PENDAHULUAN
Dalam pertanian
sebuah sistem irigasi yang baik sangat diperlukan untuk menunjang panen / hasil
pertanian. Dalam sebuah sistem irigasi terdapat berbagai alat mekanik
pengendali/pengontrol aliran air,misalnya saja:
•
Pengontrol
Hulu vs. Hilir
•
Pengendali
Pintu air
•
Penyadapan(Pintu
Air)
Alat-alat
pengendali diatas berguna untuk mendukung sistem irigasi agar berjalan secara
baik. Alat-alat pengendali tersebut dalam sistem irigasi digunakan untuk:
•
Mengontrol
tinggi muka air
•
Mengukur
debit aliran air
•
Mengontrol debit aliran
Akan tetapi,
dalam sistem irigasi sering dijumpai permasalahan antara lain:
•
Penyaluran
yang tidak diinginkan
•
Adanya
hujan yang tidak diharapkan
•
Kurangnya
debit karna kekeringan
•
Penghentian
penyaluran yang tidak diinginkan
•
Tidak
akuratnya alat pengukur aliran air
•
Tidak
akuratnya teknik pengontrol aliran
•
Karakteristik
gelombang aliran air
•
Human
factor misalnya saja kemalasan, kecurangan dan lain sebagainya.
Dalam makalah
ini akan secara khusus dibahas mengenai pengontrol ketinggian dan aliran air
dalam sebuah sistem irigasi. Pengontrolan ketinggian air merupakan salah satu
hal yang paling penting dalam sebuah sistem irigasi. Ketinggian air dalam
sebuah sistem irigasi akan mempengaruhi hal-hal atau parameter-parameter lain
dalam sistem tersebut.
Pengontrolan ketinggian air dalam
sebuah sistem irigasi dapat dilakukan secara:
·
Manual
Operasi atau pengamatan yang dilakukan oleh
manusia (secara langsung). isebut juga “pengamatan terbuka (open loop)”
apabila mengacu ke fungsi pengendalian.
·
Otomatis
Operasi atau pengamatan dilakukan tanpa
campur tangan manusia. Disebut juga “pengamatan tertutup (closed loop)”
apabila mengacu ke fungsi pengendalian.
·
Remote (Jarak Jauh)
Suatu operasi atau tata kerja yang dilakukan
dari jauh. Dengan modernisasi, hal ini biasa lebih dipahami melibatkan
peralatan, bukan pada aksi yang dilakukan manusia di lapangan. Suatu sistim “remote”
mempunyai signal terhubung dari lapangan ke kantor pusat atau dari kantor
lapangan atau kedua arah.
Dalam
pengontrolan ketinggian air terdapat dua macam pengendalian ketinggian air,
yaitu:
·
Pengendali
Jarak Jauh
Pengendali yang menggerakan suatu alat
dilapangan dari lokasi yang jauh (umumnya dari kantor). Hal ini dapat berupa otomatis
atau manual.
·
Pengendalian
Lokal
Pengendalian untuk menggerakkan peralatan
lapangan yang dilakukan ditempat tersebut (on-site). Hal ini dapat berupa
otomatis atau manual.
Dalam
makalah ini akan secara khusus dibahas pengendalian lokal ketinggian air dalam
sebuah sistem irigasi secara otomatis. Dengan pengendalian lokal ketinggian air
secara otomatis, maka akan menambah efisiensi dan efektifitas dari sistem
tersebut. Kemudian akan mengurangi permasalahan-permasalahan dalam sebuah
sistem irigasi.
Dengan
adanya sistem irigasi pengendalian ketinggian air secara otomatis, diharapkan
akan menghasilkan pelayanan yang baik serta efisiensi yang tinggi serta
responsive. Sebuah tindakan penyelesaian akan diambil secara cepat tanpa harus
menunggu terlalu lama. Selain itu mengurangi pengeluaran biaya untuk pembiayaan
SDM. Selain itu mengurangi permasalahan yang disebabkan kesalahan dari factor
manusia.
PERANCANGAN SISTEM
Blok diagram
Keterangan:
1.
