Abstract — The  need  and  consumption  of  electric  power from  year  to  year  continues  to  grow.  This  condition  makes the  power  plant  should  continue  to  maintain  the  reliability to provide electricity when needed. In the power plant system there  is  also  a  DC  system  that  has  an  important  role.  DC systems using batteries currently in maintenance still rely on dispatchers who have high human error rates. To help with this  problem,  a  microcontroller  based  control  and observation  system  is  designed  which  will  provide information in the form of current, voltage, temperature and indicator if one of the batteries is discharged.
Keywords: Automatic  Control ,  DC  System, Direct  Current, Microcontroller,  Monitoring,  Observation  Control, Power Plant, System Battery, Temperature, Voltage.
Abstrak— Kebutuhan maupun konsumsi daya listrik dari tahun  ke  tahun  terus  bertambah.  Kondisi  ini  membuat pusat  pembangkit  tenaga  listrik  harus  terus  menjaga keandalan  untuk  menyediakan  listrik  saat  dibutuhkan. Didalam  sistem  pembangkit  listrik  terdapat  juga  sistem DC  yang  mempunyai  peran  penting.  Sistem  DC menggunakan  baterai  saat  ini  dalam  pemeliharaannya masih  mengandalkan  petugas  operator  yang  punya tingkat  kesalahan  manusia yang tinggi. Untuk  membantu permasalahan  ini  maka  dirancanglah  sistem  kontrol  dan pengamatan  baterai  berbasis microcontroller yang  akan memberikan  informasi  berupa  arus,  tegangan,  suhu  dan indikator jika salah satu baterai terlepas.
Kata kunci: Arus Searah, Kontrol Otomatis, Microcontroller, Monitoring,
Pembangkit Listrik, Pengamatan  Baterai,  Sistem  DC,  Sistem  Kontrol,  Suhu, Tegangan.

## I. P ENDAHULUAN
Kebutuhan maupun konsumsi daya listrik dari tahun ke  tahun  terus  bertambah.  Kondisi  ini  membuat  pusat pembangkit  tenaga  listrik  harus  terus  menjaga keandalan untuk memastikan kapasitas total pembangkit untuk menyediakan listrik saat dibutuhkan.
Menjaga  keandalan  pusat  pembangkit  tenaga  listrik berarti  melihat  setiap  unsur  sarana  dan  prasana  fisik utama  seperti  generator,  turbin,  engine,  transformator, dan  sistem  DC  harus  terus  memiliki  kinerja  yang
maksimal.  Sistem  DC  pada  pembangkit  sangat diperlukan.  Sistem  DC  memiliki  fungsi  utama  sebagai penyedia arus searah. Dan sistem DC sangat bergantung pada baterai yang ada pada pembangkit.
Baterai adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung  proses  elektrokimia  yang  efisiensinya tinggi.  Yang  dimaksud  dengan  proses  elektrokimia adalah  proses  pengubah  kimia  menjadi  tenaga  listrik. Baterai  berfungsi  untuk  penyimpanan  daya  listrik sementara  dan  mengalirkan  arus  searah  atau direct current. Baterai yang digunakan dalam hal ini bukanlah baterai-baterai  berukuran  kecil  melainkan accumulator atau baterai aki.
Pada  pusat  pembangkit  listrik,  sumber  arus  searah atau  baterai  digunakan  terutama  untuk  melayani peralatan  komputer  kontrol,  melayani  keperluan  alat- alat  telekomunikasi,  keperluan  instalasi  penerangan darurat,  ataupun  untuk  peralatan  motor  listrik  untuk pelumasan, untuk rachet turbin dan lain sebagainya.
Pusat pembangkit tenaga listrik dalam menjaga mutu dan  kualitas  baterai  terus  diadakan  pemeliharaan ataupun  pengecekan  pada  sistem  kelistrikan  baterai untuk  melihat  kondisi  baterai.  Pemeliharaan  ini  masih dilakukan secara manual oleh petugas yang bertanggung  jawab.  Begitu  juga  dalam  pengalihan sumber  arus  searah  dari  pembangkit  ke  sumber  arus searah dari baterai. Kinerja secara manual oleh petugas sebenarnya  bisa  dipermudah  jika  adanya  sebuah monitoring  kontrol  yang  khusus  dibuat  untuk  sistem DC  khususnya  baterai  pada  pusat  pembangkit.  Hal  ini bisa ditanggulangi dengan penggunaan microcontroller karena  keterkaitannya  dengan  tegangan  yang  rendah dan  arus  searah.  Penggunaannya  bisa  dilakukan  secara langsung  dan  akan  mudah  jika  nantinya  diperlukan pengamatan  jarak  jauh  karena  bisa  juga  ditampilkan pada layar komputer.
Perlunya  sistem  rancang  bangun  simulasi  elektronik kontrol  yang  punya  fungsi  sebagai  monitoring  yang bisa  membantu  kinerja  petugas  dalam  melihat  kondisi baterai  atapun  untuk  pengalihan  sumber  arus  searah secara  otomatis.  Diharapkan  dengan  adanya  sistem kontrol ini, akan dapat menghasilkan kinerja pemeliharaan dan menjaga keandalan pembangkit.

