bab ii lanadasan teori
advertisement
BAB II LANADASAN TEORI 2.1 SCADA 2.1.1. Pengertian SCADA SCADA merupakan singkatan dari Supervisory Control And Data Acquisition yang berarti sebuah sistem yang berfungsi untuk memonitor mengendalikan dan melakukan proses akuisisi data (mengumpulkan data) secara terpadu dalam satuan waktu tertentu pada sistem (plant) yang luas untuk kemudian diterjemahkan dan diproses secara simultan ke pusat kendali yaitu Master Terminal Unit, setelah itu data akan diproses sedemikian rupa kemudian dilakukan sebuah tindakan oleh MTU dari hasil akuisisi data tersebut, yaitu berupa control terhadap Plant yang di pantau secara otomatis dan dihubungkan juga dengan perangkat Human Machine Interface nya . Jadi secara singkatnya sistem SCADA ini merupakan suatu sistem pengendalian alat secara jarak jauh, dengan kemampuan memantau data-data dari alat yang dikendalikan. Dalam industri ketenagalistrikan sistem SCADA tidak hanya digunakan dalam proses distribusi tenaga listrik saja akan tetapi sistem SCADA juga dapat digunakan pada proses-proses pembangkitan tenaga listrik juga. Sistem pemantauan dan kontrol terhadap plant biasanya terdiri dari sebuah host pusat atau master yang biasa dinamakan sebagai Master Station, Master Terminal Unit (MTU) yang terletak di sebuah Master Control Unit (MCU), sedangkan satu atau lebih unit-unit pengumpul dan kontrol data lapangan biasa dinamakan remote station, remoter terminal unit (RTU) dan sekumpulan perangkat lunak standar yang digunakan untuk memantau dan mengontrol elemen-elemen data-data di lapangan. Sebagian besar sistem SCADA banyak menggunakan komunikasi jarak jauh, walaupun demikian ada beberapa elemen yang menggunakan komunikasi jarak dekat.Dengan sistem SCADA maka dispatcher dapat mendapatkan data dengan cepat setiap saat (real time) bila diperlukan, disamping itu SCADA dapat 5 6 dengan cepat memberikan peringatan pada dispatcher bila terjadi gangguan pada sistem, sehingga gangguan dapat dengan mudah dan cepat dinormalkan. Gambar 2.1 Diagram Blok Sistem SCADA 2.1.2. Fungsi SCADA Sistem SCADA dalam aplikasinya secara umum memiliki tiga fungsi pokok, yang pertama yaitu sebagai telesignaling yaitu berfungsi untuk mengumpulkan seluruh status dari plant atau kondisi yang terjadi pada plant yang dikontrol di lapangan yang sekaligus dipantau secara aktual, kedua yaitu sebagai telemetering yaitu untuk mengetahui besaran-besaran yang hendak diukur dari plant seperti tegangan, arus, frekuensi, daya dan lain-lain, dan yang ketiga adalah sebagai telecontrolling atau telecomando yaitu memberikan perintah secara remote atau jarak jauh terhadap plant untuk melakukan sebuah tindakan seperti membuka atau menutup kontak yang perintah ini dikirim dari pusat kendali atau Master Terminal Unit. Secara spesifik fungsi SCADA dapat diperinci sebagai berikut : a. Supervisory Control, yaitu fungsi pengendalian jarak jauh suatu peralatan Sistem Tenaga Listrik misal mengoperasikan CB atau DS, mengatur bukaan Governor pada Pembangkit Tenaga Air, proses sinkronisasi antar pembangkit dan lain-lain. 7 b. Pemrosesan Data atau informasi, yaitu proses perhitungan, analisa data atau informasi yang didapat dari hasil pengumpulan data yang terjadi dilapangan kemudian ditampilkan dalam bentuk, laporan, grafik ataupun hasil perhitungan. c. Akuisisi Data atau Informasi, yaitu proses penerimaan atau pengumpulan datadari berbagai peralatan di lapangan, data atau informasi dapat berupa; Status indikasi, seperti posisi Circuit Breaker (CB) atau Disconnecting Switch (DS). Besaran-besaran pengukuran, seperti daya reaktif, frekuensi, tegangan, arus, kecepatan putaran, dan lain-lain. Besaran energi d. Tagging, yaitu fungsi peletakan informasi (penandaan) pada peralatan tertentu missal CB/DS yang tidak boleh dioperasikan karena adanya pemeliharaan atau aktifitas secara manual di lokasi. e. Pemrosesan alarm atau event, yaitu memberikan informasi kepada operator jika terdapat perubahan atau kejadian pada sistem tenaga listrik. f. Post Mortem Review, yaitu menganalisa akibat gangguan sistem dan mengembalikannya ke kondisi semula. 2.1.3. Komponen SCADA Dalam menjalankan sistemnya sebuah sistem SCADA mempunyai bagianbagian penting yang menyusun sebuah sistem tersebut. Bagian yang terpenting pada sistem SCADA terdapat 3 bagian yaitu : a. Master Terminal Unit (MTU) MTU atau biasa yang disebut dengan master station, merupakan unit komputer yang digunakan sebagai pengolah data pusat dari sistem SCADA. Unit master ini menyediakan Human Machine Interface (HMI) yang berfungsi sebagai perantara antara dispatcher dengan sistem komputer. Perangkat keras yang ada pada master unit, antara lain a. Server : SCADA server (mengolah & menyimpan semua data), Historical Server, EMS/DMS Server, DTS server (menjalankan 8 aplikasi training), Sub-sistem komnunikasi server, dan Offline database server. b. Workstasion : Workstasion Dispatcher, Engineer, DTS, di luar kontrol sistem. c. Monitor. d. Printer. e. Static Diplay : menampilkan besaran-besaran listrik. f. GPS sistem : sinkronisasi waktu. g. Layar Tayang : menampilkan topologi jaringan, one line diagram, status peralatan dan warna jaringan sesuai standart. h. Switch : perangkat lunak firewall untuk keamanan jaringan. i. Router : komunikasi antar control. j. LAN. k. Storage Pada MTU terdapat suatu komponen yang dinamakan Front End Processor (FEP) berfungsi sebagai media penyalur yang mengatur setiap system komunikasi yang ada dalam