74
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi:p–ISSN: 2723 - 6609
e-ISSN :2745-5254
Vol. 3, No.1 Januari 2022
PROTOTIPE SISTEM MONITORING KEBOCORAN PIPA DISTRIBUSI AIR
BERBASIS SCADA
Tubagus Sundana1, Farchan Aditya Johari2, Fathan Al Ariiq3.
Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Bandung, Indonesia
Email : [email protected]c.id1, [email protected]2,
Abstrak
Kebocoran pipa jaringan distribusi air masih sering terjadi dan dapat
mengakibatkan kerugian yang cukup besar bagi semua pihak yang terlibat, baik itu
penyalur maupun konsumen. Maka dari itu, penanganan terhadap kebocoran pipa
ini perlu cepat dilakukan. Metode yang digunakan sekarang umumnya masih
bersifat manual, yaitu dengan mengecek langsung ke lokasi serta berdasarkan
laporan masyarakat. Penelitian ini bertujuan untuk membuat suatu sistem yang
dapat memantau kondisi debit air serta melokalisir letak kebocoran dari suatu pipa
jaringan distribusi air dengan memantaunya pada suatu HMI (Human Machine
Interface) SCADA, sehingga kebocoran dapat dideteksi lebih dini. Prinsip
pendeteksian kebocoran didasarkan pada teori kontinuitas, debit air saluran masuk
harus sama dengan saluran keluar. Dua buah sensor flow meter digunakan untuk
mengukur debit air pada dua titik, jika terdapat perbedaan debit air yang signifikan,
maka dapat dipastikan ada kebocoran di antara dua titik tersebut. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa sistem berhasil melokalisir letak kebocoran dan memberi
peringatan berupa alarm pada HMI. Alarm memiliki 3 level, yaitu Normal,
Warning, dan Danger direpresentasikan dengan indikator warna hijau, kuning dan
merah. Pendeteksian kebocoran berhasil dilakukan pada setiap lokasi dengan
menghitung nilai deviasi antara dua titik pengukuran. Pada penelitian ini didapat
untuk kondisi Warning, deviasi > 7% dan <=10%, sedangkan untuk kondisi
Danger, deviasi>10%, dimana terdeteksi adanya perbedaan debit air sebesar
18.18% antara flow 1 dan 2 serta perbedaan debit air sebesar 22.22% antara flow 2
dan flow 3, sehingga alarm pun berwarna merah.
Kata kunci: Kebocoran Pipa; Teori Kontinuitas; HMI SCADA; deviasi; flow meter
Abstract:
Water distribution network pipe leaks are still common and can result in
considerable losses for all parties involved, both distributors and consumers.
Therefore, the handling of this pipe leak needs to be done quickly. The method used
today is generally still manual, namely by checking directly at the location and
based on community reports. This study aims to create a system that can monitor
the condition of water discharge and localize the location of the leak from a water
distribution network pipe by monitoring it on a SCADA (Human Machine Interface)
HMI, so that leaks can be detected early. The principle of leak detection is based on
the continuity theory, where the inlet water discharge must be the same as the
Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Distribusi Air Berbasis SCADA
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022 75
outlet. By using two flow meter sensors, the water discharge at two points will be
measured and if there is a significant difference in water flow, it can be ascertained
that there is a leak between the two points. The results showed that the system was
successful in locating the location of the leak and giving a warning in the form of
an alarm to the HMI. The alarm has 3 levels, namely Normal, Warning, and
Danger represented by green, yellow and red color indicators. Leak detection was
successfully carried out at each location by calculating the deviation value between
the two measurement points. In this study, the deviation was >7% and <=10% for
Warning conditions, while for Danger conditions, deviation was >10%.
Keyword: Pipe Leakage; Continuity Theory; HMI SCADA; deviation; flow meter
Pendahuluan
Air merupakan sumber daya alam yang menjadi salah satu kebutuhan utama
bagi manusia. Sumber daya alam ini perlu diolah dan didistribusikan untuk
mendapatkan kuantitas dan kualitas yang cukup untuk dikonsumsi (Kusumawardani,
2011). Pendistribusian air dilakukan dengan mendistribusikan air dari instalasi
pengolahan menuju pemukiman, perindustrian, dan perkantoran (Tetty, S. R., Maman,
A. and Novian, 2015). Oleh karena itu maka perlu dipastikan bahwa pendistribusian air
tidak mengalami kendala seperti kehilangan air atau kebocoran (Pratama Putra, 2014).
