bab ii landasan teori - Perpustakaan Universitas Mercu Buana

BAB II
LANDASAN TEORI
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai teori – toeri yang digunakan dalam
perancangan, pembuatan dan implementasi Sistem Kontrol AMF Berbasis
Arduino. Teori yang digunakan meliputi teori Genset, Arduino Uno, Mcb, Relay.
2.1
Genset
Generator adalah mesin yang dapat mengubah tenaga mekanis menjadi
tenaga listrik melalui proses induksi elektromagnetik. Generator ini memperoleh
energi mekanis dari prime mover. Generator arus bolak-balik (AC) dikenal dengan
sebutan alternator. Generator diharapkan dapat mensuplai tenaga listrik pada saat
terjadi gangguan, dimana suplai tersebut digunakan untuk beban prioritas.
Sedangkan genset (generator set) merupakan bagian dari generator.
Genset merupakan suatu alat yang dapat mengubah energi mekanik
menjadi energi listrik. Genset atau sistem generator penyaluran adalah suatu
generator listrik yang terdiri dari panel, berenergi solar dan terdapat kincir angin
yang ditempatkan pada suatu tempat. Genset dapat digunakan sebagai sistem
cadangan listrik atau "off-grid" (sumber daya yang tergantung atas kebutuhan
pemakai). Genset sering digunakan oleh rumah sakit dan industri yang
mempercayakan sumber daya yang mantap, seperti halnya area pedesaan yang
tidak ada akses untuk secara komersial menghasilkan listrik.
5
http://digilib.mercubuana.ac.id/
6
Generator terpasang satu poros dengan motor diesel, yang biasanya
menggunakan generator sinkron (alternator) pada pembangkitan. Generator
sinkron terdiri dari dua bagian utama yaitu: sistem medan magnet dan jangkar.
Generator ini kapasitasnya besar,medan magnetnya berputar karena terletak pada
rotor. Konstruksi generator AC adalah sebagai berikut:
2.1.1 Rangka stator
Terbuat dari besi tuang, rangka stator maerupakan rumah dari bagian
bagian generator yang lain.
2.1.2 Stator
Stator memiliki alur-alur sebagai tempat meletakkan lilitan stator. Lilitan
stator berfungsi sebagai tempat GGL induksi.
2.1.3 Rotor
Rotor adalah bagian yang berputar, pada bagian ini terdapat kutub-kutub
magnet dengan lilitannya yang dialiri arus searah, melewati cincin geser dan sikatsikat.
2.1.4 Cincin geser
Terbuat dari bahan kuningan atau tembaga yang yang dipasang pada poros
dengan memakai bahan isolasi. Slip ring ini berputar bersama-sama dengan poros
dan rotor.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
7
2.1.5 Generator Penguat
Generator penguat merupakan generator arus searah yang dipakai sebagai
sumber arus. Pada umumnya generator AC ini dibuat sedemikian rupa, sehingga
lilitan tempat terjadinya GGL induksi tidak bergerak, sedangkan kutub-kutub akan
menimbulkan medan magnet berputar. Generator itu disebut dengan generator
berkutub dalam, dapat dilihat pada gambar berikut.
Gambar 2.1 Bagian-bagian generator
2.1.6 Cara Kerja Generator
Prinsip kerja dari generator sesuai dengan hukum Lens, yaitu arus listrik
yang diberikan pada stator akan menimbulkan momen elektromagnetik, yang
bersifat melawan putaran rotor sehingga menimbulkan EMF pada kumparan rotor.
Tegangan EMF ini akan menghasilkan suatu arus jangkar. Jadi diesel sebagai
prime mover akan memutar rotor generator, kemudian rotor diberi eksitasi agar
menimbulkan medan magnet yang berpotongan dengan konduktor pada stator dan
