontaktor

PLTS Kontaktor

PLN Waktu

1 On On On On On Off -

Pada Tabel 4.4 merupakan hasil pengujian pada saat kondisi normal. Pada

pengujian ini, Relay 1, Relay 2, Relay 3, dan inverter berada pada posisi ON. Pada

posisi ini suplai energi listrik tetap di ambil alih oleh Kontaktor PLTS, sehingga switch

PLTS bekerja menghubungkan suplai PLTS ke beban sedangkan kontaktor PLN dalam

kondisi terbuka (OFF).

b. Pengujian saat PV <65V dan Baterai PLTS saat kapasitas penyimpanan daya kurang

80% yaitu <51.5V dan PLN suplai Beban

69

Tabel 4.5 Pengujian saat PV <65V dan Baterai PLTS saat kapasitas penyimpanan daya

kurang 80% yaitu <51.5V dan PLN suplai Beban

No

Relay 1 Relay 2 Relay 3

PLN Inverter Kont. PLTS

Kont. PLN Waktu Ket PV &

Baterai >=80%

Baterai >=50%

1 On On On On On Off -

PLTS suplai beban

2 Off On On Off Off

Off 5 ms

Switch PLTS OFF, dan switch inverter OFF, switch PLN masih OFF

On 3 s

switch PLN On, suplai PLN terhubung ke beban

Pada Tabel 4.5 merupakan hasil dari pengujian saat PV <65V dan kapasitas

penyimpanan daya baterai PLTS kurang 80% yaitu <51.5V dan PLN suplai beban.

Pada saat melakukan pengujian, relay 2 dan relay 3 berada pada posisi ON sedangkan

relay 1 OFF. Setelah relai 1 OFF maka PLC memerintahkan output-nya untuk

memutuskan (OFF) inverter dan memutuskan (OFF) switch kontaktor PLTS yang

terhubung ke beban. suplai PLTS OFF mengakibatkan suplai energi listrik dari suplai

utama PLTS tidak tersedia, sehingga switch kontaktor PLTS tidak bekerja/memutuskan

hubungan dari suplai PLTS ke beban. Tidak tersedianya energi listrik dari suplai utama

akan di back-up sementara oleh suplai PLN hingga PLTS mendapatkan suplai daya

yang cukup. Disamping itu proses pemindahan suplai energi listrik PLTS yang

terhubung ke beban ke suplai energi listrik PLN membutuhkan waktu delai 3 detik.

Ketika waktu delai berada pada 5 ms menandakan bahwa PLN masih dalam kondisi

OFF. Setelah delai waktu 3 detik tercapai maka switch kontaktor PLN langsung ON

sehingga switch kontaktor PLN bekerja untuk menghubungkan suplai PLN ke beban

70

c. Pengujian saat PLN padam dan kapasitas penyimpanan daya Baterai PLTS >=50%

yaitu >48V

Tabel 4.6 Pengujian saat PLN padam dan kapasitas penyimpanan daya Baterai PLTS

>=50% yaitu >48V

No

Relay 1 Relay 2 Relay 3

Inverter Kont. PLTS

Kont. PLN Waktu Ket PV &

Baterai >=80%

Baterai >=50% PLN

1 Off On On Off Off On - PLN suplai beban

2 Off On Off

Off Off Off 13 ms

Switch kontaktor PLN OFF dan switch inverter masih OFF

On

Off Off 3 s

Switch inverter ON dan switch kontaktor PLTS OFF

On On -

switch PLTS ON, suplai PLTS tergubung ke beban

Pada Tabel 4.6 merupakan hasil dari pengujian pada saat PLN padam dan

kapasitas penyimpanan daya Baterai PLTS >=50% yaitu >48V. Setelah beberapa saat

PLN beroperasi dan memberikan suplai daya listrik ke beban. Selanjutnya suplai PLN

mengalami pemadaman listrik sehingga PLTS mengambil alih suplai ke beban dengan

kapasitas penyimpanan daya baterai >=50% yaitu >51.5V. Pada saat melakukan

pengujian, relay 2 ON sedangkan relay 1 dan relay 3 berada pada posisi OFF. Setelah

suplai PLN OFF maka PLC memertintahkan output-nya untuk memutuskan (OFF)

switch kontaktor PLN yang terhubung ke beban. Tidak tersedianya energi listrik dari

suplai PLN akan di back-up sementara oleh suplai PLTS dengan kondisi kapasitas

penyimpanan daya baterai >=50% yaitu >51.5V, sehingga switch kontaktor PLTS

menghubungkan suplai PLTS ke beban. Disamping itu proses pemindahan suplai

energi listrik dari PLN yang terhubung ke beabn ke suplai energi listrik PLTS

membutuhkan waktu delai 3 detik. Ketika waktu delai berada pada 13 ms menandakan

71

bahwa inverter dan switch kontaktor PLTS masih dalam kondisi OFF. Setelah delay

waktu 3 detik tercapai maka inverter langsung ON. Setelah inverter ON maka inverter

mengaktifkan switch kontaktor PLTS. Setelah kontaktor PLTS aktif maka suplai energi

listrik PLTS terhubung ke beban.

