Jurnal Arus Elektro Indonesia (JAEI) Vol. 9, No. 1, April 2023 ISSN. 2502-3608; e-ISSN. 2443-2318 Terakreditasi Sinta 5
1
Sistem Monitoring dan Logging pada Oxygen Concentrator berbasis Node-RED dengan protool MQTT
Keyasa Abimanyu Nugroho, Dian Figana Politeknik Negeri Jakarta Jl. Prof. DR. G.A. Siwabessy, Kukusan, Kecamatan Beji, Kota Depok, Jawa Barat 16425 keyasa.abimanyunugroho.te18@mhsw.pnj.ac.id
Abstrak
Covid-19  merupakan  penyakit  menular  yang  disebabkan  oleh SARS-CoV-2,  salah  satu  jenis  dari  koronavirus.  Virus  ini pertama  kali  ditemukan  di  Kota  Wuhan,  China  pada  bulan Desember 2019 yang cepat mewabah dari kota hingga ke dunia. Covid-19 menular dari satu orang ke orang melalui droplet dari pernapasan  seperti  saat  batuk  atau  bersin.  Pasokan  Oksigen sempat  langka  dikarenakan  ganasnya  penyebaran  Covid-19. Dengan  teknik  PSA, Oxygen Concentrator yang  dibuat  dapat menghasilkan  konsentrasi  oksigen  lebih  dari  90%.  Sistem  ini menggunakan  Virtual  Private  Server  (VPS)  yang  memiliki  Ip Public  yang  dapat  diakses  dengan  koneksi  internet.    Sistem Monitoring dan Logging dibuat  pada  flow  Node-RED  yang berfungsi  memonitor  data  yang  telah  diukur  oleh  PLC,  yaitu nilai  konsentrasi  oksigen  dan  flow  oksigen  yang  mengalir  ke pasien.  Data  PLC  yang  terbaca  di  Node-RED  LocalHost  akan dipublish ke broker dengan protokol mqtt. Sehingga Node-RED VPS  dapat  mengambil  ( subscribe )  data  yang  telah  diberikan tersebut.  Berdasarkan  pengujian  yang  dilakukan  dibuktikan bahwa Sistem Monitoring dan Logging yang dibuat telah mampu menampilkan  data-data  dalam  bentuk  gauge,  chart,  dan  level. Data  yang  dikirim  melalui  broker  kemudian  disimpan  dalam database  dan  dapat  dipanggil  kembali  saat  user  ingin  melihat data  sensor  sesuai  tanggal  yang  dipilih.  Nilai  maximum konsentrasi oksigen yang terukur adalah 96.18%.
Kata Kunci — Monitoring , Logging , Node-RED, Protokol MQTT, Broker MQTT
Abstract
Covid-19 is a spreading disease caused by SARS-CoV-2, a type of coronavirus.  Covid-19  first  case  was  reported  from  Wuhan, China  on  31  December  2019.  The  virus  spread  rapidly  to  the other  countries  all  over  the  world.  The  virus  spread  from  an infected  perso n’s  mouth  or  nose  in  small  liquid  particles  when they  cough  or  sneezing.  Oxygen  supply  in  Indonesia  is  rare because  everybody’s  panick  to  buy  their  own  oxygen  tank  and refill  the  supply.  With  PSA  technology,  Oxygen  Concentrator that  is  going  to  be  made  will  have  an  Oxygen  Concentration output more than 90%. This sistem is using VPS that has its own public  IP  that  can  be  accessed  by  internet.  Monitoring  and Logging  system  is  made  using  flow  on  Node-RED  that  will
monitor data from PLC, Oxygen Concentration and Flow. PLC Data that is read-able by Node-RED LocalHost will be published to broker using MQTT. The othe Node-RED VPS will subscribed to the broker with a specific topic and get that data. Based on the tests that is done, the monitoring and logging system is working, it  shows  the  data  on a  gauge  widget,  chart, and  level.  The  data that is sent through broker will be stored in a database. The data will be called by query if the user wanted to see the logger data based on the date. The maximum value of the measured Oxygen Concentration is 96.18%.
Keywords — Monitoring,  Logging,  Node-RED,  VPS,  Broker, MQTT Protocol