menghasilkan tegangan pada stator. Karena ada dua kutub yang berbeda, utara dan
http://digilib.mercubuana.ac.id/
8
selatan, maka tegangan yang dihasilkan pada stator adalah tegangan bolak-balik.
Generator AC bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik. Generator
AC terdiri dari stator yang merupakan elemen diam dan rotor yang merupakan
elemen berputar dan terdiri dari belitan-belitan medan. Pada generator AC
jangkamya diam sedangkan medan utamanya berputar dan lilitan jangkarnya
dihubungkan dengan dua cincin geser.
2.2
Arduino
Uno Arduino adalah board berbasis mikrokontroler pada ATmega328.
Board ini memiliki 14 digital input / output pin (dimana 6 pin dapat digunakan
sebagai output PWM), 6 input analog, 16 MHz osilator kristal, koneksi USB, jack
listrik tombol reset. Pin-pin ini berisi semua yang diperlukan untuk mendukung
mikrokontroler, hanya terhubung ke komputer dengan kabel USB atau sumber
tegangan bisa didapat dari adaptor AC-DC atau baterai untuk menggunakannya.
Board Arduino Uno memiliki fitur-fitur baru sebagai berikut :
o 1,0 pinout: tambah SDA dan SCL pin yang dekat ke pin aref dan dua pin baru
lainnya ditempatkan dekat ke pin RESET, dengan IO REF yang
memungkinkan sebagai buffer untuk beradaptasi dengan tegangan yang
disediakan dari board sistem. Pengembangannya, sistem akan lebih kompatibel
dengan Prosesor yang menggunakan AVR, yang beroperasi dengan 5V dan
dengan Arduino karena yang beroperasi dengan 3.3V. Yang kedua adalah pin
tidak terhubung, yang disediakan untuk tujuan pengembangannya.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
9
o Circuit Reset
Gambar 2.2 Board Arduino Uno
Gambar 2.3 Kabel USB Board Arduino Uno
http://digilib.mercubuana.ac.id/
10
Deskripsi Arduio UNO:
Tabel 2.1 Deskripsi Arduino Uno
Mikrokontroller
Atmega328
Operasi Voltage
5V
Input Voltage
7-12 V (Rekomendasi)
Input Voltage
6-20 V (limits)
I/O
14 pin (6 pin untuk PWM)
Arus
50 mA
Flash Memory
32KB
Bootloader
SRAM 2 KB
EEPROM
1 KB
Kecepatan
16 Mhz
 Catu Daya
Uno Arduino dapat diaktifkan melalui koneksi USB atau dengan catu
daya eksternal. Sumber listrik dipilih secara otomatis. Eksternal (non-USB) daya
dapat datang baik dari AC-DC adaptor atau baterai. Adaptor ini dapat
dihubungkan dengan cara menghubungkannya plug pusat-positif 2.1mm ke
dalam board colokan listrik. Lead dari baterai dapat dimasukkan ke dalam
header pin Gnd dan Vin dari konektor Power.
Board dapat beroperasi pada pasokan daya dari 6 - 20 volt. Jika diberikan
dengan kurang dari 7V, bagaimanapun, pin 5V dapat menyuplai kurang dari 5
volt dan board mungkin tidak stabil. Jika menggunakan lebih dari 12V, regulator
http://digilib.mercubuana.ac.id/
11
tegangan bisa panas dan merusak board. Rentang yang dianjurkan adalah 7 - 12
volt.
Pin catu daya adalah sebagai berikut:
o
VIN. Tegangan input ke board Arduino ketika menggunakan sumber daya
eksternal (sebagai lawan dari 5 volt dari koneksi USB atau sumber daya
lainnya diatur). Anda dapat menyediakan tegangan melalui pin ini, atau, jika
memasok tegangan melalui colokan listrik, mengaksesnya melalui pin ini.
o
5V. Catu daya diatur digunakan untuk daya mikrokontroler dan komponen
lainnya di board. Hal ini dapat terjadi baik dari VIN melalui regulator
onboard,atau diberikan oleh USB .
o
3,3 volt pasokan yang dihasilkan oleh regulator on-board
Menarik
arus
maksimum adalah 50 mA.
o
GND

