Aplikasi Teknologi Informasi pada Monitoring Gas Rumah Kaca dari Emisi Kapal guna Mendukung Sistem Transportasi yang Berwawasan Lingkungan

Written by baruna jaya 2016-03-04

Aplikasi Teknologi Informasi pada Monitoring Gas Rumah Kaca dari Emisi Kapal guna Mendukung Sistem Transportasi yang Berwawasan Lingkungan

font size decrease font size increase font size
Print
Email

(1 Vote)

Oleh : Tris Handoyo & Afif Widaryanto

ABSTRAK

Proses perusakan lingkungan oleh sektor transportasi laut akan terus meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah limbah dari sektor transportasi laut yang mempunyai dampak terhadap lingkungan

seperti global warming. Perlu upaya untuk meminimalkan kerusakan lingkungan yang diakibatkan oleh sistem transportasi. Alternatif solusinya dengan rekayasa monitoring gas rumah kaca dari emisi kapal dengan memanfaatkan teknologi informasi.

Sistem yang dirancang terdiri dari Continous Monitoring Emission Systems(CEMS) yang merupakan peralatan untuk menentukan jumlah gas atau partikel tingkat emisi dengan menggunakan alat analisis dan algoritma untuk mengkonversi pengukuran ke dalam emisi spesifik. Data CEMS juga dapat menyediakan data berkualitas baik untuk pemeliharaan prediktif. Sebuah prosesor atau perangkat lunak perlu ditambahkan yang dapat mengkonversi data pengukuran secara cepat menjadi hasil emisi kontinu. CEMS bisa menjadi alat untuk operator kapal laut untuk mencapai ekonomi bahan bakar yang optimal dan rendah emisi. Apabila kandungan gas rumah kaca sudah melebihi ambang batas maka alarm berbunyi dan bisa dilihat di embedded systems. Data tersebut bisa dikirim melalui jaringan teknologi komunikasi seluler ke kantor administrasi pelabuhan dan kantor pemilik kapal untuk dilakukan tindakan perbaikan. Keberhasilan penelitian ini mendukung konsep green ship yang merupakan sistem transportasi yang berwawasan lingkungan.

Pada penelitian ini akan dihasilkan prototipe sistem monitoring gas emisi secara otomatis pada kapal. Metode penelitian yang digunakan pada kegiatan ini adalah : koordinasi, desain aplikasi IT CEMS, tinjauan teknoekonomi, pembuatan dan pengujian prototipe pada kapal.

Key words : emisi kapal, sistem transportasi, berwawasan lingkungan

PERANCANGAN CEMS

Sistem monitoring emisi mesin diesel jarak jauh adalah sistem untuk memonitor beberapa kandungan gas yang terdapat pada pembuangan sisa pembakaran pada mesin diesel yang berkontribusi dalam peningkatan kadar gas rumah kaca di lingkungan bebas khususnya di lingkungan laut yang berasal dari transportasi laut menggunakan kapal motor.

Sistem ini dirancang untuk monitoring secara langsung di kapal dan secara jarak jauh melalui komunikasi nirkabel, yaitu menggunakan jaringan komunikasi selular. Berikut adalah diagram perancangan sistem secara keseluruhan.

Sistem monitoring gas buang mesin diesel jarak jauh

Beberapa gas yang akan dipantau adalah gas CO₂, NO₂ dan methane, serta suhu gas buang tersebut. Cara kerja sistem adalah mengukur kandungan gas-gas dan suhu gas tersebut secara langsung dan kontinyu yang dapat diamati dari sebuah layar LCD atau komputer secara lokal dan secara jarak jauh (remote) menggunakan komunikasi selular melalui SMS gateaway. Data yang tersaji pada masing-masing computer adalah sebuah grafik realtime yang juga bias disimpan berupa data-datanya menggunakan log file. Sistem yang dirancang memiliki spesifikasi sebagai berikut :

