Sistem Informasi Energi Listrik pada Sis

SIELTUGAS III
SISTEM INFORMASI ENERGI LISTRIK

Sistem Informasi Energi Listrik pada Sistem DC Sederhana
menggunakan Web secara Real-time
Kelompok 1
Elsi Alfionita S
Illa Aryeni
Mardiah Bahri
Frenzi Agres Y
Nur Afni
Ikhsan Purnama

1720952007
1720952008
1720952009
1720952010
1720952011
1720952015

Dosen :

ZAINI, PhD.
NIP. 197603212001121003

PROGRAM MAGISTER TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
PADANG
2018

A. LATAR BELAKANG
Monitoring sistem PLTS bertujuan untuk melihat keadaan tegangan dan arus
dalam sistem. Oleh karena itu, diperlukan sistem informasi energi listrik yang
menyediakan data arus dan tegangan secara realtime. Untuk mendapatkan data arus
dan tegangan tersebut diperlukan alat berupa sensor arus dan sensor tegangan.
Pada penelitian ini, peneliti mensimulasikan sistem informasi PLTS
menggunakan arduino, memonitoring data melalui WEB menggunakan Ethernet
Shield dan menggunakan perangkat tambahan Ethernet Switch agar data dapat
diakses melalui lebih dari 1 PC / Laptop.
B. KOMPONEN
Adapun komponen yang diperlukan untuk penelitian ini adalah :

1. Arduino Uno
Arduino merupakan mikroprocessor yang mengatur regulasi informasi
yang diterima dari pin input dan memberikan informasi tersebut dalam bentuk
data output, dimana data output ditampilkan melalui interface IDE. Maka dari
IDE, kita dapat membaca/mengolah informasi yang telah diterima oleh arduino.
Arduino Uno memiliki 6 buah pin analog, 16 buah pin digital dan 6 buah
pin power dapat dilihat pada Gambar 1. Mikroprocessor yang digunakan Arduino
Uno adalah jenis ATmega328 dengan operasi tegangan 5 volt dan input tegangan
7 – 12 volt.

Gambar 1.

Arduino Uno

Pada

penelitian
ini,
peneliti
menggunakan

dua
pin
analog A1 untuk
input hasil
yang terbaca di
sensor arus
dan A2 untuk
input hasil
yang terbaca di
sensor tegangan serta menggunakan pin power berupa 2 buah pin GND untuk
(-) dan 2 pin 5 Volt untuk vcc/(+) dikarenakan kedua sensor yang dipakai
memiliki tegangan kerja sebesar 5 volt.

2. Ethernet Shield
Ethernet shield adalah tools tambahan untuk arduino yang memberikan
layanan port Ethernet standar RJ-45 dan slot micro-SD card. Ethernet Shield

memiliki pin yang sama dengan Arduino, dimana pin tersebut dapat
meneruskan informasi yang diterima arduino menuju kabel LAN yang
terkoneksi ke IDE (laptop). Ethernet Shield ini memiliki IP Address v4

tersendiri, yaitu default Gateway : 192. 168.1.177 (untuk TCP maupun UDP).
Sehingga pada saat ingin menampilkan/membaca informasi pada Web,
peneliti harus menyetting alamat IP ini.

Gambar 2. Tampilan Ethernet Shield dari samping

Gambar 3. Tampilan Ethernet Shield dari atas
3. Sensor Arus (ACS712)
ACS712 bekerja berdasarkan efek medan magnet. Arus yang mengalir
menghasilkan medan magnet lalu ditangkap oleh IC dan diubah menjadi
tegangan proporsional.
Karakateristik ACS712



Memiliki sinyal analog dengan low-noise atau ganguan rendah
Bandwidth 80 kHz



Output memiliki error 1.5% pada Ta = 25 °C



Range sensitivitas antara 66 - 185 mV/A





Memiliki resistansi sebesar 1.2 mΩ



Tegangan kerja pada 5.0 V



Tegangan offset keluaran yang sangat stabil



Hysterisis yang diakibatkan oleh medan magnet mendekati nol



Perbandingan rasio keluaran sesuai tegangan sumber

Gambar 4. Modul Sensor Arus ACS712
Fungsi tiap pin pada sensor ACS712 ditunjukkan pada tabel berikut.
Tabel Fungsi Pin pada ACS712
Pin output ACS712

Fungsi

VCC

Catu daya sensor

OUT

Output sensor

GND

Grounding

Varian dari ic ACS712 antara lain:



ACS712ELCTR-05B-T jangkauan pengukuran = ±5 A, sensitivitas = 185 mV/A
ACS712ELCTR-20A-T jangkauan pengukuran = ±20 A, sensitivitas = 100 mV/A



ACS712ELCTR-30A-T jangkauan pengukuran = ±30 A, sensitivitas = 66 mv/A



Pada penelitian ini digunakan sensor arus jenis ACS712ELCTR-30A-T.
4. Sensor Tegangan
Sensor tegangan merupakan suatu komponen yang dapat mengukur tegangan DC atau
AC dalam bentuk angka diskrit pada suatu rangkaian. Sensor tegangan terbuat dari rangkaian
– rangkaian yang menggunakan IC seperti ICL7107 / ICL7106 atau IC controller dengan
memanfaatkan ADC (Analog to Digital Converter). Bentuk modul sensor tegangan seperti
ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5. Sensor Tegangan







Sensor tegangan memiliki fitur – fitur sebagai berikut:
Variasi Tegangan masukan: DC 0 - 25 V
Deteksi tegangan dengan jangkauan: DC 0.02445 V - 25 V
Tegangan resolusi analog: 0,00489 V

Tegangan DC masukan antar muka: terminal positif dengan VCC, negatif dengan
GND
Output Interface: "+" Koneksi 5 / 3.3V, "-" terhubung GND, "s" terhubung Arduino
pin A0

Arduino dapat membaca nilai tegangan dengan memanfaatkan pin analog. Jika range
tegangan yang dibaca diantara 0-5 V bisa langsung menggunakan pin analog, namun jika
tegangan yang dibaca>5V harus menggunakan rangkaian tambahan yakni pembagi tegangan
karena pin arduino bekerja pada max 5 v. Data yang diterima arduino berupa nilai ADC,
untuk mengkonversi menjadi nilai tegangan menggunakan rumus:
Tegangan = ADC/1023 * 5V
ADC : Nilai ADC yang terbaca
1023 : Nilai ADC maksimal (10 bit)
5V
: Tegangan referensi ADC arduino (default)
Prinsipkerjasensor tegangan didasarkan pada prinsip penekanan resistansi dan dapat
membuat tegangan input berkurang hingga 5 kali dari tegangan aslinya sehingga sensor
hanya mampu membaca tegangan maksimal 25 V bila input tegangan Arduino sebesar 5 V.
Padadasarnya pembacaan sensor di ubah dalam bentuk bilangan dari 0 sampai 1023, karena
chip Arduino AVR memiliki 10 bit, jadi resolusi simulasi modul 0,00489 V yaitu dari (5 V /

1023), dan tegangan input dari modul ini harus lebih dari 0,00489 V x 5 = 0,02445 V.
Sehinggadapatdirumuskan seperti berikut :
Volt = ((Vout x 0.00489) x 5)

4. Ethernet Switch (8-Port Gigabit Desktop Switch TL-SG1008D)
Switch adalah salah satu perangkat jaringan komputer berfungsi sebagai titik
sambung komputer-komputer dan membentuk sebuah jaringan komputer.

Switch diperlukan untuk membangun jaringan komputer LAN (Local Area
Network)
Sedangkan ethernet merupakan standard untuk perkabelan dan signaling yang
digunakan sebagai penghubung antara komputer dengan switch. Ini bisa
berupa kabel UTP dengan konektor RJ-45 ataupun fiber optic. Switch juga
digunakan untuk menghubungkan beberapa jaringan komputer sehingga
membentuk jaringan yang lebih besar, artinya switch juga bisa menyatukan
switch-switch yang lain.

Gambar 6 (a)

Gambar 6 (b)