## I. PENDAHULUAN
Pada  awal  tahun  2019  ditemukan  sebuah  virus  yang berasal  dari  Kota  Wuhan  di  Cina,  virus  ini  bernama  virus Covid-19. Virus ini mewabah hingga satu kota terjangkit virus tersebut.  Tidak  berhenti  sampai  di  situ,  Virus  Covid-19  ini menyebar  dengan  cepat  ke  berbagai  kota  di  Cina  bahkan seluruh dunia. Penyebaran virus ini dapat terjadi karena pada saat  itu  banyak  orang  yang  menganggap  remeh  keberadaan virus  ini,  sehingga  masih  banyak  orang  yang  melakukan perjalanan antar negara.
Di  Indonesia  kasus  Covid-19  pertama  kali  ditemukan  di Kota  Depok  pada  Maret  2020.  Tidak  lama  setelah  itu  kasus covid-19  di  Indonesia  menyebar  dengna  cepat  sehingga jumlah  kasus  mencapai  ratusan  bahkan  ribuan  orang  perhari yang  teridentifikasi  positif  Covid-19.  Hal  ini  sangat berdampak pada dunia medis, salah satu  efek yang diberikan akibat  virus  Covid-19  adalah  pasien  mengalami  kekurangan oksigen  dalam  tubuh  dan  kesulitan  untuk  bernafas,  maka dibutuhkan  sebuah  alat  yang  dapat  menyediakan  oksigen dengan konsentrasi diatas 90% sesuai standar medis.
Ketersediaan  yang  terbatas  dan  pasien  yang  terus bertambah  menjadikan  keberadaan  alat  penyedia  oksigen menjadi  sangat  sulit.  Mesin  oksigen  konsentrator  yang dirancang  menggunakan  sistem  PSA  ( Pressure  Swing Adsorption) adalah  teknologi  yang  digunakan  untuk
2
memisahkan  beberapa  jenis  gas  dari  campuran  gas  di  bawah tekanan  sesuai  dengan  karakteristik  molekuler  jenis  dan afinitasnya  untuk  bahan  adsorben.  Dengan  menggunakan teknik PSA, mesin  oksigen konsentrator ini  diharapkan dapat menghasilkan  output  oksigen  dengan  kemurnian  93±3%. Diharapkan  pula  dengan  dirancangnya  mesin  oksigen konsentrator  ini  dapat  menjadi  alat  bantu  penyedia  oksigen pada saat pandemi kembali terjadi.
Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk merancang sistem kontrol oxygen concentrator yang dapat bekerja secara otomatis  guna  mengantisipasi  kurangnya  pasokan  oksigen untuk  pasien  saat  pandemi  serta monitoring pada oxygen concentrator untuk  memonitor  data  konsentrasi  oksigen  dan laju  aliran  oksigen  ke  pasien  serta  memonitor  performa  dari alat tersebut.

## II. M ETODELOGI P ENELITAIN
Penelitian  ini  dilakukan  dengan  pengukuran  nilai  output dari  Gasboard  Sensor,  dan  akan  ditampilkan  pada User Interface (UI) Node-RED,  yaitu konsentrasi oksigen dan laju aliran.  Pada  bab  ini  akan  menjelaskan  dasar  teori,  diagram blok, Flowchart sistem, dan prosedur pengujian.
A. Virtual Private Server (VPS)
Virutal  Private  Server (VPS)  adalah  sebuah  tipe  server yang  menggunakan  teknologi  virtualisasi  untuk  membagi hardware server fisik menjadi beberapa server virtual yang di hosting  di  infrastruktur  fisik  yang  sama.  Di  jaman  dahulu, sistem  administrator  secara  tradisional  hanya  memilik  server fisik  dan  hanya  digunakan  untuk  satu  tujuan.  Sementara virtualisasi  menawarkan  kemudahan  untuk  meng-host beberapa  server  pada  satu  server  fisik.  Setiap  server  dapat memilik  tujuan  mereka  sendiri  dan  sistem  operasi  yang berbada  satu  sama  lain.  VPS  memilik  keuntungan  yang signifikan dalam hal skalabilitas dari daya pemrosesan, RAM, dan disk space dengna biaya yang lebih rendah menggunakan hardware fisik tradisional [1].