Kebocoran pipa jaringan distribusi air dapat menyebabkan berbagai kerugian
yang berdampak besar bagi pihak-pihak yang terkait dalam sistem perpipaan (Wijaya &
Pulungan, 2017). Sebagai contoh, di Tirtawening Kota Bandung pada April, 2017
terjadi kebocoran pipa jaringan air terdistribusi. Dengan adanya kebocoran tersebut,
yang mana semula pipa menghantarkan air sebesar ±650 l/detik berkurang menjadi
±375 l/detik. Akibat pecahnya pipa tersebut, sekitar 102,820 Sambungan Langganan
(SL) terganggu selama 5 hari (PDAM Tirtawening Kota Bandung, 2017).
Penangananan terhadap kebocoran pipa jaringan distribusi perlu dilakukan
dengan dengan cepat agar meminimalisir dampak dari kebocoran pipa jaringan
distribusi (Heston & Pasawati, 2016). Metode yang digunakan untuk mendeteksi
kebocoran pipa jaringan distribusi umumnya masih dilakukan secara manual yaitu
dengan mengecek langsung ke daerah distribusi atau berdasarkan laporan masyarakat
tentang adanya kebocoran air pada jaringan pipa distribusi. Pendeteksian dengan cara
ini kurang efektif karena membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mendeteksi
adanya kebocoran pipa jaringan distribusi (Hariyanto, Pauzi, & Supriyanto, 2017).
Merujuk pada persamaan kontinuitas, untuk aliran yang mengalir pada pipa
dengan volume tetap, selama aliran debit air tetap dan tidak terjadi penambahan cairan,
maka laju aliran pada saluran masuk dan saluran keluar pipa harus bernilai sama
(Herwindo & Rahmandani, 2018). (Munson B., 2004) Jika terjadi suatu kebocoran
dalam sistem distribusi fluida, maka akan terjadi perbedaan antara debit fluida masuk
dan debit fluida keluar.
Berdasarkan paparan di atas, dengan menggunakan dua buah sensor flowmeter
yang ditempatkan pada dua titik pipa, dengan tujuan untuk merekam data perbedaan
Tubagus Sundana, Farchan Aditya Johari dan Fathan Al Ariiq
76 Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022
debit air di kedua titik tersebut, maka dapat dilakukan pemantauan terhadap jaringan
pipa distribusi tersebut guna mempersingkat waktu dan dapat mendeteksi secara dini
letak kebocoran saluran pipa tersebut (Briantama, Akbar, & Aziz, 2021). Maka langkah
korektif bisa segera dilakukan dan konsumen tidak akan terganggu terlalu lama
(Sadeghioon, Metje, Chapman, & Anthony, 2014). Maka dari itu, “Sistem Monitoring
Kebocoran Pipa Distribusi Air berbasis SCADA” ini dibuat untuk memonitoring dan
mendeteksi lebih dini kebocoran yang terjadi pada saluran pipa. Perbedaan utama
penelitian ini dengan penelitian lain adalah digunakannya sistem SCADA, dengan
jaringan RS485, yang mana dapat menjangkau komunikasi beberapa km. Dengan
adanya penelitian ini maka diharapkan jaringan pipa distribusi air dapat secara realtime
terpantau dengan basis SCADA, sehingga memudahkan perawatan dan perbaikan pipa.
Metode Penelitian
A. Prinsip Kerja Sistem
Deteksi kebocoran pipa pada sistem yang akan dibuat ini, hanya untuk kasus
pipa saluran utama, artinya belum melewati cabang lain dan pipa pun ditempatkan pada
ketinggian yang sama. Cara kerja dari sistem ini adalah dengan mengukur debit air di
setiap titik pengukuran, selanjutnya akan dilakukan perbandingan jumlah debit air
diantara dua titik. Sesuai dengan persamaan kontinuitas, bahwa laju aliran fluida yang
masuk ke dalam volume tersebut harus sama dengan laju aliran yang keluar dari
volume, maka jika ternyata ditemukan debit air tidak sama diantara dua titik, maka
dapat dipastikan kebocoran ada di antara kedua titik tersebut, dengan begitu kita dapat
melokalisir titik kebocoran. Pada penelitian ini, diibaratkan ada 3 titik pengukuran,
seperti ditunjukkan gambar berikut
Gambar-1 Konsep Sistem Deteksi Kebocoran pada Saluran Air
Pada setiap station dipasang sensor debit air dan pada sistem ini hanya
disimulasikan 3 stasiun pengukuran artinya hanya ada dua daerah perkiraan titik
kebocoran, namun pada realnya tentunya stasiun tersebut dapat diperbanyak.
Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Distribusi Air Berbasis SCADA
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022 77
Gambar-2 Diagram Blok Sistem
Gambar-2 menunjukkan diagram blok sistem. Sistem ini dibangun oleh 3 RTU,
yang mana masing-masing RTU tersebut disimpan pada masing-masing station
pengukuran debit air. Khusus RTU1, sekaligus dapat mengontrol pompa untuk
mengalirkan air. RTU dan MTU berkomunikasi melalui protocol Modbus yang mana
pada MTU komunikasi tersebut di handle oleh OPC, dalam hal ini menggunakan
aplikasi KepServer. Data pada KepServer tersebut akan ditampilkan melalui HMI
SCADA, begitupun dengan perintah controlnya.
B. Desain Perangkat Lunak
Pada bagian ini dibuat rancangan layout untuk window pada HMI. Berikut
rancangan layout HMI:
Gambar-3 Rancangan HMI Utama
1. Alarm dan maintenanace indikator
Bagian ini akan menunjukkan indikator alarm dan juga maintenance yaitu
berupa lampu. Pada bagian ini berfungsi agar saat terjadi alarm tersebut,
perhatian operator dapat langsung tertuju ke bagian ini.
2. Data summary
1
2
3
4
5
6
Tubagus Sundana, Farchan Aditya Johari dan Fathan Al Ariiq
78 Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022
Bagian ini akan menunjukkan data hasil pengukuran dari RTU dalam bentuk
grafik. Hal ini berguna agar trend dari denit ait dapat cepat dipahami.
3. Tombol navigasi diagram dan koneksi database
Bagian ini akan menunjukkan tombol navigasi untuk berpindah-pindah ke
halaman diagram yang diinginkan serta untuk mengkoneksikan database.
4. Panel kontrol
Bagian ini untuk menempatkan tombol-tombol kontrol seperti mandatory dan
control pompa.
5. Display
Bagian ini untuk menampilkan diagram yang dipilih pada panel kontrol.
6. Tabel ack alarm
Bagian ini menunjukkan daftar alarm jika ada alarm yang tertigger, dalam hal ini
berarti jika ada kebocoran.
C. Desain Mekanik
Perancangan mekanik dalam alat ini sangatlah penting, karena untuk
mensimulasikan aliran air. Maka dari itu, pada sistem ini, digunakan pipa PVC ½ inchi
sebagai media pendistribusian air. Berikut ini adalah gambaran mekanik dari alat ini.
Gambar-4 Bagian-bagian Mekanik Simulasi Kebocoran Pipa
Ada beberapa bagian penting dalam desain mekanik ini,yakni:
A : Flow meter, dipasang pada 3 titik. Kebocoran akan dideteksi di lokasi antara
titik 1 dan 2 serta lokasi antara titik 2 dan 3
B : Keran simulasi kebocoran. Keran ini digunakan untuk mensimulasikan adanya
kebocoran, dipasang di dua lokasi. Tempat persisnya diletakkan diantara dua sensor
flow meter.
C : Pompa air untuk mengalirkan air ke pipa distribusi.
D : Ember penampung air, untuk sumber penampung air dalam simulasi sistem ini.
D. Komponen Pendukung Sistem
Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Distribusi Air Berbasis SCADA
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022 79
Sistem ini terdiri dari beberapa RTU, yang mana di dalam RTU tersebut terdapat
sebuah mikrokontroler dan sensor. Berikut ini penjelasan secara khusus mengenai
komponen pendukung yang digunakan dalam sistem ini:
1. ESP32
Gambar-5 ESP32
ESP32 pada masing-masing RTU befungsi sebagai mikrokontroler dan pengolah
atau pemroses data dari sensor flow meter serta pemroses command dari MTU.
Khusus untuk ESP32 pada RTU1 berfungsi juga untuk mengendalikan relay.
2. Flow Meter YF-S201
Gambar-6 Flow Meter
Flow meter YF-S201 berfungsi untuk mengambil data analog dari pengukuran
debit air dengan menggunakan prinsip efek hal.
3. UART TTL to RS485
Gambar-7 UART to RS485
UART TTL to RS485 berfungsi untuk mengonversi antarmuka UART yang ada
pada ESP32 menjadi serial RS485 sehingga dapat berkomunikasi dengan MTU
melalui jaringan RS485.
Hasil dan Pembahasan
A. Realisasi Perangkat Lunak
Perangkat lunak sistem terbagi yaitu tampilah HMI dan juga koneksi ke
database serta mekanisme login ke aplikasi. Berikut merupakan realisasi perangkat
lunak sistem:
Tubagus Sundana, Farchan Aditya Johari dan Fathan Al Ariiq
80 Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022
Gambar-8 Tampilan hasil realisasi HMI
Gambar-9 Hasil rekaman database
Data sudah berhasil terkoneksi dengan database pada Microsoft Acces, dan
direkam setiap 5 detik sekali jika tombol connect pada HMI sudah diaktifkan.