system SCADA tersebut.FEP pada MTU merupakan sebuah jembatan penghubung antara RTU pada plant yang ada dilapangan dengan komputer yang berfungsi sebagai kendali dan pemantauan secara remote (HMI). Data-data yang diperoleh dari masing-msing RTU yang ada di setiap plant yang adan dilapangan diatampung di MTU dan kemudian MTU memberikan data yang diminta oleh computer mengenai kondisi plant yang ada dilapangan, baik itu hanya sekedar untuk mengetahui parameter-parameter yang ada sampai melakukan perintah pengontrolan pada plant sesuai perintah yang diterima dari computer. b. Remote Terminal Unit (RTU) RTU merupakan unit-unit komputer kecil yang dilengkapi dengan sistem mandiri yang ditempatkan pada lokasi dan tempat-tempat tertentu di lapangan. RTU bertindak sebagai pengumpul data lokal yang didapatkan dari sensor-sensor dan mengirimkan perintah ke peralatan di lapangan. Pada sistem tenaga listrik, 9 RTU terletak pada Gardu Induk, Gardu Distribusi, dan Gardu Hubung yang bertugas mengeksekusi semua perintah dari MTU dan untuk mengetahui setiap kondisi peralatan yang ada pada gardu melalui pengumpulan data besaran-besaran listrik, status peralatan, dan sinyal alarm yang kemudian diteruskan ke MTU melalui jaringan komunikasi data. c. Media Komunikasi Data Media komunikasi yaitu perangkat/sarana fisik yang menghubungkan antara pusat kontrol dengan RTU di gardu distribusi. Pengiriman data dari pusat kontrol ke RTU atau sebaliknya dari RTU ke pusat kontrol.Sistem komunikasi ini adalah bagaimana dua perangkat komputer di pusat kontrol dan RTU dapat saling dihubungkan dan dapat saling berkomunikasi satu dengan yang lainnya. d. Peralatan lapangan Peralatan laangan disini bisa berupa peralatan instrumentasi di lapangan pada sebuah plant berupa sensor yang digunakan untuk membaca sinyal analog atau digital yang diukur, sedangkan aktuator digunakan untuk mengendalikan peralatan seperti motor, generator, exiter, sakelar, katup, dan sebagainya. 2.1.4 Aplikasi Sistem SCADA SCADA bukanlah teknologi khusus, tapi lebih merupakan sebuah aplikasi, SCADA digunakan untuk melakukan proses industri yang kompleks secara otomatis, menggantikan tenaga manusia, dan biasanya merupakan proses-proses yang melibatkan faktor-faktor kontrol yang lebih banyak, faktor-faktor kontrol gerakan-cepat yang lebih banyak, dan lain sebagainya, dimana pengontrolan oleh manusia menjadi tidak nyaman lagi. Sebagai contoh, SCADA digunakan di seluruh dunia misalnya antara lain : a) Pembangkit, transmisi dan distribusi listrik, SCADA digunakan untuk mendeteksi besarnya arus dan tegangan, pemantauan operasional circuit breaker, dan untuk mematikan atau menghidupkan the power grid. 10 b) Penampungan dan distribusi air, SCADA digunakan untuk pemantauan dan pengaturan laju aliran air, tinggi reservoir, tekanan pipa dan berbagai macam faktor lainnya. c) Bangunan, fasilitas dan lingkungan, manajer fasilitas menggunakan SCADA untuk mengontrol unit-unit pendingin, penerangan, dan sistem keamanan. d) Produksi, Sistem SCADA mengatur inventori komponen-komponen, mengatur otomasi alat atau robot, memantau proses dan kontrol kualitas. e) Transportasi KA listrik, menggunakan SCADA bisa dilakukan pemantauan dan pengontrolan distribusi listrik, otomasi sinyal trafik KA, melacak dan menemukan lokasi KA, mengontrol palang KA dan lain sebagainya. f) Lampu lalu-lintas, SCADA memantau lampu lalu-lintas, mengontrollaju lalu lintas, dan mendeteksi sinyal-sinyal yang salah. Masih banyak lagi aplikasi-aplikasi potensial untuk sistem SCADA.SCADA saat ini digunakan hampir di seluruh proyek-proyek industri, manufaktur, dan infrastruktur lainnya. 2.1.5. SCADA pada Sistem Tenaga Listrik Fasilitas SCADA diperlukan untuk melaksanakan pengusahaan tenaga listrik terutama pengendalian operasi secara realtime. Suatu sistem SCADA terdiri dari sejumlah RTU, sebuah Master Station / Region Control Center (RCC), dan jaringan telekomunikasi data antara RTU dan Master Station. RTU dipasang di setiap gardu induk atau pusat pembangkit yang hendak dipantau. RTU ini bertugas untuk mengetahui setiap kondisi peralatan tegangan tinggi melalui pengumpulan besaran-besaran listrik, status peralatan, dan sinyal alarm yang kemudian diteruskan ke Master Station melalui jaringan telekomunikasi data. RTU juga dapat menerima dan melaksanakan perintah untuk merubah status peralatan tegangan tinggi melalui sinyal-sinyal perintah yang dikirim dari Master Station. 11 Dengan sistem SCADA maka dispatcher dapat mendapatkan data dengan cepat setiap saat (realtime) bila diperlukan, disamping itu SCADA dapat dengan cepat memberikan peringatan pada dispatcher bila terjadi gangguan pada sistem, sehingga gangguan dapat dengan mudah dan cepat diatasi/dinormalkan. Data yang dapat diamati berupa kondisi On/Off peralatan transmisi daya, kondisi sistem SCADA sendiri, dan juga kondisi tegangan dan arus pada setiap bagian di komponen transmisi. Setiap kondisi memiliki indikator berbeda, bahkan apabila terdapat indikasi yang tidak valid maka dispatcher akan dapat mengetahui dengan mudah. Fungsi kendali pengawasan mengacu pada operasi peralatan dari jarak jauh, seperti switching circuit breaker, proses sinkronisasi dan pengoperasian peralatan pada pembangkit, pengiriman sinyal balik untuk menunjukkan atau mengindikasikan kalau operasi yang diinginkan telah berjalan efektif. Sebagai contoh pengawasan dilakukan dengan menggunakan indikasi lampu, jika lampu hijau menyala menunjukkan peralatan yang