© 2001 Binsar Nababan Posted 10 October 2001 [rudyct]

Makalah Falsafah Sains (PPs 702)

Program Pasca Sarjana / S3

Institut Pertanian Bogor

Dosen: Dr Ir Rudy C Tarumingkeng (Penanggung Jawab)

RANCANGAN SISTEM KONTROL OPERASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR

Oleh :

Binsar Nababan

F126010051 /TEP

E-mail: nababanid@yahoo.com

Abstrak.

Rancangan ini, digunakan untuk mengklasifikasikan pemakai dalam mengoperasikan sistem operasi PLTA, sehingga pemakai hanya dapat mengoperasikan instruksi-instruksi yang terdapat pada sistem perangkat lunak (software), sesuai wewenang dan tanggung jawab yang diberikan padanya. Rancangan ini menggunakan prinsip struktur pohon (tree), dengan klasifikasi pemakai tiga tingkatan yaitu pemakai utama (super user), ketua kelompok (group leader) dan pemakai biasa (reguler user). Rancangan klasifikasi pemakai ini, menggunkan dua nomer yaitu nomer kelompok (g) dan nomer anggota (m). Kedua nomer tersebut mempunyai nilai 0 sampai dengan 255. Dari percobaan simulasi yang dilakukan, terlihat bahwa rancangan ini, sangat efektif mengontrol pemakai dalam pengoperasian PLTA.