Default Data Input
Data awal dimasukkan melalui bagian ini, data ini digunakan sebagai
data pembading. Sehingga nanti data yang dimasukkan ini akan dibandingkan
dengan data yang terbaca oleh sensor ultrasonic. Data yang dimasukkan adalah
data dari keypad matrik yang akan dimasukkan ke mikrokontroler. Selanjutnya
oleh mikrokontroler, data tesebut akan diterjemahkan. Data dari keypad dirubah
menjadi data 8 bit. Data default yang dimasukkan hanya sekali, pada saat
setting alat. Data tersebut merupakan data yang digunakan sebagai pembanding.
Data in yang akan terus menerus digunakan sebagai acuan.
- Sensor Ultrasonic
Sensor ultrasonic berfungsi sebagai input element. Sensor
ultrasonic akan memancarkan sinyal ke permukaan air, dan permukaan air akan
memantulkan sinyalnya. Dan sensor penerima akan menerima sinyal dari pantulan
tersebut. Yang nantinya sinyal itu akan dioper ke ADC.
Sensor ini dipasang pada satu ujung pipa, dan ujung pipa yang
lain berada didalam air. Sehingga saat sensor memancarkan sinyal, tidak banyak
gangguan dari luar. Dan air yang masuk ke dalam pipa juga tidak mengalami gangguan,
baik berupa aliran gelombang air (riak) ataupun angin yang akan menyebabkan air
bergerak-gerak.
- ADC (Analog to Digital Converter)
ADC juga sebagai input element bersama sensor ultrasonic. ADC
berfungsi sebagai converter, mengubah data analog ke data digital. Dari data
hasil pembacaan sensor ultrasonic,yang datanya masih berupa data analog, diubah
ke data digital 8 bit. Yang nantinya akan diolah oleh mikrokontroler,
selanjutnya akan dibandingkan dengan data yang diberikan oleh user (data default).
- Mikrokontroler
Mikrokontroler bekerja sebagai komparator, yang akan
membandingkan data dari sensor ultrasonic sebagai masukan dengan data default
yang telah dimasukkan oleh user sebagai data pembandingnya. Hasil dari
pembandingan ini, akan menyebabkan driver motor bekerja. Sehingga akan
menggerakkan pintu air, apakah pintu membuka atau pintu menutup.
Mikrokontroler juga bekerja sebagai control utama dari
sistem, yang akan mengendalikan seluruh peralatan yang ada. Mikrokontroler akan
mengendalikan motor, yang nantinya akan menggerakkan pintu air, dan juga akan
mengendalikan tampilan pada LCD.
- LCD
LCD berfungsi sebagai penampil, yang akan menampilkan default
data yang telah dimasukkan user, serta menampilkan ketinggian air yang terbaca
oleh sensor ultrasonic. Sehingga bisa dibaca oleh operator maupun user. LCD ini
berfungsi sebagai salah satu output dari system. Yang hanya menapilkan data
hasil pembacaan dan hasil pengolahan dari mikrokontroler.
- Driver Motor
Driver ini berfungsi sebagai penghubung antara mikrokontroler
dengan pintu air bendungan. Driver ini difungsikan sebagai penggerak pintu air.
yang di-control oleh mikrokontroler.
- Pintu Air
Pintu air sebagai controlled system, yang akan digerakkan
oleh motor. Berdasar hasil yang diperoleh dari mikrokontroler, bila air dalam
bendingan terlalu berlebih, maka driver motor akan menggerakkan motor dan pintu
air akan membuka. Begitu juga sebaliknya, bila air dalam bendungan sudah sama
dengan data default yang di berikan user, maka driver motor akan menggerakkan
motor yang akan mengakibatkan pintu air menutup.
- Ketinggian Air Bendungan
Sebagai controlled system, ketinggian air dalam bendungan
akan selalu terjaga. Air dalam bendungan tidak akan berlebihan, karena sudah
dikontrol oleh pintu air ini. Bila air berlebihan, air akan dialirkan keluar
melalui pintu air, yang selanjutnya akan dialirkan ke sungai.