beroperasi (on), sedangkan lampu merah menunjukkan bahwa peralatan berhenti operasi (off), atau dapat menampilkan kondisi tidak valid yaitu kondisi yang tidak diketahui apakah on atau off. Saat RTU melakukan operasi kendali seperti membuka circuit breaker, perubahan dari lampu merah menjadi hijau pada pusat kendali menunjukkan bahwa operasi berjalan dengan sukses. Operasi pengawasan disini memakai metode pemindaian (scanning) secara berurutan dari RTU-RTU yang terdapat pada subsistem yang ada pada pembangkit misalnya pada turbin dan generatornya. Sistem ini mampu mengontrol beberapa RTU dengan banyak peralatan pada tiap RTU hanya dengan satu Master Station. Lebih lanjut, sistem ini juga mampu mengirim dari jarak jauh data-data hasil pengukuran oleh RTU ke Master Station, seperti data analog frekuensi, tegangan, daya dan besaran-besaran lain yang dibutuhkan untuk keseluruhan operasi pengawasan . Keuntungan sistem SCADA lainnya ialah kemampuan dalam membatasi jumlah data yang ditransfer antar Master Station dan RTU. Hal ini dilakukan melalui prosedur yang dikenal sebagai exception reporting dimana hanya data 12 tertentu yang dikirim pada saat data tersebut mengalami perubahan yang melebihi batas setting.Master Station secara berurutan memindai (scanning) RTU-RTU dengan mengirimkan pesan pendek pada tiap RTU untuk mengetahui jika RTU mempunyai informasi yang perlu dilaporkan.Apabila alamat pesan yang dikirimkan oleh MTU sama dengan alamat di RTU yang ada di lapangan maka RTU akan mengirim pesan balik pada Master Station, jika RTU mempunyai sesuatu yang perlu dilaporkan, dan data akan diterima dan dimasukkan ke dalam memori komputer. Jika diperlukan, pesan akan dicetak pada mesin printer di Master Station dan ditampilkan pada layar monitor. Selain dengan sistem pemindaian, pertukaran data juga dapat terjadi secara incidental (segera setelah aksi manuver terjadi) misalnya terjadi proses penyalaan generator pada plant yang ada di lapangan, maka RTU secara otomatis akan segera mengirimkan status dari keadaan generator tersebut ke Master Station. Dispatcher akan segera mengetahui bahwa generator sudah berputar atau bekerja. Ketika operasi dilakukan dari Master Station, pertama yang dilakukan adalah memastikan peralatan yang dipilih adalah tepat, kemudian diikuti dengan pemilihan operasi yang akan dilakukan. Operator pada Master Station melakukan tindakan tersebut berdasar pada prosedur yang disebut metode “select before execute” (SBXC), seperti di bawah ini: 1. Dispatcher di Master Station memilih RTU. 2. Dispatcher memilih peralatan yang akan dioperasikan. 3. Dispatcher mengirim perintah. 4. RTU mengetahui peralatan yang hendak dioperasikan. 5. RTU melakukan operasi dan mengirim sinyal balik pada Master Station ditunjukkan dengan perubahan warna pada layar monitor dan cetakan pesan pada printer logging. Prosedur diatas meminimalkan kemungkinan terjadinya kesalahan operasi.Jika terjadi gangguan pada RTU, pesan akan dikirim dari RTU yang mengalami gangguan tadi ke Master Station, dan pemindaian yang normal akan mengalami penundaan yang cukup lama karena Master Station mendahulukan pesan gangguan dan menyalakan alarm agar operator dapat mengambil tindakan 13 yang diperlukan secepatnya. Pada saat yang lain, pada kebanyakan kasus, status semua peralatan pada RTU dapat dimonitor setiap 2 detik, memberikan informasi kondisi sistem yang sedang terjadi pada operator di Pusat Kendali (RCC). Hampir semua sistem kendali pengawasan modern berbasis pada komputer, yang memungkinkan Master Station terdiri dari komputer digital dengan peralatan masukan keluaran yang dibutuhkan untuk mengirimkan pesanpesan kendali ke RTU serta menerima informasi balik. Informasi yang diterima akan ditampilkan pada layar LCD dan/atau dicetak pada printer sebagai permanent records. LCD juga dapat menampilkan informasi grafis seperti diagram satu garis. Pada pusat kendali (RCC), seluruh status sistem juga ditampilkan pada Diagram Dinding (mimic board), yang memuat data mengenai aliran daya pada kondisi saat itu dari RTU. 2.2 Master Station Master station merupakan kumpulan perangkat keras dan lunak yang ada di control center. Biasanya desain untuk sebuah master station tidak sama. Konfigurasi master station secara umum dapat dilihat pada gambar 1.2. SD SD SD SD SD SD SD SD SD PROLIANT 8000 ESC SD PROLIANT 8000 SD 8000 PROLIANT ESC ESC SD DLT SD SD DLT DLT A B C D E F G H A B C D E F G H SELECTED ON-LINE SELECTED ON-LINE SD CONSOLE SD DSU CPU S3 LP B1 B2 OK LOOP BRI S/T CONSOLE FDX OK FDX 100 LNK BRI S/T 100 LNK AUX LOOP LP B1 B2 WIC 0 OK Cisco 1720 WIC 0 OK AUX WIC 1 OK DSU CPU S3 WIC 1 OK Cisco 1720 A B C D E F G H SELECTED ON-LINE A B C D E F G H SELECTED ON-LINE SD PROLIANT 8000 ESC SD DLT Gambar 2.2. Konfigurasi Master Station 14 Keterangan: 1. 2. Workstation dispatcher (2 set) dan Workstation supervisor (1 set) 3. Workstation DTS (2 set) 4. Server SCADA (1 set redundant) 5. GPS (1 set redundant) 6. 