## B. Node-RED
Node-RED  adalah  perangkat  pemograman  berbasis  aliran (Flow)  open  source yang  dibuat  oleh  OpenJS  Foundation. Node- RED  pada  awalnya  dikerjakan  oleh  Nick  O’Leary  dan Dave  Conway-Jones  selaku  pegawai  IBM  sebagai  projek sampingan dan dikembangkan menjadi seperti saat ini. Node- RED  berjalan  dengan  menggunakan  runtime  NodeJS  dan menggunakan  bahasa  pemograman  JavaScript.  Pada  bulan September  2013  Node-RED  dipublikasikan  sebagai open source dan  terus  dikembangkan  sampai  saat  ini  [2].  Node- RED  memberikan  kemudahan  untuk  mengoperasikannya seperti dragging  ,  dropping, dan  menghubungkan  node dengan kabel, atau mengimpor widget dengan kode JavaScript.
C. Message Queuing Telemetry Support (MQTT)
Message  Queuing  Telemetry  Support (MQTT)  adalah protokol  standar  yang  digunakan  untuk  memberikan  pesan ataupun  menukarkan  data  untuk Internet  of  Things (IoT). Protokol  ini  menggunakan  arsitektur publish atau subscribe . Teknologi ini menyediakan cara yang terukur dan baiya yang hemat  untuk  menghubungkan  perangkat  ke  internet.  Protoko ini  dapat  mengirimkan  data  melalui  internet  secara real-time dengan jaminan pengiriman [3].

## Gbr 1. Arsitektur Publish/Subscribe MQTT

## D. MySQL
MySQL ( MY Structure Query Language) adalah salah satu Data Basis Management  System (DBMS) dari  sekian banyak DBMS  seperti  oracle,  MS  SQL,  dan  lainnya.  MySQL berfungsi  untuk  mengolah  basis  data  menggunakan  bahasa SQL. MySQL bersifat open source sehingga dapat digunakan secara  gratis  [4].  MySQL  berfungsi  untuk  membuat  dna mengelola  database  pada  server  yang  memilik  berbagai informasi  dengan  bahasa  SQL.  MySQL  memudahkan pengguna  untuk  mengakses  data  berisi  informasi  dalam bentuk  string  yang  dapat  diakses  secara  personal  maupun publik seperti dalam web.

## E. Gasboard Sensor
Gasboard 7500 H sensor ultrasonic flow merupakan sensor yang ekonomis untuk mengukur aliran gas. Berdasrkan modul sensor  oksigen  ultrasonik  gasboard  7500HA,  sensor  ini memilik  keunggulan  karakterisik  repson  yang  cepat,  akurasi tinggi,  stabilitas  yang  luar  biasa,  output  yang  tidak menyimpang.  Sensor  Gasboard  7500H  memiliki  kompensasi kelembaban  skala  penuh,  sehingga  tidak  terpengaruh  oleh kelembaban.  Sensor  tersebut  cocok  untuk  analisi  digital  gas dan instrumen deteksi, perhitungan partikel, dan memonitoring peralatan udara [5].
Gbr 2. Sensor Gasboard 7500H TABEL 1
SPESIFIKASI SENSOR GASBOARD 7500H
Detection Range O2 Concentration 20.5%-95.6% Flow Rate 0-10 L/min Accuracy O2 Concentration ±1.5%FS @ (5- 4,5 ℃) Flow Rate ±0.2 L/min @ (5- 4,5 ℃) Analog Output O2 Concentration 0 - 2.5 V (DC) Flow Rate 0 - 2.5 V (DC)