Memonitor kandungan gas CO₂, NO₂ dan methane, serta suhu gas buang.
Pemantauan hasil pengukuran dapat secara langsung diamati pada layar LCD(Liquid Crystal Display) yang terdapat pada instrument.
Pemantauan juga dapat dilakukan dari sebuah Personal Computer(PC) yang dihubungkan ke instrument pengukur melalui komunikasi serial RS232.
Dapat dihubungkan dengan Personal Computer lain secara jarak jauh menggunakan sistem SMS gateaway pada komunikasi selular.
Menampilkan data pengukuran secara langsung dan kontinyu dalam bentuk grafik baik pada aplikasi lokal maupun remote dan dapat menyimpan data pengukuran tersebut dalam bentuk file log.
Jarak komunikasi antara aplikasi lokal dengan remote sangat tergantung dari tersedianya layanan atau jaringan komunikasi selular di sisi aplikasi lokal karena aplikasi ini terdapat di kapal yang dapat berlayar ke tengah lautan.

PEMBANGUNAN CEMS

1.1.Pembangunan Hardware

1.1.1. Sensor CO₂

Sensor CO₂ yang digunakan adalah TGS4160 yang sudah terintegrasi dengan beberapa komponen aktif dan pasif sehingga membentuk sebuah modul sensor TDM4160. Berikut adalah visualisasi dari modul tersebut.

Gambar rangkaian sensor CO₂

Modul ini memiliki spesifikasi khusus yaitu memiliki rentan pengukuran dari 400ppm sampai 9000ppm CO₂. Memerlukan catu daya 5V dengan konsumsi daya kecil dan memiliki keluaran berupa tegangan 0-4,5V. Semakin besar gas CO₂ yang terdeteksi maka semakin besar pula tegangan keluaran.

1.1.2. Sensor No₂

Untuk mendeteksi gas NO₂ digunakan sensor TGS2106 dengan spesifikasi dapat mendeteksi gas NO₂ dari 0-10ppm, memerlukan tegangan catu daya 5 V untuk sensor dan 6 V untuk heater. Berikut adalah rangkaian sensor TGS2106 :

Gambar rangkaian sensor NO₂

Sensor ini memerlukan dua tegangan supply yaitu tagangan heater (VH) dan tegangan rangkaian (VC). Tegangan keluaran adalah tegangan yang melalui RL (VRL).

1.1.3. Sensor Methana

Untuk mendeteksi gas methane digunakan sensor TGS 2611 yang memiliki rentan pengukuran sampai dengan 10000ppm. Sensor ini juga memerlukan tegangan supply untuk heater (VH) dan tegangan rangkaian (VC). Berikut adalah rangkaian sensor TGS2611 :

Gambar rangkaian sensor Methana

1.1.4. Sensor Suhu

Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100°C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1°C, dan dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antar muka (interface) rangkaian kontrol yang sangat mudah.

Rangkaian sensor suhu

1.1.5. Rangkaian mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan adalah ATMega8535 yang sesuai dengan spesifikasi mikrokontroler yang diperlukan diantaranya karena terdapat vitur ADC pada port A dan komunikasi USART.

Sensor CO₂, NO₂, dan methane serta suhu masing-masing dihubungkan dengan ADC Port A.0, Port A.1, Port A.2 dan Port A.3. Sedangkan komunikasi USART digunakan port D.0 dan PortD.1 serta LDC dihubungkan dengan Port B.

Rangkaian sistem minimum mikrokontroler ATMega8535, LDC dan sensor-sensor

Dan berikut adalah rangkaian hasil pembangunan hardware yang telah selesai

Hasil pembangunan hardware

1.2.Pembangunan Software

1.2.1. Pemrograman mikrokontoler

Pembuatan program untuk mikrokontroler menggunakan aplikasi Basic Compiler. Sesuai dengan diagram alir pada tahap perancangan maka listing program mikrokontroler yang ditulis adalah sebagai berikut.

Bagian kepala program(header) :

'--------------------------------------------------------------

' Program : Firmware CEMS

' Company : Kurkur, Inc.