7. Workstation engineer & update database (2 set) Server EMS (1 set redundant) Server data historikal dan update database (1 set redundant) 8. Server DTS (1 set redundant) 9. Projection multimedia (2 set) 10. Server kontroller (1 set) 11. Layar tayang 12. Switch Gigabit Ethernet LAN 13. Server sub sistem komunikasi (1 set redundant) 14. Switch 100 Megabit Ethernet LAN 15. Workstation di luar control center 16. Static display 17. Printer laser hitam putih (1 buah) 18. Printer laser berwarna (1 buah) 19. Gateway atau Router + Firewall (1 set) 20. Server frekuensi (1 set) 21. Monitoring frekuensi (2 set) 22. Kinerja SCADA, Operasi (1 set) 23. Offline database server (1 set) Master Station dapat dikategorikan menjadi beberapa bagian besar utama, adapun bagian-bagian utama Master Station adalah: Server Workstation LAN (Local Area Network) Aplikasi Peripheral Penunjang 15 2.2.1. Server Menurut definisi umum Server (Indonesia: peladen) adalah sebuah sistem komputer yang menyediakan jenis layanan (service) tertentu dalam sebuah jaringan komputer. Server didukung dengan prosesor yang bersifat scalable dan RAM yang besar, juga dilengkapi dengan sistem operasi khusus, yang disebut sebagai sistem operasi jaringan (network operating system). Server juga menjalankan perangkat lunak administratif yang mengontrol akses terhadap jaringan dan sumber daya yang terdapat di dalamnya, seperti halnya berkas atau alat pencetak (printer), dan memberikan akses kepada workstation anggota jaringan. Di dalam operasi SCADA, beberapa fungsi dari kerja sistemnya ditangani oleh beberapa server yang berbeda, dengan ini data dapat diolah sedemikian rupa, dan diakses sesuai dengan kepentingan pengguna data. Adapun beberapa server yang terdapat di SCADA diantaranya, a. Server SCADA Server SCADA berfungsi sebagai pengolah dan penyimpan semua data informasi yang diperoleh dari sub sistem komunikasi untuk dikirimkan kepada server yang lain sesuai dengan kebutuhan. b. Server Sub Sistem Komunikasi Server Sub Sistem Komunikasi adalah server yang berfungsi sebagai kontrol komunikasi ke RTU/remote station dengan model polling serta sinkronisasi yang ditentukan sesuai dengan kebutuhan. c. Server Historikal Server Historikal berfungsi sebagai penyimpan semua data dan informasi baik yang dinamis maupun statis serta semua perubahan informasi yang didapat dari server SCADA maupun server EMS/DMS. 2.2.2. Workstation Workstation adalah komputer yang dirancang untuk high-end aplikasi ilmiah dan teknis. Terutama ditujukan untuk digunakan oleh satu orang pada suatu waktu, mereka biasanya terhubung ke LAN dan menjalankan sistem operasi 16 multi-user. Istilah workstation juga digunakan untuk merujuk ke terminal komputer pusat atau PC yang terhubung ke jaringan, beberapa workstation a. Workstation Dispatcher Workstation yang digunakan oleh dispatcher untuk memonitor sistem kelistrikan. b. Workstation Engineer Workstation yang digunakan oleh engineer Master Station untuk melakukan modifikasi database. c. Workstation Update Database Workstation yang digunakan untuk melakukan update database. 2.2.3. Peripheral Periferal atau perangkat tambahan atau perangkat saja (Inggris: peripheral device) adalah perangkat keras yang dihubungkan ke sebuah sistem (umumnya komputer) untuk meningkatkan kegunaannya. Beberapa Periferal yang terdapat di SCADA adalah sebagai berikut, a. Power Supply Power supply berfungsi mensuplai daya listrik ke peralatan. b. Storage Storage berfungsi sebagai media penyimpan data, backup operating system, backup program, dan backup database. Storage terdiri dari tape, optical disk, dan media penyimpan lainnya. c. Mimic atau Layar Tayang Tampilan pada layar tayang memiliki fungsi yang sama dengan tampilan pada monitor dispatcher. d. Projector Menampilkan informasi jaringan atau kondisi komponen jaringan yang ada di ruang rapat atau ruang operasi kondisi darurat. e. Printer Mencetak setiap event, alarm, dan mencetak gambar bila diperlukan. 17 2.2.4. Aplikasi Bagian utama dari sistem manajemen jaringan SCADA adalah fungsi dasar sistem, sistem manajemen sumber data, Human Machine Interface dan sub komunikasi. Dengan aplikasi SCADA, semua fungsi secara bersamaan sistem yang diperlukan digolongkan untuk supervisi dan pengendalian sistem tenaga listrik. a. Aplikasi SCADA Menampilkan fungsi SCADA (telemetering, telesignaling, remote control). b. Aplikasi Historikal Data Menyimpan data dalam waktu tertentu. c. Aplikasi Update Database Fasilitas bagi pengguna untuk melakukan update database SCADA dan atau EMS. 2.3. PLTMH Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH) pada dasarnya memanfaatkan energi potensial jatuhan air. Semakin tinggi jatuhan air maka semakin besar energi potensial air yang dapat diubah menjadi energi listrik. Di samping faktor geografis yang memungkinkan, tinggi jatuhan air dapat pula diperoleh dengan membendung aliran air sehingga permukaan air menjadi tinggi. Secara umum tata letak sistem PLTMH merupakan pembangkit jenis run off river, memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistem PLTMH tersebut terdiri dari banaunan intake (penyadap) bendungan, saluran pembavia, bak pengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit dan saluran pembuangan. Dasar tata letak perencanaan pengembangan PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake, bagaimana aliran air akan dibawa ke turbin dan penentuan tempat rumah pembangkit untuk rnendapatkan tinggi jatuhan optimum dan aman dari banjir. Indonesia sendiri secara tidak resmi sudah menjadi salah pusat pembelajaran dan pengembangan teknologi PLTMH di Asia Tenggara. Indonesia 18 memiliki populasi PLTMH untuk penyediaan listrik pedesaan (isolated grid) yang paling banyak di Asia Tenggara. Lebih dari 85 persen mikro maupun mini hidro yang tersebar di seluruh pelosok Indonesia sistem pembangkitnya diproduksi di Indonesia dengan tingkat komponen dalam negeri (TKDN) lebih dari 85 persen. Sedangkan di Jawa Barat, PLTMH tersebar di dataran