## F. Diagram Blok

## Gbr 3. Diagram Blok Sistem
Blok  diagram  terdiri  atas  3  unit  blok  yaitu,  input,  proses, dan output.
• Blok input
Pada  bagian  input  terdapat  Sensor  Gasboard  yang akan mengukur nilai konsentrasi oksigen dan laju aliran, output dari sensor ini berupa 0-2.5 VDC sehingga harus dilakukan scalling pada program PLC.
• Blok proses
Pada  bagian  proses  terdapat  PLC  Siemens  S7-1200 sebagai  kontroler,  PLC  akan  mengatur  seluruh  kerja sistem  kontrol  dan  membaca  nilai  output  sensor Gasboard  dan  mengubahnya  dari  VDC  menjadi konsentrasi  oksigen  (%)  dan  laju  aliran  (L/min).  Data sensor  yang  diolah  PLC  akan  diinput  ke  Node-RED LocalHost dan di- publish ke broker HiveMQ.
• Blok output Pada  bagian  output  terdapat  Node-RED  VPS  yang akan  meng- subscribe data  yang  telah  dikirimkan  oleh
Node-RED  LocalHost  dan  data  tersebut  akan  disimpan ke basis data MySQL, data sensor yang diteruskan akan ditampilkan pada User Interface (UI) Node-RED VPS.

## G. Scalling Gasboard Sensor
Sensor Gasboard memilik keluaran output berupa tegangan dengan  spesifikasi  sebagai  berikut,  0  V  untuk  konsentrasi oksigen  0  %  dan  Flow  0  L/min  dan  2.5  V  untuk  konsentrasi oksigen  100%  dan  Flow  10  L/min.  Sehingga  saat  sensor dihubungkan  ke  PLC  harus  dilakukan scalling dengan  blok “NORM_X” untuk membaca nilai output sensor dalam bentuk bit  dan  diteruskan  ke  blok  “SCALE_X”  untuk  diubah  ke tegangan  0-2.5  V.  Setelah  mendapatkan  nilai  tegangan  yang terukur maka dapat menggunakan rumus sebagai berikut:
(1)
Keterangan:
y :  Konsentrasi oksigen (%) / Flow (L/min) y1 :  Nilai minimum konsentrasi oksigen / flow y2 :  Nilai maximum konsentrasi oksigen / flow x1 :  Nilai minimum data analog PLC (V) x2 :  Nilai maksimum data analog PLC (V)
H. Flowchart Sistem
Flowchart sistem  terdiri  atas  beberapa Flowchart yaitu, flowchart sistem monitoring dan logging , flowchart login, flowchart DataLog, dan flowchart UnduhData.
• Flowchart Sistem
Gbr 4. Flowchart Sistem
4
• Flowchart Login
Gbr 5. Flowchart Login
• Flowchart DataLog
Gbr 6. Flowchart DataLog

## • Flowchart UnduhData
Gbr 7. Flowchart UnduhData

## I. Tampilan Sistem Monitoring dan Logging
User dapat mengakses pada tampilan pada http://103.183.74.131:1880/ui
• Tampilan Login
• Tampilan Monitoring
Gbr 9. Tampilan Monitoring
• Tampilan DataLog
Gbr 10. Tampilan DataLog
• Tampilan UnduhData
Gbr 11. Tampilan UnduhData

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Setelah  melakukan  perancangan  dan  realisasi  maka  harus melakukan  pengujian  pada  alat  yang  telah  dibuat.  Pengujian dilakukan  untuk  melihat  sensor,  sistem monitoring dan logging bekerja dengan baik.

## A. Pengujian Sensor Gasboard
• Scalling Sensor Gasboard
Dengan  melihat  datasheet  dari  Cubic  Team, didapatkan  bahwa  tegangan  0  V  sama  dengan
konsentrasi  oksigen  0%  dan  tegangan  2.5  V  sama dengan  konsentrasi  oksigen  100%  maka  nilai  tersebut dimasukan pada persamaan (1).
• Data Hasil Pengujian Sensor Berdasarkan  data  hasil  pengujian  Sensor  Gasboard yang di scallingk e voltase oleh program di TIA portal dibandingkan dengan pengukuran output voltase sensor menggunakan  multimeter,  didapatkan  hasil  rata-rata error pembacaan konsentrasi oksigen yaitu 0.441%. hal ini  menunjukan  bahwa  sensor  yang  digunakan  dalam keadaan  baik  karena  memiliki  nilai  error  yang  kecil. Hal  ini  mengacu  kepada  datasheet  Sensor  Gasboard yaitu kemampuan akurasi deteksi sebesar ±1.5%.
TABEL 2 HASIL PENGUJIAN SENSOR
6