'--------------------------------------------------------------

$regfile = "m8535.dat"

$crystal = 4000000

$baud = 9600

$hwstack = 32

$swstack = 8

$framesize = 24

$lib "lcd4.lbx"

Config Lcd = 16 * 2

Config Lcdpin = Pin , Rs = Pinb.0 , E = Pinb.2 , Db4 = Pinb.4 , Db5 = Pinb.5 , Db6 = Pinb.6 , Db7 = Pinb.7

Deflcdchar 0 , 7 , 5 , 7 , 32 , 32 , 32 , 32 , 32 'karakter derajat

Dim I As Integer

I = 0

Dim Digitalco2 As Integer , Analogco2 As Single

Dim Digitalno2 As Integer , Analogno2 As Single

Dim Digitalmethana As Integer , Analogmethana As Single

Dim Digitalsuhu As Integer , Analogsuhu As Single

Dim Konsenco2 As String * 2

Dim Konsenno2 As String * 2

Dim Konsenmethana As String * 2

Dim Suhu As String * 2

Config Adc = Single , Prescaler = Auto , Reference = Internal

Bagian ini berisi instruksi untuk inisialisasi mikrokontroler yang digunakan, frekuensi Kristal, komunikasi USART, ADC, dan inisialisasi LDC 16*2, serta berisi deklarasi konstanta-konstanta yang digunakan pada program tersebut.

Bagian permulaan program :

Start Adc

Cursor Off

Locate 1 , 1

Lcd "-*Sugeng Rawuh*-"

Locate 2 , 1

Lcd " Kurkur, Inc. "

Wait 3

Cls

Bagian ini berisi instruksi untuk menghidupkan fungsi ADC dan menampilkan pesan pembukan pada LDC.

Bagian isi program :

Digitalco2 = Getadc(1)

Analogco2 = Digitalco2 / 921

Analogco2 = Analogco2 * 9000

Konsenco2 = Fusing(analogco2 , "#.#")

Print Format(konsenco2 , " ") ;

Digitalsuhu = Getadc(3)

Analogsuhu = Digitalsuhu / 1023

Analogsuhu = Analogsuhu * 500

Analogsuhu = Analogsuhu - 17.5

Suhu = Fusing(analogsuhu , "#.#")

Print Format(suhu , " ") ;

Digitalmethana = Getadc(5)

Analogmethana = Digitalmethana / 1023

Analogmethana = Analogmethana * 9500

'If Analogmethana <= 532 Then Analogmethana = Analogmethana * 0

Konsenmethana = Fusing(analogmethana , "#.#")

Print Format(konsenmethana , " ") ;

Digitalno2 = Getadc(7)

Analogno2 = Digitalno2 / 1023

Analogno2 = Analogno2 / 102.3

Konsenno2 = Fusing(analogno2 , "#.###")

Print Format(konsenno2 , " ") ;

If I = 4 Then

I = 0

End If

Select Case I

Case 0 : Gosub Tampil_co2

Case 1 : Gosub Tampil_no2

Case 2 : Gosub Tampil_methana

Case 3 : Gosub Tampil_suhu

Case Else : Wait 2

End Select

I = I + 1

Loop

Bagian ini berisi instruksi-instruksi membaca ADC dari port A.0, A.1, A.2, dan A.2 dan melakukan perhitungan aritmatik sesuai dengan spesifikasi sensor. Data-data hasil perhitungan tersebut lalu dikirimkan melalui output USART di port D.1 (TX) dan menampilkannya secara bergantian pada layar LDC. Bagian isi program ini dijalankan secara berulang-ulang atau looping.

Bagian subrutin :

'Tampilan LCD

Tampil_co2:

Cursor Off

Home

Lcd "Konsentrasi CO2"

Locate 2 , 7

Lcd Fusing(analogco2 , "#.#") ; " ppm"

Wait 2

Cls

Return

Tampil_no2:

Cursor Off

Home

Lcd "Konsentrasi NO2"

Locate 2 , 7

Lcd Fusing(analogno2 , "#.###") ; " ppm"

Wait 2

Cls

Return

Tampil_methana:

Cursor Off

Home

Lcd "Konsentrasi CH4"

Locate 2 , 7

Lcd Fusing(analogmethana , "#.#") ; " ppm"

Wait 2

Cls

Return

Tampil_suhu:

Cursor Off

Home

Lcd "Suhu"

Locate 2 , 10

Lcd Fusing(analogsuhu , "#.#") ; " " ; Chr(0) ; "C"

Wait 2

Cls

Return

Bagian ini berisi subrutin-subrutin instruksi untuk menampilkan data ke layar LCD.