## Rancang Bangun Sistem Kontrol Otomatis Dan Pengamatan Kondisi Baterai Pada Sistem Pembangkit Listrik Berbasis Microcontroller
Tri B. O. Simanjuntak, Glanny M. Ch. Mangindaan, Marthinus Pakiding Jurusan Teknik Elektro-FT, UNSRAT, Manado-95115, Email: tri_simanjuntak@yahoo.com, glanny_m@unsrat.com, marthinus_p@yahoo.com

## A. Sistem DC (Direct Current) pada Pembangkit
DC  Power  adalah  alat  bantu  utama  yang  sangat diperlukan  sebagai  suplai  arus  searah  ( direct current ) yang  digunakan  untuk  peralatan-peralatan  kontrol, peralatan  proteksi  dan  peralatan  lainnya  yang menggunakan  sumber  arus  DC,  baik  untuk  unit pembangkit  dalam  keadaan  normal  maupun  dalam keadaan  darurat  ( emergency ).  Pada  beberapa  unit pembangkit  kecil,  khususnya  Pembangkit  Listrik Tenaga  Gas  (PLTG)  maupun  Pembangkit  Listrik Tenaga Diesel (PLTD) dengan kapasitas daya terpasang kecil,  sumber  DC  Power  digunakan  sebagai  start-up unit.  Dalam  instalasi  sumber  tegangan/  arus  searah (direct  current,  DC)  meliputi  panel-panel  kontrol, instalasi  /  pengawatan  listrik,  meter-meter,  indikator dan perlengkapan lainnya seperti : charger, baterai dan inverter.  Sumber  Instalasi  DC  Power  dipasok  oleh rectifier atau charger baik dari sumber 3 phase maupun 1  phase  yang  dihubungkan  dengan  baterai  dengan kapasitas  tertentu  sesuai  kebutuhan  dan  tingkat kepentingannya. Kapasitas baterai biasanya disesuaikan dengan  kebutuhan  yang  ada  pada  unit  pembangkit  itu sendiri  baik  sebagai back  up  power ataupun start  up unit.
Bagian  utama  baterai  seperti  diperlihatkan  pada gambar 1 tersusun dari berbagai komponen elektronika bahkan  kimia.  Baterai  ini  dibuat  sedemikian  rupa sehingga  bisa  mengalirkan  aruus  saearah  denagn  baik. Pada pusat pembangkit listrik, sumber arus searah (DC) digunakan  terutama  untuk  menjalankan  motor  pengisi pegas  PMT/CB,  mentripkan  PMT  apabila  terjadi gangguan,  melayani  peralatan  komputer  kontrol, melayani  keperluan  alat-alat  telekomunikasi,  dan memasok keperluan instalasi perangan darurat.
Gambar 1. Bagian Utama Baterai