tinggi Bandung Selatan dan wilayah Priangan. Pada survey yang dilakukan pada tahun 1995-1996 teridentifikasi PLTMH yang dibangun semasa Kolonial sebanyak 44 lokasi, yang mana pada saat itu 18 pembangkit diantaranya masih beroperasi. PLTMH yang dibangun tahun 1885 PLTMH di Nagara Kanaan. tertua Secara umum tata letak sistem PLTMH merupakan pembangkit jenis run off river, memanfaatkan aliran air permukaan (sungai). Komponen sistern PLTMH tersebut terdiri dari banaunan intake (penyadap) bendungan, saluran pembavia, bak pengendap dan penenang, saluran pelimpah, pipa pesat, rumah pembangkit dan saluran pembuangan. Dasar tata letak pada perencanaan pengembangan PLTMH dimulai dari penentuan lokasi intake, bagaimana aliran air akan dibawa ke turbin dan penentuan tempat rumah pembangkit untuk rnendapatkan tinggi jatuhan optimum dan aman dari banjir. 2.3.1. Lokasi Bangunan Intake Pada umumnya instalasi PLTMH merupakan pembangkit listrik tenaga air jenis aliran sungai langsung, jarang yang merupakan jenis waduk (bendungan besar). Konstruksi bangunan intake untuk mengambil air langsung dari sungai dapat berupa bendungan (intake dam) yang melintang sepanjang lebar sungai atau langsung membagi aliran air sungai tanpa dilengkapi bangunan bendungan. Lokasi intake harus dipilih secara cermat untuk menghindarkan masalah di kemudian hari. 2.3.2. Kondisi Dasar Sungai Lokasi intake harus memiliki dasar sungai yang relatif stabil, apalagi bila bangunan intake tersebut tanpa bendungan (intake dam). Dasar sungai yang tidak stabil inudah mengalami erosi sehingga permukaan dasar sungai lebih rendah 19 dibandingkan dasar bangunan intake, hal ini akan menghambat aliran air memasuki intake. Dasar sungai berupa lapisan lempeng batuan merupakan tempat yang Tempat di mana kemiringan sungainya kecil, umumnya memiliki dasar stabil. sungai yang relatif stabil. Pada kondisi yang tidak memungkinkan diperoleh lokasi intake dengan dasar sungai yang relatif stabil dan erosi pada dasar sungai memungkinkan teladi, maka konstruksi bangunan intake dilengkapi dengan bendungan untuk menjaga ketinggian dasar sungai di sekitar intake. 2.3.3. Bentuk Aliran Sungai Salah satu permasalahan yang sering terjadi pada instalasi PLTMH adalah kerusakan pada bangunan intake yang disebabkan oleh banjir. Hal tersebut sering terjadi pada intake yang ditempatkan pada sisi luar sungai. Pada bagian sisi luar sungai mudah erosi serta rawan terhadap banjir. Batti-batuan, batang pohon serta berbagai material yang terbawa banjir akan mengarah pada bagian tersebut. Sementara itu bagian sisi dalam sungai merupakan tempat terjadinya pengendapan lumpur dan sedimentasi, schingga tidak cocok untuk lokasi intake. Lokasi intake yang baik terletak sepanjang bagian sungai yang relatif lurus, di mana aliran akan terdorong memasuki intake secara alami dengan membawa beban (bed load) yang kecil. 2.3.4. Lokasi rumah pembangkit Pada dasarnya setiap pembangunan mikrohidro berusaha untuk mendapatkan head yang maksimum. Konsekuensinya lokasi rumah pembangkit (power house) berada pada tempat yang serendah mungkin. Karena alasan keamanan dan konstruksi, lantai rumah pembangkit harus selalu lebih tinggi dibandingkan permukaan air sungai. Data dan informasi ketinggian permukaan sungai pada waktu banjir sangat diperlukan dalam menentukan lokasi rumah pembangkit. Selain lokasi rumah pembangkit berada pada ketinggian yang aman, saluran pembuangan air ( tail race ) harus terlindung oleh kondisi alam, seperti 20 batu-batuan besar. Disarankan ujung saluran tail race tidak terletak pada bagian sisi luar sungai karena akan mendapat beban yang besar pada saat banjir, serta memungkinkan masuknya aliran air menuju ke rumah pembangkit. 2.3.5. Lay-out Sistem PLTMH Lay out sebuah sistem PLTMH merupakan rencana dasar untuk pembangunan PLTMH. Pada tata letak dasar digambarkan rencana untuk mengalirkan air dari intake sampai ke saluran pembuangan akhir. Air dari intake dialirkan ke turbin menggunakan saluran pembawa air berupa kanal dan pipa pesat (penstock). Penggunaan pipa pesat memerlukan biaya yang iebih besar dibandingkan pembuatan kanal terbuka, sehingga dalam membuat lay out perlu diusahakan agar menggunakan pipa pesat sependek mungkin. Pada lokasi. tertentu yang tidak memungkinkan pembuatan saluran pembawa, penggunaan pipa pesat yang panjang tidak dapat dihindari. Perlu diketahui, latar belakang dikembangkannya pembangkit listrik tenaga air disebabkan oleh faktor-faktor diantaranya tuntutan akan kebutuhan tenaga listrik dan mencegah krisis tenaga listrik (byar pet). Disamping itu, sebagian besar pembangkit listrik di Indonesia merupakan pembangkit berbahan bakar fosil seperti batu bara untuk pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), gas (PLTGU) serta diesel (PLTD). Mengingat kondisi seperti itu, tidak ada salah nya mengembangkan pembangkit listrik dengan tenaga air apalagi dengan potensi air yang begitu besar yaitu 75.000 MW, tetapi jumlah PLTA yang ada baru sebesar 13,69 persen dari total pembangkitan PLN. Alasan lain, air merupakan sumber energi terbarukan (renewable) sehingga persediaannya tak terbatas dan tidak mencemari lingkungan (ferial). 