## B. Pengujian Sistem Monitoring dan Logging
• Pengujian Laman Login
Gbr 12. Username salah
Gbr 13. Password salah
Gbr 14. Login Berhasil

## • Pengujian Laman Monitoring
Gbr 15. Laman Monitoring • Pengujian Laman DataLog
Gbr 16 . Laman DataLog “ Oxygen Concetration ”
Gbr 17 . Laman DataLog “ Flow ”
• Pengujian Laman Unduh
7

## • Pengujian Unduh Berkas CSV
Gbr 19. Hasil download file data CSV

## C. Pengujian Performa Alat
Pengujian performa alat dilakukan dengan membandingkan 2  kondisi  yaitu,  dengan  program  timer  dan  dengan  program PLC  dengan  tuning  PI.  Selain  itu  pengujian  alat  dilakukan dengan  membandingkan  pada  ruangan  terbuka  dan  tertutup. Pengujian  dilakukan  untuk  melihat  berapa  lama waktu  yang dibutuhkan agar oksigen yang terkonsentrasi mencapai 90%.
• Peforma Alat dengan Timer
Gbr 20. Grafik Performa Alat dengan Timer
Berdasarkan gambar 20, Oxygen Concentrator ini dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 30 menit.
• Performa Alat dengan PLC dengan PI Tuning
Gbr 21. Grafik Performa Alat dengan PLC dengan PI Tuning
• Performa Alat pada Ruang Terbuka o Pagi
Gbr 22. Grafik Performa Alat dengan  PI Tuning Ruang Terbuka saat Pagi
Berdasarkan gambar 22, Oxygen Concentrator ini dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 12 menit dan 5 detik.
o Siang
Gbr 23. Grafik Performa Alat dengan PI Tuning Ruang Terbuka saat Siang
8
Berdasarkan gambar 23, Oxygen Concentrator ini dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 17 menit dan 5 detik.
o Malam
Gbr 24. Grafik Performa Alat dengan PI Tuning saat Malam
Berdasarkan gambar 24, Oxygen Concentrator ini dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 16 menit dan 56 detik.
• Performa Alat pada Ruang Tertutup o Pagi
Gbr 25. Grafik Peforma Alat dengan PI Tuning Ruang Tertutup saat Pagi
Berdasarkan gambar 25, Oxygen Concentrator ini dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 16 menit dan 5 detik.
o Siang
Gbr 26. Grafik Perfoma Alat dengan PI Tuning Ruang Terutup saat Siang
Berdasarkan gambar 26, Oxygen Concentrator ini dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 15 menit dan 34 detik.

## o Malam
Gbr 27. Grafik Perfoma Alat dengan PI Tuning Ruang Tertutup saat Malam
Berdasarkan  gambar  27, Oxygen  Concentrator ini  dapat mencapai  nilai  konsentrasi  oksigen  diatas  90%  dan  stabil membutuhkan waktu selama 15 menit dan 37 detik.