Memory
ATmega328 ini memiliki 32 KB dengan 0,5 KB digunakan untuk
loading file. Ia juga memiliki 2 KB dari SRAM dan 1 KB dari EEPROM

Input & Output
Masing-masing dari 14 pin digital pada Uno dapat digunakan
sebagai input atau output, menggunakan fungsi pinMode(), digitalWrite(),
dan digitalRead(). Mereka beroperasi di 5 volt. Setiap pin dapat memberikan
atau menerima maksimum 40 mA dan memiliki resistor pull-up internal dari
20-50 K_. Selain itu,beberapa pin memiliki fungsi khusus:
http://digilib.mercubuana.ac.id/
12
o
Serial: 0 (RX) dan 1 (TX). Digunakan untuk menerima (RX) dan
mengirimkan (TX) data TTL serial. Pin ini terhubung ke pin yang sesuai
dari chip ATmega8U2 USB-to-Serial TTL.
o
Eksternal Interupsi: 2 dan 3. Pin ini dapat dikonfigurasi untuk memicu
interupsi pada nilai yang rendah, tepi naik atau jatuh, atau perubahan nilai.
Lihat attachInterrupt () fungsi untuk rincian.
o
PWM: 3, 5, 6, 9, 10, dan 11. Menyediakan 8-bit output PWM dengan
analogWrite () fungsi.
o
SPI: 10 (SS), 11 (mosi), 12 (MISO), 13 (SCK). Pin ini mendukung
komunikasi SP I menggunakan perpustakaan SP I.
o
LED: 13. Ada built-in LED terhubung ke pin digital 13. Ketika pin adalah
nilai TINGGI, LED menyala, ketika pin adalah RENDAH, itu
off.
Uno memiliki 6 input analog, diberi label A0 melalui A5, masingmasing menyediakan 10 bit resolusi yaitu 1024 nilai yang berbeda. Secara
default sistem mengukur dari tanah sampai 5 volt.
o
TWI: A4 atau SDA pin dan A5 atau SCL pin. Mendukung komunikasi TWI
o
Aref. Referensi tegangan untuk input analog. Digunakan dengan
analogReference ().
o
Reset.
Lihat juga pemetaan antara pin Arduino dan ATmega328 port. Pemetaan
untuk ATmega8, 168 dan 328 adalah identik.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
13

Komunikasi
Uno Arduino memiliki sejumlah fasilitas untuk berkomunikasi
dengan komputer, Arduino lain, atau mikrokontroler lain. ATmega328 ini
menyediakan UART TTL (5V) komunikasi serial, yang tersedia pada pin
digital 0 (RX) dan 1 (TX). Sebuah ATmega16U2 pada saluran board ini
komunikasi serial melalui USB dan muncul sebagai com port virtual untuk
perangkat lunak pada komputer. Firmware Arduino menggunakan USB
driver standar COM, dan tidak ada driver eksternal yang dibutuhkan.
Namun, pada Windows, file. Inf diperlukan. Perangkat lunak Arduino
termasuk monitor serial yang memungkinkan data sederhana yang akan
dikirim ke board Arduino. RX dan TX LED di board akan berkedip ketika
data sedang dikirim melalui chip USB-to-serial dan koneksi USB ke
komputer. ATmega328 ini juga mendukung komunikasi I2C (TWI) dan SPI.
Fungsi ini digunakan untuk melakukan komunikasi inteface pada sistem.

Programming
Uno
Arduino
dapat
diprogram
dengan
perangkat
lunak
Arduino.Pilih Arduino Uno dari Tool lalu sesuaikan dengan mikrokontroler
yang digunakan. Para ATmega328 pada Uno Arduino memiliki
bootloader yang memungkinkan Anda untuk meng-upload program baru
untuk itu tanpa menggunakan programmer hardware eksternal. Ini
berkomunikasi menggunakan protokol dari bahas C. Sistem dapat
menggunakan perangkat lunak FLIP Atmel (Windows) atau programmer
http://digilib.mercubuana.ac.id/
14
DFU (Mac OS X dan Linux) untuk memuat firmware baru. Atau Anda
dapat menggunakan header ISP dengan programmer eksternal .