72

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang bisa diambil dari simulasi otomatisasi suplai beban

menggunakan PLC di Observatorium Geomagnetik Lombok ini adalah:

1. Sensor tegangan baterai (50% dan 80%), PV, dan PLN memiliki tegangan input

batas bawah yaitu sebesar (48 VDC dan 51.5 VDC), 65 VDC, dan 200 VAC yang di

wakili dengan tegangan output yaitu sebesar (3.7 VDC dan 4 VDC), 3.5 VDC, dan

3.3 VDC. Sedangkan input batas atas sensor tegangan baterai (50% dan 80%),

PV, dan PLN yaitu sebesar 56 VDC, 90 VDC, dan 240 VAC yang di wakili dengan

tegangan output yaitu sebesar 4.4 VDC, 4.6 VDC, dan 3.9 VDC.

2. Program PLC yang dibuat sudah berjalan dengan baik dan dapat dijanlankan

sesuai yang diinginkan.

3. Pemindahan sumber energi secara otomatis menggunakan PLC yaitu, dari

sumber energi PLTS yang terhubung ke beban ke sumber energi PLN

membutuhkan waktu 3 detik dan begitu juga sebaliknya pemindahan sumber

energi dari PLN yang terhubung ke beban ke sumber energi PLTS

membutuhkan waktu 3 detik.

5.2 Saran

Dalam pengerjaan dan penyelesaian tugas akhir ini tentu tidak lepas dari

berbagai macam kekurangan dan kelemahan, baik pada perangkat keras atau pengkat

lunak yang di rancang. Untuk memperbaiki kekurangan tersebut, maka perlu dilakukan

hal-hal sebagai berikut:

1. Alat ini sebaiknya dilengkapi dengan alat instrumen seperti sensor temrperatur.

2. Peneliti selanjutnya dapat mengembangkan penggunaan PLC sebagai control

otomatisasi dalam dunia kelistrikan.

73

DAFTAR PUSTAKA

Abidin, Z. (2014). Penyedia Daya Cadangan Menggunakan Inverter. Jurnal INTEKNA,

Tahun XIV, (2), 102-209.

Alfian, M. Perancangan Miniatur Sistem Hibrid Plts-Pln-Baterai Berbasis PLC Omron

CPM1A-30 CDR-A-VI. Jurnal Online Mahasiswa (JOM) Bidang Teknik

Elektro, 2015, 2.2.

Aliyu, A., Basuki, A., Rudy, R. Rancang Bangun Sistem Pengambilan dan Pemuatan

Kemasan yang dikendalikan melalui PLC Omron CP1E-E40DR-A.

In: Prosiding Seminar Nasional ReTII. 2015.

Budiyanto, M. dan Wijaya, A. Pengenalan Dasar–Dasar PLC (Programmable Logic

Controller) disertai contoh Aplikasinya. Gava Media, Yogyakarta, 2003.

Fadhil F. M. Kajian Potensi Energi Surya di Indonsia. I Care Indonesia, 2017.

https://icare-indonesia.org/kajian-potensi-energi-surya-di-indonesia-2/. Diakses

tanggal 4 september 2018.

Ng, Albert. Karakteristik Baterai, 2018.

https://netsolar.wordpress.com/2018/03/04/karakteristik-baterai/.

Diakses tanggal 15 Januari 2019.

Noer, A. P. Pemodelan Alat Penyiraman Tanaman Secara Otomatis Berbasis

Programmable Logic Controller (PLC) Omron Tipe CPM2A. 2010. Tugas

Akhir. Institut Teknologi Nasional Bandung.