Desain system
Flowchart
CARA KERJA
Dalam
alat pengontrol ketinggian pintu air ini digunakan mikrokontroller sebagai
pembanding data input ketinggian default dari user dengan data ketinggian air
yang telah dibaca oleh sensor. Sensor yang dipakai yaitu sensor ultrasonic
karena gelombang ultrasonic dapat memantul pada permukaan air dan sensor
ultasonik memiliki keakuratan yang bagus. Membaca ketinggian air oleh sensor
ultrasonic ini menggunakan prinsip lamanya pantulan gelombang tersebut atau
intensitas kekuatan pantulannya. Output dari modul sensor ultrasonic ini akan
dikonversi datanya menjadi data digital oleh ADC ( IC 0808 ) per satuan waktu,
dan data tersebut akan masuk sebagai data input dari sensor pada komparator
yaitu mikrokontroler.
Untuk
proses pertama user (petugas air) akan memberi input ketinggian air yang
diinginkan pada keypad matriks dan data tersebut akan dibaca oleh
mikrokontroler sebagai data input user. Mikrokontroler yang telah diprogram
akan selalu membanding data dari sensor dan data dari user, kedua data tersebut
sebelumnya dikonversi menjadi data 8 bit atau data 16 bit dan jenis
mikrokontroler yang nyaman untuk proses ini yaitu mikrokontroller jenis AVR (AT
Mega8).
- Pertama
apabila kedua data masukan sama maka mikrokontroler akan memberi sinyal
output atau perintah pada driver motor untuk diam atau tetap pada kondisi
tersebut (motor tidak bekerja).
- Kedua
apabila data dari user lebih kecil data dari sensor (ketinggian air
terlalu tinggi) maka mikrokontroler akan memberi sinyal output atau
perintah pada driver motor untuk membuka pintu air (motor bekerja).
- Ketiga
apabila data user lebih besar data dari sensor (ketinggian air terlalu
rendah) maka mikrokontroler akan memberi sinyal output atau perintah pada
driver motor untuk menutup pintu air (motor bekerja).
Setiap instruksi atau pembandingan data ini
dilakukan terus-menerus setiap satuan waktu (contoh per sepuluh detik) sehingga
apabila motor sedang bekerja (membuka atau menutup) dan ketinggian air sudah
kembali ke ketinggian yang diinginkan maka dengan segera pintu air akan
mempertahankan kondisi tersebut hingga perubahan selanjutnya.
Output
atau sinyal dari mikrokontroler ini akan diterima oleh driver motor. Data
digital dari mikrokontroller ini masih lemah dan fungsi dari driver motor ini
untuk menguatkan atau menggerakkan motor gearbox yang dipasang pada pintu air.
Prinsip kerja driver motor ini yaitu mengatur arah putar motor gearbox ini
sehingga motor pintu air ini bisa berfungsi untuk membuka dan menutup pintu air
ini dengan mudah.
HASIL DAN
ANALISA
Mikrokontroler (Sistem Kendali) dan Sensor
Ultrasonic Yang Terpadu
Suatu peralatan yang mengambil data di
lapangan (lokasi) , dan untuk selanjutanya akan mengendalikan dan memonitor kegiatan. Peralatan inilah yang
akan menentukan setiap langkah yang akan dilakukan. Dalam sebuah mikrokontroler
telah dimasukkan program maupun algoritma yang akan menjadi penentu kebijakan
langkah yang akan diambil secara real time. Penentuan kebijakan ini menurut
situasi dan kondisi tertentu yang mungkin akan terjadi dan sebisa mungkin telah
diantisipasi sebelumnya.
Hubungan antara Mesin dan Manusia
Dalam sistem irigasi terpadu ini, LCD digunakan
operator untuk membaca nilai ketinggian air (status) dan keypad matrik
digunakan untuk memasukkan nilai baru pada sistem irigasi terpadu. Pemasukan
nilai baru ketinggian air didasarkan pada situasi dan kondisi cuaca maupun
lingkungan setempat. Sedangkan pemantauan ketinggian air dapat dilakukan secara
berkala maupun real time. Secara langsung atau datang ke lokasi maupun secara
remote atau jarak jauh. Pengambilan keputusan dalam penentuan ketinggian air
harus melibatkan parameter – parameter yang terkait secara langsung maupun
tidak langsung agar tidak merugikan satu pihak atau beberapa pihak.