Ethernet Switch 8-Port Gigabit Desktop Switch TL-SG1008D
Gambar 6(a) dan 6(b) merupakan gigabit switch dengan fitur 8 port
10/100/1000Mbps, TL-SG1008D digunakan untuk memperluas kapasitas
jaringan dan transfer file besar secara instan dimana mampu mentransfer
gambar, CGI, CAD, atau file multimedia melalui jaringan secara cepat.
Semua port tp-link TL-SG1008D didukung auto MDI / MDIX, sehingga tidak perlu
khawatir tentang jenis kabel, cukup plug and play. Selain itu, TL-SG1008D juga memiliki
teknologi hemat energi yang inovatif, yang dapat menghemat konsumsi daya. Secara
otomatis TL-SG1008D menyesuaikan konsumsi daya sesuai dengan status link dan panjang
kabel untuk membatasi karbon di jaringan.
 Menurunkan daya port menganggur
Ketika peralatan komputer atau jaringan tidak aktif, port yang terhubung ke switch
tradisional akan terus mengkonsumsi sejumlah besar daya sedangkan tp-link TLSG1008D dapat secara otomatis mendeteksi status link port masing-masing dan
mengurangi konsumsi daya port yang menganggur.
 Pengaturan daya menurut panjang kabel
Pada umumnya, kabel yang lebih pendek akan menggunakan daya yang lebih kecil
karena degradasi daya yang lebih kecil sesuai panjang kabel, ini tidak terjadi dengan
sebagian besar perangkat karena mereka akan menggunakan jumlah daya yang sama
di seluruh kabel terlepas dari panjangnya
Fitur auto dari switch gigabit ini membuat instalasi menjadi mudah dan bebas dari
kerumitan sehingga tidak diperlukan konfigurasi. Auto MDI/MDI-X crossover yang ada pada
semua port menghilangkan kebutuhan untuk kabel crossover atau port uplink. Lampu LED
dinamis menyediakan waktu kerja yang tepat menampilkan status dan diagnosis kesalahan.

Auto-negosiasi pada setiap port berguna untuk mendeteksi kecepatan link dari sebuah
perangkat jaringan (10, 100, 1000 Mbps) dan dengan cerdas menyesuaikan kompatibilitas
dan kinerja yang optimal. Berikut ini adalah spesifikasi dan features dari tp-link TLSG1008D.

5. Kabel USB
Kabel USB Arduino adalah kabel yang mentransfer informasi yang diterima
pin arduino menuju IDE untuk menampilkan sebagai data. Juga berguna
untuk sumber tegangan untuk menghidupkan arduino.

Gambar 7. Kabel USB
6. Kabel LAN (RJ45)
Kabel LAN merupakan kabel yang digunakan untuk menyampaikan atau
mentransfer informasi yang diterima oleh Ethernet Shield ke Laptop dengan
menggunakan laman web sebagai interface data nya.

Gambar 8. RJ45

7. Baterai 12 Volt
Baterai sebagai sumber daya dalam rangkaian atau pengganti PLTS pada
simulasi.

Gambar 8. Baterai

8. Beban
Beban yang digunakan dalam penelitian adalah Lampu sorot LED 9 watt dan
Lampu LED 10 watt.

Gambar 9. Lampu (beban)
9. Jumper
Jumper male to female, jumper female to female berfungsi bagaikan urat
nadi pada manusia. Dimana jumper ini berperan sebagai jalan penghubung setiap
komponen yang ada pada rangkaian atau sebuah sistem. Tidak hanya melewatkan
tegangan sumber juga melewatkan tegangan informasi.

Gambar 10. Jumper
Bekerja hanya pada komponen yang memberikan 0 – 7 volt. Untuk
tegangan yang lebih tinggi (12 volt), kami menggunakan :

10. Multimeter
Multimeter berfungsi untuk mengukur arus dan tegangan, baik AC maupun
DC. Juga berfungsi untuk men-cek apakah rangkaian itu terkoneksi atau tidak.

Gambar 11. Multimeter

C. RANGKAIAN

Gambar. Rangkaian Alat

Gambar Rangkaian Sistem Informasi
Sifat sensor arus dan tegangan
- Sensor arus ACS712 dihubungkan secara seri dengan baterai dan beban (lampu)
sedangkan sensor tegangan dihubungkan secara paralel dengan baterai dan beban
(lampu).
Karena pada arduino hanya ada satu pin power 5 Volt, sedangkan setiap sensor
memerlukan pin Vcc 5 volt , maka kami menggunakan pin 5 volt pada arduino ke dua.

Arduino kedua untuk Vcc pada sensor

Rangkaian percobaaan data energi
D. Setting LAN dengan Ethernet Shield
1. Sambungkan Arduino dengan Ethernet Shield

2. Hubugnkan Ethernet dengan LAN di Laptop
3. Ubah IP pada LAN menjadi IP Static

4. IP Default Gateway, dapat dilihat pada program WebServer Arduino :

5. Lalu masukkan IP laptop :

6. Setelah mendownload Program WebServer pada Arduino:

7. Masukkan Program WebServer ini ke dalam Program di IDE
8. Hubungkan ethernet switch tp-link TL-SG1008D dengan beberapa laptop dan
Arduino ethernet shield, dimana kabel LAN pada port 1 tp link dihubungkan
ke ethernet shield sedangkan port yang lainnya terhubung ke laptop.
9. Sebelum laptop-laptop mensimulasikan data pada web dengan memanggil ip
address dari ethernet shield tersebut, diperlukan pengaturan konfigurasi ip
masing-masing laptop yang digunakan untuk percobaan dimana nantinya
default gateway diisi dengan ip address dari ethernet shield tersebut, yaitu
192.168.1.177. Dalam penelitian ini digunakan 3 laptop. Pengaturan
konfigurasi ip dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Konfigurasi ip Laptop 1