Perangkat Lunak (Arduino IDE)
Lingkungan open-source Arduino memudahkan untuk menulis
kode dan meng-upload ke board Arduino. Ini berjalan pada Windows, Mac
OS X, dan Linux. Berdasarkan Pengolahan, avr-gcc, dan perangkat lunak
sumber terbuka lainnya.
Gambar 2.4 Perangkat Lunak

Otomatis Software Reset
Tombol reset Uno Arduino dirancang untuk menjalankan program
yang tersimpan didalam mikrokontroller dari awal. Tombol reset terhubung
http://digilib.mercubuana.ac.id/
15
ke Atmega328 melalui kapasitor 100nf. Setelah tombol reset ditekan cukup
lama untuk me-reset chip, software IDE Arduino dapat juga berfungsi untuk
meng-upload program dengan hanya menekan tombol upload di software
IDE Arduino.
2.3
Push Button
Push Button adalah komponen listrik yang berfungsi untuk menyambung
dan memutuskan arus listrik, Push Button ini merupakan kontak yang bekerja
tanpa pengunci sehingga jika tekanan dilepaskan maka kontak akan kembali ke
posisi semula atau bekerja menyambung dan memutuskan arus listrik hanya
sesaat. Jenis kontak ini ada NO atau NC. Simbol sakelar tekan (push button)
sebagai berikut:
 NO (Normally Open) Contact
NO (Normally Open) Contact adalah saklar yang pada kondisi normal
kontaknya terbuka. Apabila saklar ditekan mengakibatkan kontaknya
tersambung. Simbol Normally Open contact dapat dilihat pada gambar 2.5
Gambar 2.5 Simbol Normaly Open Contact
http://digilib.mercubuana.ac.id/
16

NC (Normally Closed) Contact

NC (Normally closed) Contact adalah saklar yang
pada kondisi normal
kontaknya tertutup. Apabila saklar ditekan mengakibatkan kontaknya terputus.
Simbol Normally Closed contact dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Simbol Normaly Closed Contact
2.4
Miniatur Circuit Breaker (MCB)
MCB merupakan peralatan switching dan pemutus arus yang berfungsi
untuk memutuskan tenaga listrik baik pada saat operasi normal maupun dalam
keadaan tidak normal. MCB biasanya dilengkapi dengan pengaman thermis untuk
beban lebih dan pengaman relay untuk hubung singkat. Pada operasi normal,
MCB dipergunakan untuk membuka suatu rangkaian listrik, misalnya untuk
keperluan perawatan. Pada keadaan operasi tidak normal, misalnya pada saat
terjadi gangguan arus lebih maka pada keadaan ini MCB akan membuka
kontaknya secara otomatis sehingga rangkaian yang terganggu akan segera
dilokalisasi.
http://digilib.mercubuana.ac.id/
17
2.5
Relay
Relay adalah suatu alat yang digunakan dalam suatu rangkaian control
untuk melengkapi system pengontrolan yang otomatis. Relay berfungsi untuk
memonitor besaran-besaran ukuran sesuai dengan batas-batas yang dikehendaki.
Relay bekerja pada tegangan dan arus yang kecil jadi berbeda dengan kontaktor.
A
C
B
D
Coil
AB
CD
Coil
Set
Set
Gambar 2.7 Simbol Relay
2.6
Lampu Indikator
Lampu indikator berfungsi untuk memberitahukan/menandakan suatu
sistem dalam keadaan bekerja atau terjadi gangguan. Lampu tanda/indikator
mempunyai beberapa warna dan warna pada lampu indikator itu mempunyai
makna dan maksud tertentu yaitu ; Lampu tanda warna merah menandakan bahwa
sistem/komponen dalam keadaan terjadi gangguan/berhenti. Lampu tanda warna
hijau menandakan bahwa sistem dalam keadaan siap kerja atau sedang bekerja
dan lampu kuning menandakan terjadi gangguan pada sistem.
http://digilib.mercubuana.ac.id/