1. PENDAHULUAN

Energi, merupakan suatu kebutuhan utama yang sangat dibutuhkan dalam kehidupan manusia. Semakin maju suatu negara, semakin besar energi yang dibutuhkan. Bila ditinjau dari sumber pengadaan energi Dunia saat ini, sumber dari migas, merupakan sumber utama yang digunakan. Sumber migas yang terdapat di Bumi kita, sangat terbatas, dan pada suatu saat akan habis, oleh karena itu berbagai penelitian dilakukan para peneliti untuk menemukan sumber energi diluar migas, sebagai sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan sesuai kebutuhannya. Indonesia sebagai negara yang terletak digaris hkatulistiwa, yang mempunyai daratan yang ditumbuhi hutan belantara yang luas beserta gunung / pegunungan yang didalamnya banyak sungai-sungai mengalirkan air dari hulu ke hilir sampai kelautan lepas yang terhampur luas disertai gemuruhnya ombak , dengan penyinaran sinar surya sepanjang tahun, dengan hembusan angin yang terdapat diseluruh wilayah Indonesia. Keberadaan wilayah Indonesia yang begitu beragamnya sumber energi alternatif yang dapat dimanfaatkan, merupakan tantangan bagi para peneliti Indonesia, untuk melakukan penelitian/ kajian untuk menendapatkan sumber energi alternatif yang dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sesuai kebutuhan. Salah satu sumber energi alternatif yang dapat dikembangkan adalah pembangkit listrik tenaga air. Pembangkit listrik tenaga air dapat beroperasi sesuai dengan rancangan sebelumnya, bila mempunyai daerah aliran sungai (DAS) yang potensial sebagai sumber air untuk memenuhi kebutuhan dalam pengoperasian pembangkit listrik tenaga air tersebut. Pada operasi pembangkit listrik tenaga air tersebut, perhitungan keadaan air yang masuk pada waduk / dam tempat penampungan air, beserta besar air yang tersedia dalam waduk / dam dan perhitungan besar air yang akan dialirkan melalui pintu saluran air untuk menggerakkan turbin sebagai penggerak sumber listrik tersebut, merupakan suatu keharusan untuk dimiliki, dengan demikian kontrol terhadap air yang masuk maupun yang didestribusikan kepintu saluran air untuk menggerakkan turbin harus dilakukan dengan baik, sehingga dalam operasi pembangkit listrik tenaga air tersebut, dapat dijadikan sebagai dasar tindakan pengaturan efesiensi penggunaan air maupun pengamanan seluruh sistem, sehingga pembangkit listrik tenaga air tersebut, dapat beroperasi sepanjang tahun, walaupun pada musim kemarau panjang. Kontrol tersebut dapat dilakukan dengan malakukan analisa terhadap keadaan air melalui perhitungan-perhitungan hidrologi yang tersedia pada pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air (PLTA). Analisa keadaan air dilakukan dengan bantuan program-program yang terintegrasi dalam sistem perangkat lunak (software) yang diinstal pada sistem komputer yang tersedia pada pusat kontrol. Setiap operasi yang dilakukan dalam sistem kontrol mengikuti instruksi-instruksi yang diberikan oleh para operator maupun pimpinan operasi yang berhubungan dengan operasi pembangkit listrik tenaga air maupun tindakan keputusan dalam rangka pengamanan seluruh sistem, dengan demikian setiap pemberi instruksi dalam pengoperasian harus bertanggung jawab terhadap hasil operasi yang terjadi. Bila seluruh instruksi yang terdapat dalam sistem perangkat lunak dapat dioperasikan setiap orang, maka dapat mengakibatkan kesalahan fatal terhadap operasi PLTA dari orang yang tidak bertanggung jawab. Misalnya, bila dipuncak musim hujan, dengan volume air yang mengalir dari seluruh sungai yang masuk ke waduk / dam sudah melebihi kemampuan daya tampung waduk / dam, yang seharusnya harus segera diintruksikan pembukaan maksimum pintu pembungan air keluar dari waduk / dam, tidak diberikan instruksi, sehingga dapat mengakibatkan jebolnya tanggul waduk/dam, karena tidak dapat menahan tekanan air yang masuk ke waduk / dam begitu dahsyat atau pada musim kemarau panjang seseorang memberikan instruksi pembukaan maksimum pintu pembungan air keluar dari waduk / dam, sehingga terjadi pengeringan waduk / dam, sehingga sistem pembangkit listrik tenaga air tersebut tidak dapat beroperasi. Dengan demikian kerugian yang terjadi sangat besar, yang dialami masyarakat maupun pemerintah. Pengoperasian pembangkit listrik tenaga air ini, harus dilakukan perhitungan yang teliti terhadap besar bukaan pintu saluran air yang mengalirkan air keturbin, sesuai air yang tersedia dalam waduk / dam, dan sesuai dengan kebutuhan. Berapa besar bukaan pintu saluran air yang dibuka dan berapa besar listrik yang dihasikan, telah diperhitungan pada perancangan seluruh sistem PLTA, baik konstruksi secara menyeluruh, perangkat keras pendukung lainnya maupun dalam peroces sistem perangkat lunaknya. Jadi keseimbangan air yang tersedia dalam waduk / dam, merupakan parameter penting yang harus diperhatikan dengan baik.Untuk menghindari atau pengendalian terhadap kemungkinan masalah diatas, maka dibutuhkan sistem kontrol untuk mengontrol dan mengendalikan setiap orang yang mengoperasikan sistem pembangkit listrik tenagai air tersebut. Sistem kontrol yang dirancanga ini, merupakan sistem yang mengklasifikasikan para pemakai sistem operasi PLTA, untuk mengoperasikan sistem pembangkit listrik tenaga air tersebut, sesuai wewenang dan tanggung jawab yang diberikan. Jadi setiap orang yang akan mengoperasikan sistem pembangkit listrik tenaga air tersebut, hanya dapat memberikan instruksi sesuai wewenang dan tanggung jawabnya. Untuk mengklasifikasikan setiap orang dalam pengoperasian sistem pembangkit listrik tenaga air tersebit, dilakukan berdasarkan sistem kunci (password).

2. TINJAUAN PUSTAKA

Pada prinsipnya ada beberapa parameter yang mempengaruhi operasi pembangkit listrik tenaga air, antara lain :

· Keberadaan Air

· Konstruksi pintu saluran air

2.1. Keberadaan Air

Untuk dapat mengoptimalkan pengoperasiann pembangkit listrik tenaga air, baik dalam keadaan musim penghujan maupun musim kemarau panjang, diperlukan perhitungan besar volume air yang tersedia dalam waduk / dam, guna perhitungan berapa besar debit air yang harus dialirkan melalui pintu air yang dialirkan keturbin. Bila terjadi banjir, berapa besar volume air yang harus dibungan keluar dari waduk / dam melalui pintu pembungan air, sehingga tetap terjadi keseimbangan air dalam waduk / dam, dengan demikian dapat dihindari kerusakan bangunan waduk / dam maupun perangkat keras pendukung lainnya. Untuk kebutuhan perhitungan keadaan air baik yang akan masuk maupun yang berada dalam waduk / dam, dilakukan pengukuran terhadap parameter yang mempengaruhi keadaan air yang akan masuk maupun yang ada dalam waduk/dam. Pengukuran tersebut dilakukan pada berbagai stasiun ukur yang tersebar pada daerah tangkap sungai (DAS) dalam waduk / dam tersebut. Data hasil pengukuran yang diproleh pada stasiun pengukuran, ditransmisikan melalui media komunikasi yang digunakan ke pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air untuk diproces sesuai fungsinya dalam sistem kontrol tersebut. Pada perhitungan keberadaan air tersebut, ada beberapa parameter yang harus diperhatikan antara lain ^{(3) (4)}:

a. Aliran permukaan ( surface flow)

b. Aliran dasar ( Base flow)

c. Tinggi muka air

Aliran permukaan dan aliran dasar dipengaruhi intensitas curah hujan dan lama turunnya hujan. Semakin tinggi intensitas curah hujan dan semakin lama waktu turunnya hujan, semakin besar aliran permukaan dan aliran dasar sungai. Tinggi permukaan dipengaruhi aliran permukaan dan aliran dasar. Semakin besar aliran permukaan dan aliran dasar, semakin tinggi muka air yang terjadi, sehingga semakin besar volume air yang mengalir ke dalam waduk / dam.

d. Kehilangan air karena keadaan lingkungan

Paremeter kehilangan air yang disebabkan keadaan lingkungan, dipengaruhi antara lain :

· Suhu udara : semakin tinggi suhu udara, semakin besar kehilangan air

· Kelembaban : semakin kecil kelembaban (humidity),semakin besar kehilangan air

· Kecepatan angin : semakin cepat kecepatan angin berhembus, semakin besar kehilangan air

· Penyinaran Matahari : semakin panas dan semakin lama penyinaran matahari, semakin besar

kehilangan air

e. Keadaan daerah aliran sungai (DAS)

Parameter keadaan daerah aliran sungai (DAS) dipengaruahi beberapa parameter, antara lain :

· Vagitasi : semakin rapat tumbuhnya tumbuh-tumbuhan (pohon) dalam DAS,

semakin besar aliran dasar sungai

· Penduduk : semakin padat / ramai penduduk yang bermukim dalam DAS, semakin

besar kehilangan air

· Industri : semakin banyak industri yang beroperasi dalam DAS, semakin besar

kehilangan air

2.2. Konstruksi Saluran Air ke Turbin

Kecepatan gerakan turbin, dipengaruhi oleh besar tekanan aliran air yang dialirkan keturbin. Besar tekanan aliran air yang dialirkan tersebut, dipengaruhi debit air yang dialirkan beserta konstruksi dan penempatan saluran air yang mengalirkan air tersebut. Semakin lebar diameter dan semakin tinggi pintu saluran air dibuka, semakin besar debit air yang dialirkan, semakin tinggi tekanan air yang terjadi masuk ke turbin. Selain hal tersebut diatas, rancangan dan peletakan saluran air tersebut, juga mempengaruhi tekanan air yang dialirkan ke turbin. Semakin besar perbedaan sudut antara posisi saluran pintu masuk air dari waduk / dam (Q2) dengan posisi saluran pintu air keluar yang mengalirkan air masuk ke turbin (Q1) pada gambar 1, semakin besar tekanan air yang mengalir masuk ke turbin, dengan demikian perputaran turbin semakin cepat. Semakin cepat perputaran turbin, semakin besar listrik yang terjadi. Bentuk peletakan posisi saluran air yang mengalirkan air ke turbin, dipaparkan pada gambar 1 ⁽⁵⁾.

Gambar 1. Bentuk posisi pintu saluran masuk air dan keluar, dengan Q1 = sudut posisi peletakan

pintu keluar air dengan garis horizontal, Q2 = sudut posisi peletakan pintu saluran air

masuk dari waduk/dam dengan garis horizontal.

Data hasil pengukuran yang ditransmisikan ke pusat kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air tersebut diproces sesuai kebutuhan masing-masing data tersebut. Dari hasil olahan data tersebut, diketahui berapa besar listrik yang dapat dihasilkan dari setiap operasi yang dilakukan, berdasarkan besar debit air yang dialirkan melalui pintu saluran air ke turbin, beserta keputusan apa yang segera diinstruksikan untuk dioperasikan, dalam upaya pengamanan sistem pembangkit listrik tenaga air secara menyeluruh. Block diagram alur data hasil pengukuran dipaparklan pada gambar 2.