## D. Analisa Performa Alat
ari  hasil  pengujian  performa  alat  yang  dilakukan  dengan cara  menghidupkan  alat  dan  menunggu  sampai  alat  tersebut menghasilkan  output  konsetrasi  oksigen  secara  maksimal. Pada  gambar  20,  dibutuhkan  waktu  dari  02.15.09 – 02.46.36 guna  mencapai  output  konsentrasi  oksigen  secara  maksimal dan stabil yaitu selama 31 menit dan 27 detik. Pada gambar 21, dibutuhkan  waktu  dari  13.45.18 – 14.00.45  guna  mencapai output  konsentrasi  oksigen  secara  maksimal  dan  stabil  yaitu selama  15  menit  dan  27  detik.  Dari  perbandingan  waktu tersebut  dapat  dilihat  bahwa  alat  menggunakan  PI  Tuning lebih unggul dengan selisih waktu 15 menit lebih cepat.
Selanjutnya  dari  data  hasil  pengujian  alat Oxygen Concentrator yang  dilakukan  pada  ruangan  terbuka didapatkan  waktu  digunakan  yang  terbaik  adalah  saat  pagi yaitu membutuhkan waktu selama 12 menit dan 5 detik untuk mencapai nilai ≤90% dan stabil diatas 90%. Sedangkan untuk ruangan  tertutup  waktu  terbaik  untuk  menggunakan  alat Oxygen  Concentrator adalah  saat  siang  yaitu  membutuhkan waktu  selama  15  menit  dan  34  detik  untuk  mencapai  ≤90% dan stabil diatas 90%.

## IV. KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  dan  pembahasan,  maka didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Sistem  Monitoring  dan  Logging  berbasis  Node-RED dengan protokol MQTT berhasil dijalankan dan berfungsi sesuai  dengan  flow  yang  telah  dibuat  dan  dapat menampilkan  data  sensor  dari  PLC  yang  dikirim  dengan MQTT.
2. Alat Oxygen  Concentrator yang  dikontrol  dengan  PI Tuning  dapat  mencapai  output  90%  dan  stabil  dengan durasi  15  menit  (13.45.18 – 14.00.45)  sedangkan  Alat Oxygen  Concentrator yang  menggunakan  program  timer dapat  mencapi  output  90%  dan  stabil  dengan  durasi  31 menit  (02.15.09 – 02.46.21).  Sehingga Oxygen
Concentrator yang menggunakan PI Tuning
memaksimalkan  output  15  menit  lebih  cepat.  Output konsentrasi  oksigen  maksimal  dengan  PI  Tuning  adalah 96.18%.
R EFERENSI
[1] idCloudHost website. [Online]. Available: https://idcloudhost.com/
[2] Node-RED website. [Online]. Available: https://nodered.org/
[3] HiveMQ.  (2022)  HiveMQ  Architecture  on  HiveMQ.  [Online]. Available: https://www.hivemq.com/blog/understanding-the- differences-between-mqtt-and-websockets-for-iot/
[4] Anhar, 2010, “PHP & MySQL Secara Otodidak”, Agromedia Pustaka, Jakarta
[5] “Gasboard  Sensor  data  sheet”  Cubic.  (2020).  Product  Name : Ultrasonic  Flow  Senor  Sensor  Item  No.:  Gasboard-7500H-OPC Version: V1.0 Date: August 01, 2020. 1 – 13.
[6] World  Health  Organization.  (2020).  Technical  specifications  for Pressure  Swing  Adsorption  (PSA)  Oxygen  Plants. Interim  Guidance , June , 1 – 5.
[7] Moran,  A.  A.  (2014).  A  PSA  Process  for  an  Oxygen  Concentrator. https://etd.ohiolink.edu/ap/10?0::NO:10:P10_ACCESSION_NUM:csu 1407928173
[8] Ashcraft,  B.,  &  Swenton,  J.  (2007).  Oxygen  Production  with  Silver Zeolitees  and  Pressure  Swing  Adsorption:  Portable  and  Hospital Oxygen Concentrator Unit Designs with Economic Analysis.
[9] Putra, A., Tri Bowo Indrato, & Liliek Soetjiatie. (2019). The Design of Oxygen Concentration and Flowrate in CPAP. Journal of  Electronics, Electromedical  Engineering,  and  Medical  Informatics,  1(1),  6 – 10. https://doi.org/10.35882/jeeemi.v1i1.2
[10] Rifa’i, A. (2021). Sistem Pemantauan Dan Kontrol Otomatis  Kualitas Air Berbasis Internet of Things (Iot) Menggunakan Platform Node-Red Untuk  Budidaya  Udang. JTT  (Jurnal  Teknologi  Terapan) , 7 (1),  19. https://doi.org/10.31884/jtt.v7i1.317