B. Realisasi Perangkat Keras
Gambar-10 Realisasi plant secara keseluruhan
Gambar-11 Realisasi RTU1,RTU2 dan RTU3
Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Distribusi Air Berbasis SCADA
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022 81
C. Pengujian Sistem
Pengujian sistem dilakukan dalam skala laboratorium, dimana sistem yang diuji
masih berupa prototiper. Berikut ini merupakan hasil pengujian daari sistem.
1. Simulasi Alarm Kebocoran
Kebocoran pipa dideteksi dengan cara menghitung deviasi nilai hasil
pengukuran flow meter pada titik tertentu, jika didapat perbedaan yang signifikan
antara dua titik pengukuran flow tersebut, maka dapat diduga terjadi kebocoran
pada titik tersebut. Titik acuan deviasi mengacu pada titik pengukuran sebelumnya.
Perhitungan deviasi tidak dimunculkan dalam tampilan HMI, karena sebagai proses
latar belakang untuk alarm saja. Deviasi dihitung dengan cara berikut.
Deviasi titik A =
Deviasi titik B =
Ada 3 indikator level alarm, yakni sebagai berikut.
- Normal, indikator berwarna hijau dan deviasi antara flow meter <=7%.
- Warning, indikator berwarna kuning dan deviasi antara flow meter >7% dan
<=10%.
- Danger, indikator berwarna merah dan deviasi antara flow meter >10%.
Dilakukan beberapa percobaan kebococran pada beberapa titik, berikut ini
merupakan hasilnya.
a. Keadaan Normal
Gambar-12 Tampilan alarm dan trend saat keadaan tidak ada kebocoran
Pada gambar diatas, pembacaan sensor flow meter kadang berubah2, hal ini
dikarenakan resolusi dari flow meter itu sendiri sebesar 8 L/jam, sehingga ada
perbedaan sedikit saja terdeteksinya berbeda 8L/jam.
b. Kebocoran titik A (Antara RTU 1 dan RTU 2)
- Level Alarm Warning (Deviasi Flow >7%)
Tubagus Sundana, Farchan Aditya Johari dan Fathan Al Ariiq
82 Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022
Gambar-13 Tampilan alarm dan trend saat deviasi flow > 7% dan <=10%
Deviasi titik A =
Oleh karena deviasinya masih 10%, maka indicator alarmnya pun masih
berwarna kuning.
- Level Alarm Danger (Deviasi Flow >10%)
Gambar-14 Tampilan Alarm dan Trend saat deviasi flow > 10%
Deviasi titik A =
Pada gambar 14, terdeteksi adanya perbedaan debit air sebesar 15%
antara flow 1 dan 2 sehingga alarm untuk lokasi A pun berwarna merah.
Gambar-15 Proses simulasi kebocoran plant pada titik A
c. Kebocoran titik B (Antara RTU 2 dan RTU 3)
- Level Alarm Warning (Deviasi Flow >7%)
Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Distribusi Air Berbasis SCADA
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022 83
Gambar-16 Tampilan Alarm dan Trend saat deviasi flow >= 7%
Deviasi titik B =
Pada gambar 16, terdeteksi adanya perbedaan debit air sebesar 10%
antara flow 2 dan 3 sehingga alarm untuk lokasi B pun berwarna kuning.
Gambar-17 Proses simulasi kebocoran pada titik B saat deviasi flow > 7%
- Level Alarm Danger (Deviasi Flow >10%)
Gambar-18 Tampilan Alarm dan Trend saat deviasi flow > 10%
Deviasi titik B =
Pada gambar 18, terdeteksi adanya perbedaan debit air sebesar 26.31%
antara flow 2 dan 3 sehingga alarm untuk lokasi B pun berwarna merah.
Tubagus Sundana, Farchan Aditya Johari dan Fathan Al Ariiq
84 Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022
Gambar-19 Proses simulasi kebocoran pada titik B saat deviasi flow > 10%
d. Kebocoran dua titik (Lokasi A dan B)
Gambar-20 Tampilan alarm dan trend saat simulasi kebocoran pada kedua titik
Deviasi titik A =
Deviasi titik B =
Pada gambar 20, terdeteksi adanya perbedaan debit air sebesaar 18.18%
antara flow 1 dan 2 serta perbedaan debit air sebesar 22.22% antara flow 2 dan
flow 3, sehingga alarm untuk lokasi A dan B pun berwarna merah.