P, Januar. Kontaktor Magnet, 2017. https://kopilis.blogspot.com/2017/03/kontaktor-

magnet.html. Diakses tanggal 5 Juni 2018

Raharjo, P. Perancangan Sistem Hibrid Solar Cell–Baterai–PLN Menggunakan

Programmable Logic Controllers. 2013. Rahman, F., Abdul N., Giri Wahyu W. Rancang Bangun ATS/AMF Sebagai Pengalih

Catu Daya Otomatis Berbasis Programmable Logic Control. NTB: Jurnal

Dielektrika ISSN, 2015, 2086-9487

74

Setiawan, I. Programmable Logic Controller dan Teknik Perancangan Sistem Kontrol,

2006.

Susanto, E. Automatic Transfer Switch (Suatu Tinjauan). Jurnal Teknik Elektro, 2015,

5.1.

Yuliadi, A. Pengontrolan Panel Hybrid (PLN-Solar Cell) Berbasis Programmable Logic

Controller (PLC). 2017. PhD Thesis. Politeknik Negeri Padang.

Yulianti T. 2014. Perancangan Pembangkit Tenaga Listrik Tenaga Surya Sistem BIPV

di Bank Indonesia (BI). FakultasTeknik. Mataram. UNRAM.

Yoedie. Panel Kontrol Listrik, 2016.

https://utakatikmikro.com/2011/06/07/menerima-pembuatan-panel-listrik-

untuk-industri-dan-perumahan/. Diakses tanggal 19 februari 2019.

Zimmerman, Greg, P. Programmable Logic Controllers and Ladder Logic, 2008.

http://ourmumbaicity.com/File_PLC_and_LadderLogic.html. Diakses tanggal 2

Juni 2018.

https://www.luminousindia.com/media/catalog_pdf/Cruze%20and%20Pro%20UPS%20

Catalogue.pdf. Diakses tanggal 19 februari 2019.

https://www.shop-e.gr/images/product_pdf/06.06.0024_iTracer-Series-Datasheet-IT341

5ND-Solar-Charge-Controller.pdf. Diakses tanggal 19 februari 2019.

http://yohannes-purba.blogspot.com/2013/04/apa-itu-panel-surya.html. Diakses tanggal

2 Juni 2018.

75

Lampiran 1. Program Sensor Tegangan pada Arduino

//sensor tegagan int NilaiPV = A6; int NilaiBat = A7; int NilaiPLN = A4; int Relay1 = 4; int Relay2 = 5; int Relay3 = 6; float V_PV = 0.0; float V_Bat = 0.0; float V_PLN = 0.0; void setup() // komunikasi serial 9600 bit per sekon: Serial.begin(9600); pinMode(NilaiPV, INPUT); pinMode(NilaiBat, INPUT); pinMode(NilaiPLN, INPUT); pinMode(Relay1, OUTPUT); pinMode(Relay2, OUTPUT); pinMode(Relay3, OUTPUT); void loop() //baca input analog pada pin A2, A3, A4: int NilaiPV = analogRead(A6); int NilaiBat = analogRead(A7); int NilaiPLN = analogRead(A4); //Konversi Nilai sensor (dari 0 - 1023) menjadi tegangan (0 - 5V): float V_PV = NilaiPV*(4.4/1023.0); float V_Bat = NilaiBat*(4.6/1023.0); float V_PLN = NilaiPLN*(4.6/1023.0); if(V_PV >= 3.68 && V_PV <= 4.6 && V_Bat >= 4.39 && V_Bat <= 4.6) digitalWrite(Relay1, HIGH); else digitalWrite(Relay1, LOW); delay(100); if(V_Bat >= 4.10 && V_Bat <= 4.6) digitalWrite(Relay2, HIGH); else

76

digitalWrite(Relay2, LOW); delay(100); if(V_PLN > 3.21 && V_PLN <= 4.6) digitalWrite(Relay3, HIGH); else digitalWrite(Relay3, LOW); delay(100); // Menampilkan hasil: Serial.print(" V_PV = "); Serial.print(V_PV); Serial.print("\t"); Serial.print(" V_Bat = "); Serial.print(V_Bat); Serial.print("\t"); Serial.print(" V_PLN = "); Serial.println(V_PLN); delay(1000);

77

Lampiran 2. Program Ladder Diagram PLC

Lampiran 3. Latching

78

Lampiran 4. Kondisi Normal PLTS

79

Lampiran 5. Perpindahan Suplai PLTS yang terhubung ke Beban ke Suplai PLN

80

Lampiran 6. Pemindahan Suplai PLN yang terhubung ke Beban ke Suplai PLTS

SIMULASI OTOMATISASI SUPPLY BEBAN MENGGUNAKAN ...

Documents

Transcript of SIMULASI OTOMATISASI SUPPLY BEBAN MENGGUNAKAN ...