2.4. Human Machine Interface Human Machine Interface adalah sebuah interface atau tampilan penghubung antara manusia dengan mesin. HMI memvisualisasikan kejadian, peristiwa, atau pun proses yang sedang terjadi di plant secara nyata sehingga dengan HMI operator lebih mudah dalam melakukan pekerjaan fisik (Irvine, 21 2001). Biasanya HMI digunakan juga untuk menunjukkan kesalahan mesin, status mesin, memudahkan operator untuk memulai dan menghentikan operasi, serta memonitor beberapa part pada lantai produksi. HMI mempunyai jenis yang beragam, dari mulai panel kendali untuk misal sebuah pembangkit listrik tenaga nuklir, atau bahkan tombol input dalam telepon genggam. HMI mempunyai fungsi sebagai berikut : Memonitor keadaan yang ada di plant Mengatur nilai pada parameter yang ada di plant Mengambil tindakan yang sesuai dengan keadaan yang terjadi Memunculkan tanda peringatan dengan menggunakan alarm jika terjadi sesuatu yang tidak normal Menampilkan pola data kejadian yang ada di plant baik secara real time maupun historikal (Trending history atau real time). Mendesain sebuah interface adalah sebuah tantangan tersendiri, dimana si perancang mesti memikirkan cara kerja dari interface tersebut, secara menyeluruh, memperhatikan setiap detail dari keseluruhan fungsi dari interface tersebut dan membuatnya logis dalam berkomunikasi dengan mesin yang dikendalikan. 2.5. Microsoft Visual Basic Visual Basic adalah salah satu bahasa pemrograman komputer. Bahasa pemrograman adalah perintah- perintah yang dimengerti oleh komputer untuk melakukan tugas-tugas tertentu. Bahasa pemrograman Visual Basic, yang dikembangkan oleh Microsoft sejak tahun 1991, merupakan pengembangan dari pendahulunya yaitu bahasa pemrograman BASIC (Beginner’s All-purpose Symbolic Instruction Code) yang dikembangkan pada era 1950-an. Visual Basic merupakan salah satu Development Tool yaitu alat bantu untuk membuat berbagai macam program komputer, khususnya yang menggunakan sistem operasi Windows. Visual Basic merupakan salah satu bahasa pemrograman komputer yang mendukung object (Object Oriented Programming = OOP) 22 Microsoft Visual Basic sering disingkat sebagai VB saja merupakan sebuah bahasa pemrograman yang menawarkan Integrated Development Environment (IDE) visual untuk membuat program perangkat lunak berbasis sistem operasi Microsoft Windows dengan menggunakan model pemrograman (COM). Visual Basic adalah pengembangan dari bahasa komputer Beginner’s All- purpose Symbolic Instruction Code (BASIC). Bahasa program tersebut tersusun mirip dengan bahasa Inggris yang biasa digunakan oleh para programer untuk menulis program-program komputer sederhana yang berfungsi sebagai pembelajaran bagi konsep dasar pemrograman komputer. Popularitas dan pemakaian BASIC yang luas dengan berbagai jenis komputer turut berperan dalam mengembangkan dan memperbaiki bahasa itu sendiri, dan akhirnya berujung pada lahirnya Visual Basic yang berbasis Graphic User Interface (GUI) bersamaan dengan Microsoft Windows. Gambar 2.3. Tampilan muka Visual Basic 6.0 Professional Hingga akhirnya Visual Basic berkembang menjadi beberapa versi, sampai yang terbaru, yaitu Visual Basic 2010. Namun bagaimanapun juga Visual Basic 6.0 tetap menjadi versi yang paling populer karena mudah dalam membuat 23 programnya dan ia tidak menghabiskan banyak memori. Itulah mengapa penulis lebih memilih menggunakan Visual Basic 6.0 dibanding versi terbarunya. Dalam proses programming VB memiliki setidaknya dua buah form utama, satu sebagai form interface yang berbasis grafik, dan yang lain sebagai form source codenya. Gambar 2.4. Tampilan form grafik Visual Basic 6.0 Professional Gambar 2.5. Tampilan form source code Visual Basic 6.0 Professional Berikut ini adalah source code program sederhana yang menampilkan message box yang bertuliskan “Hello, World!”, tampilannya sebagai berikut, Private Sub Form_Load() ' Execute a simple message box that will say "Hello, World!" MsgBox "Hello, World!" End Sub 24 Source code berikut ini akan menampilkan program, dengan tampilan dalam sebuah label yang menuliskan angka dengan nama variable count, dan berubah bertambah seiring dengan perubahan waktu yang di set pada properti dengan interval tiap 1000 ms atau 1 detik. Dalam form gambar diperlukan timer properti Timer untuk dapat menjalankan program berikut dengan benar. Option Explicit Dim Count As Integer Private Sub Form_Load() Count = 0 Timer1.Interval = 1000 ' units of milliseconds End Sub Private Sub Timer1_Timer() Count = Count + 1 lblCount.Caption = Count End Sub Kemudian beberapa properti penting yang akan digunakan pada pembahasan bab berikutnya diantaranya adalah. a. MSComm Gambar 2.6. Icon Properti MSComm Properti ini digunakan untuk menjalin komunikasi antara PC (Personal Computer) dengan menggunakan fasilitas VB6, dengan peralatan diluar baik itu melalui Hub RJ45, DB15, DB25 (di komputer konvensional) ataupun melalui USB. Dengan mengatur nomor port yang ingin disambungkan dan menset dimana divais yang ingin dihubung ke PC dipasang, maka akan terjalin komunikasi setelah Properti MSComm (ke-n). Portopen di program sama dengan True. 25 b. MSFlexGrid Gambar 2.7. Icon Properti MSFlexGrid Properti ini digunakan sebagai fasilitas record data yang masuk melalui port input MSComm, sehingga data yang masuk akan dikelompokkan setelah melalui beberapa fasilitas properti lain dan menempati grid-grid yang telah diberi sesuai dengan urutannya. label c. ImageList Gambar 2.8. Icon Properti ImageList Properti ini penggunaannya lebih kearah visualisasi, ImageList ini dapat memanggil gambar dalam jumlah yang ditentukan dan menampilkannya secara berurutan. Adapun setting dari interval penampilan gambarnya diatur oleh properti lain. d. Command Button Gambar 2.9. Icon Properti CommandButton Properti Command Button ini adalah salah satu objek yang paling vital dalam melakukan fungsi komunikasi secara interface, cara kerajanya adalah dengan meng-klik CommandButton tersebut pada saat program dalam keadaan running. Adapun follow up dari meng-klik tombol ini bergantung pada source code yang tuliskan ke dalamnya. 