## B. Microcontroller
Mikrokontroler  adalah  sebuah  sistem  komputer fungsional dalam sebuah chip. Di dalamnya terkandung sebuah  inti  prosesor,  memori  (sejumlah  kecil  RAM, memori  program,  atau  keduanya),  dan  perlengkapan input  output .  Dengan  kata  lain,  mikrokontroler  adalah suatu alat elektronika digital yang mempunyai masukan dan  keluaran  serta  kendali  dengan  program  yang  bisa ditulis  dan  dihapus  dengan  cara  khusus,  cara  kerja mikrokontroler sebenarnya membaca dan menulis data.
Mikrokontroler  seperti  pada  gambar  2  merupakan komputer  didalam  chip  yang  digunakan  untuk mengontrol  peralatan  elektronik,  yang  menekankan efisiensi  dan  efektifitas  biaya.  Secara  harfiahnya  bisa disebut  “pengendali  kecil”  dimana  sebuah  sistem elektronik  yang  sebelumnya  banyak  memerlukan komponen-komponen pendukung dapat direduksi/diperkecil  dan  akhirnya  terpusat  serta dikendalikan oleh mikrokontroler ini.
Mikrokonktroler  digunakan  dalam  produk  dan  alat yang  dikendalikan  secara  otomatis,  seperti  sistem kontrol mesin, remote controls , mesin kantor, peralatan rumah  tangga,  alat  berat,  dan  mainan.  Dengan mengurangi  ukuran,  biaya,  dan  konsumsi  tenaga dibandingkan dengan mendesain menggunakan mikroprosesor  memori,  dan  alat input  output yang terpisah,  kehadiran  mikrokontroler  membuat  kontrol elektrik untuk berbagai proses menjadi lebih ekonomis.
Gambar 2. Salah satu tipe Microcontroller Arduino

## II.  M ETODOLOGI P ENELITIAN

## A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dan perancangan alat ini dilakukan selama beberapa bulan. Penelitian dimulai pada bulan  Oktober 2016.  Tempat  penelitian,  perancangan  serta  pengujian alat  dilakukan  di  rumah  tinggal  penulis  dan  di Laboratorium  Elektronika  dan  Instrumentasi  Fakultas Teknik  jurusan  Teknik  Elektro  Universitas  Sam Ratulangi (UNSRAT) Manado.

## B. Perancangan Kontrol Otomatis Microcontroller
Pada  perancangan  ini  akan  dijelaskan  mengenai rangkaian sistem kontrol otomatis yang akan diterapkan.  Berikut  blok  diagram  sistem  kontrol otomatis.
Rangkaian  kontrol  akan  diletakkan  pada  rangkaian sebelum  menuju  pada  beban.  Rangkaian  kontrol  ini akan  dihubungkan  dengan microcontroller agar  bisa  di kontrol dan di amati lewat layar monitor PC. Rangkaian ini nantinya bisa diawasi lewat layar monitor.
Rangkaian  kontrol  selain  membutuhkan  hardware seperti  microcontroller,  diperlukan  juga  peralatan tambahan  berupa relay  module  2  channel yang kompetibel dihubungkan dengan microcontroller dalam hal ini Arduino ATMega 2560.
Relay yang digunakan seperti pada gambar 3 sebagai hardware  kontrol  yang  akan  mengatur  jalannya penggantian supply dari  DC power  supply ke  baterai power supply . Pengaturan ini dilakukan secara otomatis dan  di  atur  menggunakan  kode  pemrograman  arduino yang sudah diunggah ke relay ini. Berikut pemrograman relay menggunakan software arduino. Pin arduino yang terhubung dengan relay adalah pin 51 dan 53  yang  akan  membaca  apakah  ada  masukan tegangan dari supply DC atau Baterai.
Gambar 3. Relay module 2 Channel yang digunakan
C. Perancangan Perangkat Lunak Arduino
Microcontroller akan bekerja ketika telah dimasukkan  aturan  kerja  atau  dalam  hal  ini  kode pemrograman yang akan dieksekusi oleh microcontroller . Cara yang digunakan dalam perancangan  untuk  memasukkan  kode  pemrograman adalah menggunakan perangkat lunak Arduino IDE.
Disini  penulis  menggunakan  Arduino  IDE  versi 1.6.12  dengan  menggunakan  pilihan board Arduino Mega  2560.  Perangkat  lunak  ini  bisa  saja  diupdate  ke versi yang lebih baik kedepannya.