Konfigurasi ip Laptop 2

Konfigurasi ip Laptop 3

10. Setelah berhasil melakukan pengaturan konfigurasi ip masing-masing laptop
maka data dapat diakses melalui web.

E. PERCOBAAN

1. ADC
Data hasil bacaan / inputan yang diterima arduino berupa dalam bentuk Desimal
(biner) dimana data analog masuk pada pin analog Arduino. Data yang masuk
dikonversi terlebih dahulu menjadi data digital. Proses konversi dari nilai analog
menjadi digital ini disebut proses ADC (Analog to Digital Conversion).
Arduino uno memiliki resolusi 10 bit dengan nilai terbesar 1023, artinya Pin
analog arduino dapat menerima nilai hingga 10 bit sehingga dapat mengkonversi
data analog menjadi 1024 keadaan (2^10= 1024) yaitu nilai 0 merepresentasikan
tegangan 0 volt dan nilai 1023 merepresentasikan tegangan 5 volt. Mengapa
1023? Bukannya 1024? karena dimulai dari angka 0 bukan angka 1, sehingga
nilai terbesar adalah 1023.
Tegangan referensi sebesar 5 volt dikonversi menjadi data digital 10 bit,maka
dapat dihitung:

Artinya, setiap 1 angka desimal mewakili tegangan sebesar 0,004887585 volt.
Berdasarkan percobaan, sehingga didapatkan nilai data yaitu
= 500
Prinsip kerja ADC adalah mengkonversi sinyal analog ke dalam bentuk besaran
yang merupakan rasio perbandingan sinyal input dan tegangan referensi.
2. Pembacaan Sensor Arus
Adalah pembacaan nilai arus yang mengalir dari baterai ke beban. Dilakukan dua
kali percobaan yaitu pada saat rangkaian terhubung pada 2 beban dan pada saat
rangkaian terhubung 3 beban. Sebelum dilakukan pembacaan arus pada arduino,
terlebih dahulu menetukan nilai vcc dan vout yang diukur secara manual yang
mana nilai vcc dan vout ini nanti digunakan pada perhitungan untuk mencari nilai
arus terbaca pada arduino.
Perhitungan untuk mendapatkan nilai arus menggunakan sampling sebnyak 150
buah sehingga input berupa nilai rata – rata.

 Pada program function analogRead(A1) digunakan untuk membaca nilai ADC
pada analog pin yaitu pin arduino A1.
 Untuk variable “unsigned int x=00” dengan jenis data integer dan variabel
sampling, rata-rata dan hasilnilai dengan tipe data float digunakan untuk
menyimpan nilai pembacaan ADC sebelum ditampilkan, dan diberikan nilai
awal 0.
 Setelah mendeklarasikan semua variabel dapat ditentukan rumus perhitungan
untuk mendapatkan nilai arus yaitu:
hasilnilai = ((rata2*(4.73/1023)) – 2.365)/0.066;
Dimana nilai rata2 dari 150 sampling, nilai vcc/vin = 4.73/1023 untuk
menkonversi menjadi data digital dan vout=2.365 dan sensitivitas sensor arus
yang digunakan = 0.066
 Serial.print merupakan perintah untuk menampilkan karakter/hasil di IDE
arduino. Pemberian delay(200) ditujukan agar pembacaan nilai ADC stabil.
3. Pembacaan Sensor Tegangan
Adalah pembacaan nilai tegangan pada baterai. Pada simulasi ini, baterai yang
digunakan berkapasitas 12 Volt. Namun seiring penggunaan nya dan varian beban
yang diberikan. Nilai tegangan yang terbaca semakin menurun, hingga 11,1 Volt
Pada IDE, rumus yang digunakan untuk mendapatkan tegangan yang
terbaca adalah dengan melakukan percobaan berupa menvariasikan
nilai tegangan pada baterai dan melihat hasil pembacaan pada
arduino
N
O

Ardui
no

1
2,49
2
2,64
3
3,48
Rata – rata

Sumber
Teganga
n
12,71
13,44
17,65

Arduino/
Sumber
Tegangan
5,1004
5,091
5,072
5,089

Maka, rumus yang dipakai pada IDE adalah :