26 e. Timer Gambar 2.10. Icon Properti Timer Properti timer ini sangat penting dalam melaksanakan fungsi timing, terutama untuk kerja program yang ingin dibuat bekerja otomatis. Dengan meletakkan source code kerja dari properti lain, di dalam properti Timer ini, dan mengatur interval kerja Timer, dalam tenggang waktu (interval) yang diatur sebelumnya, maka kerja properti yang disimpan di dalam properti Timer ini akan bekerja dan berulang secara otomatis sesuai setting interval kerja. 2.6. Komunikasi Data UART Komunikasi data merupakan bentuk komunikasi yang secara khusus berkaitan dengan transmisi atau pemindahan data antara komputer-komputer, komputer dengan piranti-piranti yang lain dalam bentuk data digital yang dikirimkan melalui media Komunikasi data. Gambar 2.11. Komunikasi data Komunikasi data saat ini menjadi bagian dari kehidupan masyarakat, karena telah diterapkan dalam berbagai bentuk aplikasi misal: komunikasi antar komputer yang populer dengan istilah internet, Handphone ke komputer, Handphone ke Handphone, komputer atau handphone ke perangkat lain misalnya printer, fax, telepon, camera video dan lain-lain. 27 Model Komunikasi data: a. Komunikasi data Simplex: satu arah Gambar 2.12. Komunikasi data Simplex b. Komunikasi data Half Duplex: Dua arah bergantian Gambar 2.13. Komunikasi data Half Duplex c. Komunikasi data Full Duplex: Dua arah bersamaan Gambar 2.14. Komunikasi data Full Duplex Ada 2 macam cara komunikasi data serial yaitu Sinkron dan Asinkron. Pada komunikasi data serial sinkron, clock dikirimkan bersama sama dengan data serial, tetapi clock tersebut dibangkitkan sendiri – sendiri baik pada sisi pengirim maupun penerima. Sedangkan pada komunikasi serial asinkron tidak diperlukan clock karena data dikirimkan dengan kecepatan tertentu yang sama baik pada pengirim maupun penerima. 28 Pada IBM PC kompatibel port serialnya termasuk jenis asinkron. Komunikasi data serial ini dikerjakan oleh Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART). IC UART dibuat khusus untuk mengubah data parallel menjadi data serial dan menerima data serial yang kemudian dirubah lagi menjadi data parallel. IC UART 8250 merupakan salah satunya. Selain berbentuk IC mandiri berbagai macam mikrokontroller juga ada yang dilengkapi dengan UART, misalnya AT89S51/52/53 atau PIC16F877. Pada UART, kecepatan pengiriman data (atau yang sering disebut dengan Baud Rate) dan fase clock pada sisi transmitter dan sisi receiver harus sinkron. Untuk itu diperlukan sinkronisasi antara Transmitter dan Receiver. Hal ini dilakukan oleh bit “Start” dan bit “Stop”. Ketika saluran transmisi dalam keadaan idle, output UART adalah dalam keadaan logika “1”. Ketika Transmitter ingin mengirimkan data, output UART akan diset dulu ke logika “0” untuk waktu satu bit. Sinyal ini pada receiver akan dikenali sebagai sinyal “Start” yang digunakan untuk menyinkronkan fase clocknya sehingga sinkron dengan fase clock transmitter. Selanjutnya data akan dikirimkan secara serial dari bit yang paling rendah (bit0) sampai bit tertinggi. Selanjutnya akan dikirimkan sinyal “Stop” sebagai akhir dari pengiriman data serial. Sebagai contoh misalnya akan dikirimkan data huruf “A” dalam format ASCII (atau sama dengan 41 heksa atau 0100 0001. Gambar 2.15. Contoh Pengiriman 1 byte Kecepatan transmisi (baud rate) dapat dipilih bebas dalam rentang tertentu. Baud rate yang umum dipakai adalah 110, 135, 150, 300, 600, 1200, 2400, dan 9600 (bit/perdertik). Dalam komunikasi data serial, baud rate dari kedua alat yang berhubungan harus diatur pada kecepatan yang sama. Selanjutnya harus ditentukan panjang data (6,7 atau 8 bit), paritas (genap, ganjil, atau tanpa paritas), dan jumlah bit “Stop” (1, 1 ½ , atau 2 bit). 29 Untuk dapat menggunakan port serial harus diketahui dahulu alamat dari port serial tersebut. Biasanya tersedia dua port serial pada CPU, yaitu COM1 dan COM2. Base Address COM1 biasanya 1016 (3F8h) dan COM2 biasanya 760 (2F8h). Alamat tersebut adalah alamat yang biasa digunakan, tergantung komputer yang digunakan. Tepatnya kita bisa melihat pada peta memori tempat menyimpan alamat tersebut, yaitu memori 0000.0400h untuk COM1 dan 0000.0402h untuk COM2. Gambar 2.16. Nama Register – Register UART 2.6.1. Keterangan Register RX Buffer , digunakan untuk menampung dan menyimpan data dari DCE. TX Buffer , digunakan untuk menampung dan menyimpan data yang akan dikirim ke port serial. Baud Rate Divisor Latch LSB , digunakan untuk menampung byte bobot rendah untuk pembagi clock pada IC UART agar didapat baud rate yang tepat. Baud Rate Divisor Latch MSB , digunakan untuk menampung byte bobot tinggi untuk pembagi clock pada IC UART sehingga total angka pembagi adalah 4 byte yang dapat dipilih dari 0001h sampai FFFFh. 30 Berikut adalah tabel angka pembagi yang sering digunakan : Gambar 2.17. Konfigurasi Baud Rate Sebagai catatan, register Baud Rate Divisor Latch ini bisa diisi jika bit 7 pada register Line Control Register diisi 1. 