## D. Perancangan Mainboard dan Indikator LED
Selain  merancang  perangkat  lunak,diperlukan  juga rancangan mainboard yang  akan  menjadi  tempat  atau dudukan  dari microcontroller ,  juga  tempat  untuk lampu-lampu  indikator  LED  sebagai  penanda  adanya gangguan pada baterai.
Perancangan  ini  menggunakan  papan  PCB  ( Printed Circuit  Board )  yang  adalah  sebuah  papan  berlapis tembaga dengan pola desain unik yang digunakan untuk merangkai  komponen-komponen  penyusun  sistem elektronika.  Langkah  awal  adalah  dengan  mendesain layout  PCB  yang  akan  mengatur  jalur  tembaga  pada PCB.  Desain  ini  dibuat  menggunakan software Eagle 7.6.0.
Setelah  desain  layout  selesai  dibuat  di  perangkat lunak  Eagle,  desain  akan  di-print  di  kertas glossy menggunakan printer laser atau dapat juga menggunakan mesin foto kopi. Setelah itu kertas glossy akan ditempelkan pada PCB dengan disterika kemudian akan  dilakukan  pendinginan  dengan  menyiramkan  air bersih  pada  PCB.  Dalam  pendinginan  ini  juga  akan dilakukan  proses  pengelupasan  hasil  layout  pada  PCB. Hasil  akhirnya  terlihat  di  gambar  4,  akan  didapat lapisan  tembaga  akan  terkelupas  mengikuti  desain layout yang sudah didesain.
Gambar 4. Proses pengelupasan lapisan tembaga

## E. Perancangan Interface menggunakan Visual Basic
Pada  perancangan  ini  akan  dibahas  mengenai perancangan  perangkat  lunak  yang  akan  menampilkan kondisi pengamatan . Adapun program yang digunakan adalah Visual  Studio 2015  yang  digunakan  khusus untuk dihubungkan dengan Arduino ATMega 2560.
Microsoft Visual Studio merupakan sebuah perangkat lunak  yang  dapat  digunakan  untuk  melakukan pengembangan  aplikasi  baik  itu  aplikasi  bisnis, personal, ataupun komponen aplikasinya, dalam bentuk console , aplikasi windows , ataupun aplikasi web . Perancangan interface dari Visual  Studio yang nantinya akan dipakai untuk menampilkan kondisi dari baterai, dibuat sedemikian rupa sehingga interface yang terlihat mudah dibaca dan dipantau secara langsung.

## III. H ASIL

## A. Pengujian Sistem Kontrol Otomotis
Pada  pengujian  ini  akan  dilihat  bagaimana  sistem kontrol  yang  telah  diatur  dengan microcontroller bisa berpindah secara otomatis dari suplai daya DC (gambar 5)  ke  suplai  baterai  (gambar  6)  dengan  menggunakan peralatan elektronika berupa relay yang tersambung ke microcontroller .
Gambar 5. Kondisi menggunakan suplai DC langsung
Gambar 6. Kondisi menggunakan suplai Batarai
Dari  hasil  pengujian  ini  didapati  rangkaian  dapat melakukan  kinerja  kontrol  otomatis  secara  langsung dari  suplai  DC  secara  langsung  ke  suplai  baterai.  Dari rangkaian  yang  ada  akan  terlihat  perbedaan  cahaya lampu  dimana  lampu  akan  bersinar  lebih  terang  ketika diliri  arus  dari  DC  secara  langsung.  Indikator  penanda suplai mana yang aktif juga berfungsi dengan baik.