Hal-hal diatas juga menyesuaikan dengan
software yang digunakan dalam sistem untuk
membangun tampilan dan mengorganisir data.
Kontrol Penyaluran
Dalam
pengontrolan penyaluran air maka terdapat dua macam cara pengontrolan dalam sistem
irigasi terpadu. Dalam aplikasi untuk saluran dan rencana pemompaan dapat
dilakukan dengan dua cara:
Di dalam kantor, petugas atau operator
akan :
·
Memonitor
lokasi lahan yang direncanakan
·
Mampu
merubah target kedalaman, tekanan, aliran dsb.
Sedangkan
di lapangan, mikrokontroler akan melakukan pengendalian secara aktual dan
secara otomatis. Secara real time berdasar data ketinggian air saat itu juga
dibandingkan dengan data input oleh operator/user yang telah dimasukkan
sebelumnya. Peralatan yang ada di lapangan terus bekerja secara otomatis
sekalipun hubungan komunikasi terputus antara kantor dengan lokasi bendungan.
Sistem kerja ini akan lebih mudah dalam pengelolaan dan pemantauannya.
Pengawasan dan pengumpulan data
- Pengukuran
Aliran
Untuk pengukuran
aliran, maka parameter-parameter yang akan diukur sebagai berikut:
- Pengukuran
debit aliran(volume/waktu)
- Pengukuran
per satuan volume
- Pengukuran
suatu volume air yang melalui titik tertentu.
- Pengendalian
Aliran
Dari data-data yang didapatkan dari pengukuran aliran maka dapat
dilakukan pengendalian aliran. Dalam hal ini, maka akan dilakukan berbagai
macam pengendalian, antara lain:
·
Pengendalian
debit aliran (sebagai kebalikan dari pengendalian muka/ketinggian air).
·
Debit
keluaran yang diinginkan diketahui, yaitu debit aliran sasaran.
·
Pengontrol
Hulu (Upstream) merupakan suatu bentuk pengontrol saluran (manual atau
otomatis) yang berfungsi sebagai bangunan pengendali yang mempertahankan
ketinggian muka air di bagian hulu (upstream) konstan/tetap.
·
Pengontrol
Hilir (Downstream) merupakan suatu bentuk pengontrol saluran (manual atau
otomatis) yang berfungsi sebagai bangunan pengendali yang menjaga ketinggian
muka air di bagian hilir (downstream) konstan/tetap.
Sebagai
hasil dari sistem irigasi terpadu yang menggunakan bendungan otomatis ini akan
terwujud pelayanan penyaluran air yang lebih baik dan lebih akurat dalam
penanganan serta cepat dan responsive terhadap kondisi cuaca maupun lingkungan
sekitar. Dalam pelayanan penyaluran air terdapat berbagai komponen penyaluran
air. Antara lain:
- Keadilan
(Equity)
Dalam
penyaluran air perlu diperhatikan apakah semua pengguna (konsumen) menerima
jumlah yang sama atau tidak. Kalau tidak apa yang menyebabkan perbedaan jumlah
penerimaan air.
- Kepastian
(Ketepatan Waktu & Jumlah)
Dalam suatu
sistem pelayanan diperlukan kepastian akan adanya ketersediaan air. Termasuk
parameter tanggal dan waktu penyaluran air, debit aliran serta volumenya.
- Debit aliran
Perlu
diperhatikan juga apakah debit aliran selalu sama tiap waktu penyaluran. Serta kemungkinan
perubahan debit diubah selama waktu penyalauran.
- Durasi
Dalam sistem
irigasi ini perlu diperhatikan juga mengenai masalah waktu atau durasi kerja
siste,. Dan apakah dalam pelaksanaannya irigasi dapat dihentikan kapanpun atau
hanya waktu- waktu tertentu saja..
- Schedule
Penyaluran
Kemudian
jadwal penyaluran dalam sistem irigasi ini dapat dibagi 3 yaitu
- Rotasi
•
Suatu
penyaluran hanya dapat dibuat untuk satu orang sekali dalam suatu waktu.