Gambar-21 Proses simulasi kebocoran pada kedua titik (titik A dan B)
2. Simulasi Kerusakan
Sistem Monitoring Kebocoran Pipa Distribusi Air Berbasis SCADA
Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022 85
Simulasi kerusakan dilakukan dengan memutus hubungan pompa ke sumber
listrik AC, kemudian dicek apakah sinyal pantul terdeteksi atau tidak. Gambar di
bawah menunjukkan saat status tombol aktuator dan status sinyal pantul tidak
sesuai, sehingga alarm kerusakan pompa menjadi aktif.
Gambar-22 Tampilan HMI saat pompa dalam keadaan rusak
Kesimpulan
Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian pada sistem, diperoleh bahwa
sistem yang dibuat sudah dapat melokalisir letak kebocoran pipa distribusi air pada dua
lokasi, dengan menggunakan 3 titik pengukuran. Komunikasi terminal RTU pada setiap
titik menggunakan jaringan RS485. Bagian HMI memiliki 3 level alarm, yaitu Normal,
Warning, dan Danger yang masing-masing direpresentasikan dengan indikator warna
hijau, kuning dan merah. Pendeteksian kebocoran berhasil dilakukan dengan
menghitung nilai deviasi antara dua titik pengukuran. Pada penelitian ini didapat untuk
kondisi Warning, deviasi > 7% dan <=10%, sedangkan untuk kondisi Danger,
deviasi>10%.
Tubagus Sundana, Farchan Aditya Johari dan Fathan Al Ariiq
86 Jurnal Indonesia Sosial Teknologi, Vol. 3, No. 1, Januari 2022
Bibliografi
Briantama, uyun, akbar, ahmad anugrah, & aziz, mohamat n. U. R. Rohman. (2021).
MODIF: Sistem Monitoring Pengukuran Debit dan Kecepatan Air Berbasis LORA
& ESP8266 Dalam Mendukung Estimasi Daya Kerja yang Dihasilkan Mikrohidro
dan Wilayah Konservasi Air pada Embung Kladuan.
Hariyanto, Duwi, Pauzi, Gurum Ahmad, & Supriyanto, Amir. (2017). Deteksi Letak
Kebocoran Pipa Berdasarkan Analisis Debit Air Menggunakan Teknologi Sensor
Flowmeter Berbasis TCP/IP. Jurnal Teori Dan Aplikasi Fisika, 5(1), 25–30.
DOI: http://dx.doi.org/10.23960%2Fjtaf.v5i1.1355
Herwindo, Wildan, & Rahmandani, Dadan. (2018). Kajian Rancangan Irigasi Pipa
Sistem Gravitasi. Jurnal Irigasi, 8(2), 126–137.
DOI: http://dx.doi.org/10.31028/ji.v8.i2.126-137
Heston, Yudha Pracastio, & Pasawati, Nur Alvira. (2016). Analisis Faktor Penyebab
Kehilangan Air PDAM (PDAM Water Loss Factors Analysis). Pros. Temu Ilm.
IPLBI, 2016, 1–6.
Kusumawardani, Deni. (2011). Valuasi ekonomi air bersih di Kota Surabaya. Jurnal
Ekonomi Dan Bisnis Airlangga, 21(3). DOI 10.20473/jeba.V31I22021.74-82
Munson B., dan D. Young. (2004). Mekanika Fluida. Jakarta.
Pratama Putra, Juliansyah. (2014). Studi Kehilangan Air pada Jaringan Distribusi
PDAM di Jalan Soekarno-Hatta Palembang dengan Metode DMA (District Meter
Area). Politeknik Negeri Sriwijaya.
Sadeghioon, Ali M., Metje, Nicole, Chapman, David N., & Anthony, Carl J. (2014).
SmartPipes: smart wireless sensor networks for leak detection in water pipelines.
Journal of Sensor and Actuator Networks, 3(1), 64–78.
https://doi.org/10.3390/jsan3010064
Tetty, S. R., Maman, A. and Novian, A. S. (2015). Perancangan Prototipe Sistem
Pemantau Kebocoran Pada Pipa Distribusi Air Menggunakan Protokol
Zigbee/Ieee 802.15.4 Dan Platform M2m. e-Proceeding of Engineering.
WIJAYA, HANDI T. I. O., & PULUNGAN, DWIKI M. PAMORA. (2017). Analisa
kehilangan air pada jaringan pipa distribusi air bersih dengan metode district
meter area di kawasan karangan rambang kapak tengah prabumulih. Politeknik
negeri sriwijaya.