## B. Pengujian Dengan Gangguan Baterai Fail
Dalam kondisi sebenarnya bisa saja terjadi gangguan pada  setiap  sel  baterai  baik  itu  terlepas  dari  rangkaian, kabel  yang  tidak  terpasang  dengan  baik,  atau tegangan daya  baterai  yang  kurang.  Gangguan  ini  bisa mengakibatkan suplai ke beban jadi terganggu.
Kondisi  ini  dalam  kejadian  nyata  adalah  ketika  sel baterai  dalam  ruang  penyimpanan  baterai  terjadi gangguan  berupa  hubung  singkat,  terlepas  dari  rak penyimpanan,  kabel  yang  telah  using,  atau  bahkan ketika baterai telah kehabisan daya. Kondisi-kondisi ini akan mengakibatkan kurangnya kinerja dari pembangkit listrik.
Dalam  pengujian  ini  kita  akan  melihat  bagaimana ketika  terjadi  gangguan  pada  salah  satu  sel  baterai. Dalam  rangkaian  yang  dibuat,  dua  baterai  yang mewakili  satu  sel  baterai  akan  dicabut  dari  rangkaian baik itu di grup 1 (gambar 7) dan grup 2 (gambar 8).
Gambar 7. Kondisi satu sel baterai terlepas
Gambar 8. Kondisi dua sel baterai terlepas
Dari  hasil  pengujian  di  atas  ketika  dua  sel  baterai terlepas  di  masing-masing  grup  baterai,  yang  terjadi adalah  tidak  ada  lagi  daya  yang  di  suplai  ke  beban sehingga  dalam  hal  ini,  lampu  menjadi  mati.  Arus  dan tegangan  juga  tidak  ada  atau  nol.  Baterai  mana  yang terlepas  bisa  diketahui  melalui interface  software dan secara fisik di lampu LED yang ada. Buzzzer juga akan menyala dalam kondisi ini.
Dari  pengujian  ini  bisa  kita  lihat  bagaimana  sistem bisa  mendeteksi  baterai-baterai  mana  yang  mengalami gangguan.

## C. Pengujian Dengan Gangguan Over Temperature
Dalam  kondisi  nyata  temperatur  dalam  ruangan batery  bank bisa  saja  melebihi  batas  normal  ketika dalam  ruangan  terjadi  gangguan  misalnya  panas berlebih  dari  rangkaian  baterai  atau short  circuit ,  atau lebih parah ketika terjadi kebakaran di ruangan baterry bank .
Berikut  ini  pengujian  ketika  sensor  temperatur terdeteksi  melebihi  batas  yang  ditentukan  yaitu  lebih dari 47*C seperti pada gambar 9.
Dari  hasil  pengujian  terlihat  sistem  akan  mati  total ketika  terjadi  kenaikan  suhu  melebihi  batas  normal walaupun terbaca kondisi baterai baik-baik saja. Buzzer tanda  peringatan juga  akan  menyala  dalam  kondisi ini. Kondisi  pengamatan  lainnya  juga  bisa  terlihat  di interface software yang ada.
Dalam  pengujian  ini  pembacaan  temperatur  hanya berpengaruh dan dalam kondisi suhu ruangan saja yang diatur.  Tidak  dalam  pengujian  untuk  mengukur  suhu tiap  sel  baterai  yang  ada.  Jika  diperlukan  pengukuran dan  pengamatan  suhu  di  setiap  sel  baterai  maka diperlukan  sensor  suhu  yang  lebih  banyak  dan  di tempatkan  di  setiap  sel  baterai.  Juga  diperlukan  jarak antar  baterai  yang  sesuai  agar  suhu  tidak  berpengaruh satu sama lain.
Gambar 9. Kondisi ketika suhu melebihi batas yang ditentukan

## D. Analisa Persentase Ketelitian Pengukuran
Pada  pengujian  kali  ini  kita  akan  melihat  berapa persen  ketelitian  pengukuran  menggunakan  sensor microcontroller dibanding dengan pengukuran menggunakan  miltimeter  digital.  Dari  pengujian  ini akan terlihat seberapa akurat pengukuran menggunakan microcontroller.
Dari  tabel  I  terlihat  bagaimana  ketelitian  dalam persen pengukuran baterai menggunakan microcontroller dibanding  pengukuran  menggunakan multimeter  digital.  Persentase  ketelitian  diukur  dengan rumus  %Ketelitian  =  100%  -  ((  Perhitungan  - Pengukuran ) / Perhitungan )). Terlihat persen ketelitian paling  rendah  adalah  97.32%  sedangkan  paling  tinggi adalah  98.35%.  Dari  hasil  pengamatan  ini  didapat bahwa pengukuran microcontroller masih efektif untuk digunakan.