•
Umumnya,
ada jadwal waktu seorang per 10 harian atau lebih.
•
Biasanya,
debit aliran dan durasinya tetap (fixed).
- Diatur
•
Seseorang
mengajukan permintaan penyaluran air pada tanggal dan waktu yang ditentukan
•
Seseorang
dapat menentukan, sesuai aturan yang disepakati, berapa banyak debit aliran dan
durasi yang diinginkan.
- Sesuai
Kebutuhan
•
Air
dapat diperoleh oleh pengguna tanpa harus memberitahu siapapun.
•
Ini
adalah seperti yang kita punya di kota (air PAM). Mungkin ada keterbatasan
debit aliran, tetapi tidak ada pembatasan di dalam frekuensi atau durasinya.
Berbagai parameter diataslah yang memerlukan
perhatian dalam penyusunan sistem irigasi ini. Suatu sistem yang baik dapat
memenuhi sebanyak mungkin parameter – parameter diatas. Disinilah algoritma dalam
mikrokontroler serta operator yang berperan penting dalam pengambilan keputusan
dalam suatu keadaan. Baik secara berkala maupun real time.
KEMUNGKINAN PENINGKATAN SYSTEM
Untuk pengembangan system irigasi
terpadu ini dapat ditingkatkan dalam sytem pengelolaan dan pemantauannya
sehingga dapat meningkatkan efektivitas dan efisiensi baik SDA maupun SDM-nya,
secara tidak langsung akan mengurangi beban anggaran pemeliharaan dan pemakaian.
Untuk system pengelolaan dan
pemantauan dapat dikembangkan menjadi berbagai macam metode dan alat bantu yang
digunakan. Sebagai contoh dilakukan pengontrolan alat ini dengan remote atau
pengendalian jarak jauh dan pemantauan hasil ketinggian air irigasi ini dari
jarak jauh.
Pengontrolan
dengan Remote (Jarak Jauh)
adalah suatu operasi atau tata kerja yang dilakukan dari jauh. Dengan
modernisasi, hal ini biasa lebih dipahami melibatkan peralatan, bukan pada aksi
yang dilakukan manusia di lapangan. Suatu sistim “remote” mempunyai
signal terhubung dari lapangan ke kantor pusat atau dari kantor lapangan atau
kedua arah. Contoh aplikasi atau peralatan yang bisa digunakan dalam hal ini
seperti dengan pengiriman data melalui gelombang RF, jaringan GSM atau CDMA
(handphone), dan kabel instalasi.
Pengamatan dari jarak jauh (Remote
Monitoring) merupakan aktifitas satu arah. Biasanya peralatan di kantor
menampilkan atau mencatat beberapa aktifitas dilapangan. Sebagai contoh, yang
biasa dilakukan adalah memonitor ketinggian muka air disatu titik dari jarak
jauh.
Dengan
adanya system bendungan otomatis ini dapat dikembangkan menjadi sebuah PLTA (
Pembangkit Listrik Tenaga Air) yang terintegrasi dalam sebuah system irigasi
terpadu. Dalam hal ini pengaturan debit air pada turbin PLTA bisa mendapat
pasokan yang sesuai yang diatur otomatis oleh alat irigasi otomatis ini.
Gambar contoh
pengembangan desain
KESIMPULAN
Dengan
penggunaan alat irigasi otomatis ini maka :
- Gerbang air bisa membuka dan menutup dengan bantuan penggerak motor bertorsi tinggi.
- Pengaturan gerak pintu air dapat dikontrol secara digital menggunakan mikrokontroler.
- User atau operator dapat menyeting ketinggian air kapan saja sesuai kebutuhan.
- Ketinggian air di bendungan akan selalu stabil sesuai dengan range ketinggian air yang telah ditentukan sebelumnya.
- Pemantaun dan pengendalian ketinggian air menjadi lebih efisien.
- Dapat disusun system irigasi yang terpadu dengan menggunakan beberapa bendungan otomatis disepanjang sungai.
- Dari system irigasi ini dapat dikembangkan dalam hal monitoring, kontroling,dan further using.