2.6.2. Pemrograman Port Serial Komputer Port serial sering digunakan untuk interfacing komputer dan mikrokontroler, karena kemampuan jarak pengiriman data dibandingkan port paralel. Berikut contoh program assembly untuk komunikasi serial antara 2 PC. Untuk komunikasi ini, yang perlu dihubungkan : 1. Pin TxD ke pin RxD komputer lain 2. Pin RXD dihubungkan ke pin TxD komputer lain 3. RTS dan CTS dihubung singkat 4. DSR dan DTR dihubung singkat 5. GND dihubungkan ke GND komputer lain Bila dibandingkan cara komunikasi yang dilakukan secara paralel dengan cara komunikasi yang dilakukan secara serial, maka masing-masing akan memiliki keuntungan dan kelebihan yang tersendiri. Komunikasi yang dilakukan secara serial mempunyai keuntungan dari sisi pengkabelan, karena hanya memerlukan tiga buah kabel TX, RX dan Ground. 2.6.3. Alasan Penggunaan Port Serial Dibandingkan dengan menggunakan port parallel penggunaan port serial terkesan lebih rumit. Berikut adalah keuntungan penggunaan port serial dibandingkan penggunaan port parallel. 31 1. Pada komunikasi dengan kabel yang panjang, masalah cable loss tidak akan menjadi masalah besar daripada menggunakan kabel parallel. Port serial mentransmisikan “1” pada level tegangan -3 Volt sampai -25 Volt dan “0” pada level tegangan +3 Volt sampai +25 Volt, sedangkan port parallel mentransmisikan “0” pada level tegangan 0 Volt dan “1” pada level tegangan 5 Volt. 2. Dubutuhkan jumlah kabel yang sedikit, bisa hanya menggunakan 3 kabel yaitu saluran Transmit Data, saluran Receive Data, dan saluran Ground (Konfigurasi Null Modem) 3. Saat ini penggunaan mikrokontroler semakin populer. Kebanyakan mikrokontroler sudah dilengkapi dengan Serial Communication Interface (SCI) yang dapat digunakan untuk komunikasi dengan port serial komputer. 2.7. Media Pengiriman Data 2.7.1. Media yang Terpandu Kabel Twisted Pair : Kabel berpasangan, ada yang pasangan tunggal dan banyak pasangan. Kabel Coaxial : Kabel yang terdiri dari 2 konduktor: 1 konduktor didalam, konduktor diluar melingkupi yang di dalam. Kedua dipisahkan oleh isolator, dan terbungkus karet pembungkus. Optical fiber : Kabel yang terbuat dari kaca yang menyalurkan cahaya sebagai pembawa sinyal. 2.7.2. Media yang Tidak Terpandu Wireless : Media pengiriman data menggunakan medium udara sebagai media penyaluran sinyal elektromagnetik. 2.8. Protokol Protokol adalah sebuah aturan yang mendefinisikan beberapa fungsi yang ada dalam sebuah jaringan komputer, misalnya mengirim pesan, data, informasi dan fungsi lain yang harus dipenuhi oleh sisi pengirim dan sisi penerima agar 32 komunikasi dapat berlangsung dengan benar, walaupun sistem yang ada dalam jaringan tersebut berbeda sama sekali. Protokol ini mengurusi perbedaan format data pada kedua sistem hingga pada masalah koneksi listrik. Standar protokol terkenal yaitu Open System Interconnecting (OSI) yang ditentukan oleh yang International Standart Organization (ISO). 2.8.1. Komponen Protokol 1) Aturan atau prosedur - Mengatur pembentukan/pemutusan hubungan - Mengatur proses transfer data. 2) Format atau bentuk representasi pesan 3) Kosakata (vocabulary) Jenis pesan dan makna masing-masing pesan. 2.8.2. Fungsi Protokol Secara umum fungsi dari protokol adalah untuk menghubungkan sisi pengirim dan sisi penerima dalam berkomunikasi serta dalam bertukar informasi agar dapat berjalan dengan baik dan benar. Sedangkan fungsi protokol secara detail dapat dijelaskan berikut: Fragmentasi dan reassembly: Fungsi dari fragmentasi dan reassembly adalah membagi informasi yang dikirim menjadi beberapa paket data pada saat sisi pengirim mengirimkan informasi dan setelah diterima maka sisi penerima akan menggabungkan lagi menjadi paket informasi yang lengkap. Encaptulation: Fungsi dari encaptulation adalah melengkapi informasi yang dikirimkan dengan address, kode-kode koreksi dan lain-lain. Connection control: Fungsi dari Connection control adalah membangun hubungan komunikasi dari sisi pengirim dan sisi penerima, dimana dalam membangun hubungan ini juga termasuk dalam hal pengiriman data dan mengakhiri hubungan. 33 Flow control: Berfungsi sebagai pengatur perjalanan datadari sisi pengirim ke sisi penerima. Error control: Dalam pengiriman data tak lepas dari kesalahan, baik itu dalam proses pengiriman maupun pada waktu data itu diterima. Fungsi dari error control adalah mengontrol terjadinya kesalahan yang terjadi pada waktu data dikirimkan. Transmission service: Fungsi dari transmission service adalah memberi pelayanan komunikasi data khususnya yang berkaitan dengan prioritas dan keamanan serta perlindungan data. 2.8.3. Protokol Modbus Protokol Modbus merupakan aturan-aturan komunikasi data dengan teknik Master-Slave. Dalam komunikasi tersebut hanya terdapat satu Master dan satu atau beberapa Slave yang membentuk sebuah jaringan. Komunikasi Modbus selalu diawali dengan query dari Master, dan Slave memberikan respon dengan mengirimkan data atau melakukan aksi sesuai perintah dari Master. Master hanya melakukan satu komunikasi dalam satu waktu. Slave hanya akan melakukan komunikasi jika ada perintah (query) dari Master dan tidak bisa melakukan komunikasi dengan Slave yang lain. Pada saat mengirimkan query ke Slave, Master menggunakan 2 mode pengalamatan, yaitu: a) Unicast mode. Master mengirimkan query kepada satu Slave. Setelah menerima dan memproses query, Slave akan memberikan jawaban berupa respon kepada Master. b) Broadcast mode. Master mengirimkan perintah (query) kepada semua Slave. Pada mode pengalamatan ini Slave tidak mengirimkan respon kepada Master. Protokol Modbus membentuk sebuah format pesan untuk query Master dan respon Slave.