## TABEL I. HASIL PENGUKURAN KETELITIAN TEGANGAN BATERAI
No Pengukuran Tegangan Menggunakan Microcontroller B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 1 2,6 2,6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 2 2,6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 3 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 4 2,6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 2,7 2,7 5 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 2,7 6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 7 2,6 2,6 2,7 2,7 2,6 2,7 2,7 2,7 8 2,7 2,6 2,77 2,7 2,7 2,7 2,6 2,6 9 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 10 2,6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 Rata- rata 2,6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 Peng ukur an Tega ngan 2,7 6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 Ketel itian( %) 97, 32 98,3 2 98,8 98,41 98, 94 98, 8 98, 2 98, 35

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## A. Kesimpulan
Berdasarkan  pengujian  dan  analisis  dapat  ditarik kesimpulan bahwa:
1) Sistem kontrol otomatis dan pengawasan kondisi baterai  lewat  layar  komputer  bisa  dilakukan menggunakan microcontroller.
2) Microcontroller bisa  bekerja  secara  otomatis sehingga  memudahkan  kerja  operator  atau pengawas dalam mengawasi sistem DC menggunakan baterai dibanding dengan pengawasan konvensional.
3) Software  Interface  Visual  Basic sangat  baik digunakan  sebagai  media  untuk  menampilkan data yang masuk melalu microcontroller.
4) Microcontroller bisa  menjadi  salah  satu  solusi dalam  pengawasan  sistem  DC  menggunakan baterai.

## B. Saran
1) Dalam  Dalam  merancang  suatu  sistem pengontrolan,  hendaknya  mengetahui  setiap kondisi  dan  karakteristik  dari  masing-masing komponen  yang  akan  digunakan  baik  itu software dan hardware karena  perkembangan alat yang terus berkembang.
2) Untuk  sistem  yang  lebih  besar  harus menggunakan  trafo-trafo  pengukuran  yang disesuaikan dengan kapasitas hardware (Arduino).

## V. KUTIPAN
[1.] B.  L.  Theraja, A  Textbook  of  Electrical  Technology .
Multicolor Illusttartive Edition, 2001.
[2.] E.  Acha;  V.  G.  Agelidas  ;  T.  Miller, Power  Electronic Control  in  Electrical  Systems .  Jordan  Hill  Oxford,  MPG Books Ltd, 2002.
[3.] E.  Melgar, Arduino  and  Kinect  Projects. Apress,  United States, 2012.
[4.] P.  Reinhat, Perencanaan  Elektronika  Daya  dalam Pembangkit Listrik Tenaga Surya. Bandung, 2011.
[5.] P.Togan, Perencanaan  Sistem  Penyimpanan  Energi dengan  Menggunakan  Battery  pada  Pembangkit  Listrik Tenaga  Arus  Laut  (PLTAL)  di  Desa  Ketapang,  Kabupaten
Lombok Timur, NTB . Surabaya, 2011.
[6.] S. Riono, Rancang Bangun Sistem Kontrol Seleksi Dimensi Barang. Pekanbaru. 2010.
[7.] T.  Shibata, Redox  Flow  Batteries  for  the  Stable  Supply  of Renewable Energy . Japan Publishers, 2013
Tri Benson Oktafiandy Simanjuntak lahir Oktober 1992, pada tahun 2010 memulai pendidikan  di  Fakultas  Teknik Universitas Sam Ratulangi Manado  di  Jurusan  Teknik Elektro, dengan mengambil konsentrasi minat Teknik
Tenaga Listrik pada tahun 2012. Dalam  menempuh  pendidikan penulis  juga  pernah  melaksanakan  Kerja  Praktek  yang bertempat  di  AP2B  Tomohon  dari  tanggal  24  Januari 2015  dan  selsai  melaksanakan  pendidikan  di  Fakultas Teknik  Elektro  Universitas  Sam  Ratulangi  Manado 2017,  minat  penelitiannya  adalah  tentang  Rancang Bangun  Sistem  Kontrol  Otomatis  Dan  Pengamatan Kondisi  Baterai  Pada  Sistem  Pembangkit  Listrik Berbasis Microcontroller .