 Pada program function analogRead() yang digunakan untuk membaca nilai
ADC pada analog Pin, yakni pin Arduino A2
 Mendeklarasikan variabel int sensorTegangan dengan tipe data integer dan
variabel V dengan tipe data float untuk mencari nilai tegangan yang terbaca
pada arduino.
 Setelah mendeklarasikan semua variabel dapat ditentukan rumus perhitungan
untuk mendapatkan nilai tegangan yaitu:
V = sensorTegangan*(4.73/1023.0)*5;
Dimana sensorTegangan merupakan nilai yang terbaca pada pin A2 dikalikan
dengan kalibrasi Vin= 4.73/1023*5 untuk menkonversi data menjadi digital
dengan tegangan referensi sebesar 5 volt.

F. PROGRAM

G. HASIL SIMULASI
Pada IDE
Saat dua beban

Pada WEB

Laptop 1 Cia (Port2) IP: 192.168.1.3

Saat 3 beban

Laptop 2 Ruly(Port3) IP: 169.254.87.206

Laptop 3 Elsi (Port4) IP: 192.168.1.1

H. ANALISA
1. Saat beban 2 lampu (2x10 watt)
 Vcc di sensor arus : 4,73 volt
 Vout di sensor arus: 2,447 volt
 Nilai arus berdasarkan perhitungan secara manual
 V= Vout – (Vcc/2) = 2,447-(4,73/2) = 0,082 V = 82 mV
 Arus = V/Sensitivitas arus = 82/66 = 1,24 A
 Baterai : 11,5 volt
 Nilai arus yang terukur di arduino
 Arus = 1,44 A
 Baterai : 11,19 volt
2. Saat beban 3 lampu (2 x 10 w + 9 w)
 Vcc di sensor arus : 4,83 volt
 Vout di sensor arus: 2,529 volt
 Nilai arus berdasarkan perhitungan secara manual
 V= Vout – (Vcc/2) = 2,529-(4,83/2) = 0,114 V = 114 mV
 Arus = V/Sensitivitas arus = 114/66 = 1,72 A
 Baterai : 11,5 volt
 Nilai arus yang terukur di arduino
 Arus = 1,62 A
 Baterai : 11,12 volt
 Kenaikan arus = arus pada beban 3 lampu – arus pada beban 2
lampu
= 1,72-1,44 = 0,18 A
 Arus yang dihitung manual pada lampu 9 watt = P/V = 9/12 = 0,75 A
Berdasarkan perbandingan kenaikan arus dengan arus yang terukur manual
pada lampu 9 watt telah terjadi error sebesar 0,75-0,18= 0,57 A dimana
seharusnya kenaikan arus mencapai 0,75 A bukan 0,18 A.
Analisa percobaan dengan menggunakan tp-link TL-SG1008D
Pada saat percobaan menampilkan arus, tegangan dan daya pada halaman web
digunakan tp-link TL-SG1008 agar beberapa laptop yang lain bisa mengakses data
yang sama seperti yang tampil di Ethernet Shield/ Server. Cara kerjanya dengan
mengatur masing-masing ip address laptop terlebih dahulu. Setelah itu, menuliskan ip
address ethernet shield tersebut pada halaman web masing-masing laptop kemudian
enter maka akan tampil data yang diakses. Namun, hal yang terjadi ketika semua
laptop tersebut mengakses data, terjadi perbedaan waktu dari masing-masing laptop
dalam menampilkan data yang diakses dimana laptop yang satu dengan yang lainnya
menampilkan data secara berurutan sesuai dengan urutan kabel yang dimasukan pada

port tp-link TL-SG1008D. Misalnya, laptop 1 menggunakan kabel pada port 2
sedangkan laptop 2 menggunakan kabel pada port 3 maka laptop 1 akan
menampilkan data yang diakses terlebebih dahulu setelah itu baru laptop 2.

J. KESIMPULAN
Saat menampilkan data pada masing-masing laptop butuh jeda waktu sesuai
urutan portnya pada tp-link.
Laptop 1 cia(Port2) : 00:06:35 (yang terbaca tegangan=8,26 arus=0,26
daya=2,11)
Laptop 2 ruly(port3): 00:48:57 (yang terbaca tegangan=8,23 arus=0,26
daya=2,14)
Laptop 3 elsi(port4): 01:31:61 (yang terbaca tegangan=8,23 arus=0,26
daya=2,14)