Berikut tampilan Basic Compiler pada saat pembangunan program :

Proses pembangunan program mikrokontroler & simulasi

Setelah dilakukan pengecekan program dan tidak terdapat kesalahan atau error maka dilanjutkan dengan proses kompilasi untuk mendapatkan file biner atau hexa dari program tersebut. Untuk proses downloading file .hex ke dalam memori flash mikrokontroler digunakan aplikasi tersendiri yaitu AVRUSB. Berikut adalah tampilan aplikasi downloader mikrokontroler.

Aplikasi downloader mikrokontroler

1.2.2. Pemrograman aplikasi lokal

[Pembangunan aplikasi lokal] Pembuatan aplikasi lokal ini merujuk pada diagram alir yang telah disusun pada tahap perancangan. Berikut adalah tampilan program Visual Basic 6.0 pada saat pembangunan aplikasi lokal.

Proses pembangunan aplikasi lokal

Setelah proses pembangunan selesai dan tidak terdapat kesalahan pada melalui proses debugging maka dilanjutkan dengan proses packaging untuk mendapatkan file installer-nya. Berikut adalah tampilan aplikasinya setelah selesai dibuat.

Tampilan aplikasi lokal ketika pertama kali dibuka

Cara penggunaan aplikasi adalah sebagai berikut :

1. Membuka aplikasi lokal yang telah terinstal dikomputer

2. Setting port serial yang sesuai untuk rangkaian mikrokontroler pada frame “Setting Com Sensor”

3. Lalu tekan tombol “Online”, untuk mengakhiri tekan tombol “Offline”.

4. Jika port setting tidak mengalami kesalahan maka akan tampil nilai pada masing-masing data gas dan suhu serta terbentuk grafiknya.

5. Untuk menyimpan data pada file log maka tekan tombol “Logging” pada freme “Log File” dengan terlebih dahulu mengatur tampat penyimpanan file tersebut. Untuk mengakhiri tekan tombol “Stop Logging”.

6. [SMS setting] Untuk melakukan pengiriman data ke aplikasi remote, terlebih dahulu melakukan setting port serial pada frame “Setting Komunikasi(SMS)” dan tekan tombol “Online”. Jika port sesuai dengan port modem GSM maka akan terdeteksi kualitas sinyal dan nama operator selular yang digunakan. Pilih waktu untuk melakukan pengiriman data mulai dari tiap 1 menit, 5 menit, dan seterusnya hingga tiap 1 jam. Isikan nomor GSM modem tujiuan di kolom “No. GSM Remote”, lalu tekan tombol “Kirim”. Untuk mengakhirinya tekan tombol “Stop”.

1.2.3. Pemrograman aplikasi remote

[Pembangunan aplikasi remote] Pembuatan aplikasi remote ini merujuk pada diagram alir yang telah disusun pada tahap perancangan. Berikut adalah tampilan program Visual Basic 6.0 pada saat pembangunan aplikasi remote.

Proses pembangunan aplikasi remote

[Aplikasi remote offline] Setelah proses pembangunan selesai dan tidak terdapat kesalahan pada melalui proses debugging maka dilanjutkan dengan proses packaging untuk mendapatkan file installer-nya. Berikut adalah tampilan aplikasinya setelah selesai dibuat.

Tampilan aplikasi lokal ketika pertama kali dibuka

Cara penggunaan aplikasi remote ini hamper sama dengan penggunaan aplikasi lokal, perbedaanya hanya terdapat setting untuk port serial modem GSM dan setting log file. Setelah semuanya benar maka aplikasi remote ini siap menerima data dari aplikasi lokal sesuai dengan settingan waktu pengirimannya.

PENGUJIAN CEMS

Pengujian sistem ini dilakukan di K/R Baruna Jaya IV secara langsung menempatkan sensor-sensor pada cerobong keluaran gas buang dari mesin kapal. Berikut adalah tampilan aplikasi saat dilakukan pengujian pengukuran gas buang secara realtime.

Tampilan aplikasi saat pengukuran

Terlihat nilai untuk masing-masing gas target dan grafiknya. Juga didapatkan beberapa data log file antara lain : Log20092012150119.txt, Log20092012163954.txt, Log20092012164910.txt, dan Log20092012165325.txt. Berikut adalah contoh tampilan log file hasil pengukuran :