P_i1 P_o1

P_in P_on

Gambar 2. Block diagram alur data hasil pengukuran, dengan S_t1 s/d S_tn = stasiun ukur pada DAS,

WD = stasiun ukur pada waduk / dam, P_i1 s/d P_in = pintu-pintu masuk air ke saluran air,

P_o1 s/d P_on = pintu-pintu keluar air dari saluran, T = turbin, L = listrik yang dihasilkan

3. PERANCANGAN SISTEM KONTROL OPERASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA AIR

Pada perancangan sistem kontrol operasi pembangkit listrik tenaga air (PLTA) ini, dititik beratkan pada pengendalian operasi dengan menggunakan perangkat lunak. Hal ini, dilakukan dengan pertimbangan bahwa pada umumnya operasi PLTA, dikendalikan dengan menggunakan instruksi-instruksi yang terdapat dalam program-program yang tersedia pada sistem perangkat lunak (software). Jadi pada rancangan ini, pemakai sistem PLTA dikendalikan dengan menggunakan sistem perangkat lunak yang tersedia dalam pusat pengendalian operasi PLTA.

3.1. Sistem Kunci ( password )

Sistem kunci ( password ) adalah suatu sistem yang digunakan untuk mengklasifikasikan pemakai sesuai dengan wewenang dan tanggung jawab yang diberikan pada pemakai. Pemakai sistem harus mempunyai kunci ( password ) yang telah dirancang dalam sistem perangkat lunak yang ada pada sistem operasi PLTA tersebut. Bila pemakai ingin mengoperasikan sistem PLTA, maka pemakai harus memasukkan kuncinya ( password) yang dimiliki sesuai yang telah diinstal pada sistem perangkat lunak tersebut. Setiap pemakai sistem yang telah memasukkan kuncinya ( password ), maka kunci (password) tersebut akan diperiksa terlebih dahulu dalam file kunci (password) pada sistem perangkat lunak, apakah sesuai dengan yang ada dalam sistem, bila sesuai maka sistem dapat dioperasikan sesuai wewenang dan tanggung jawab yang diberikan padanya, tetapi bila tidak sesuai, maka pemakai tersebut ditolak berarti sistem tidak dapat dioperasikan yang bersangkutan. Bila pemakai tetap mencoba ingin mengoperasikan sistem, namun tetap ditolak, maka pada penolakan yang ke empat, alarm isyarat kewaspadaan akan berbunyi disertai berkedip-kedipnya lampu tanda bahaya ( hal ini terjadi bila sistem dilengkapi perangkat pendukung untuk operasi isyarat tanda bahaya tersebut).

Pada perancangan sistem kunci (password) ini, ada beberapa hal yang harus diperhatikan antara lain :

· Jumlah personil yang mengoperasikan PLTA

· Nama-nama personil yang mengoperasikan PLTA

· Klasifikasi personil yang mengoperasikan PLTA

· List program yang ada dalam sistem perangkat lunak pada sistem operasi PLTA

Pada perancangan ini, ada beberapa tahapan yang dilakukan, antara lain :

· Perancangan klasifikasi personil yang mengoperasikan PLTA

· Pembuatan struktur direktori

· Perancangan file kunci (password) personil yang mengoperasikan PLTA

· Perancangan sistem perizinan personil yang mengoperasikan PLTA

3.2. Perancangan Klasifikasi Pemakai

Perancangan klasifikasi personil yang mengoperasikan sistem operasi PLTA berdasarkan dua nomer yang menentukan tingkat kedudukan dalam sistem perizinan pengoperasian sistem operasi PLTA. Nomer tersebut sebagai dasar penentuan klasifikasi maupun direktori pemakai. Nomer tersebut adalah nomer kelompok yang disimbol dengan g dan nomer anggota yang disimbol dengan m. Kedua nomer ini mempunyai harga 0 sampai 255. Dari kedua nomer ini, pemakai sistem operasi PLTA diklasifikasikan sesuai wewenang dan tanggung jawab yang diberikan. Klasifikasi pemakai tersebut dapat dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu ^{(1) (2)}:

· Pemakai utama (Super use)

Kelompok pemakai ini, merupakan pemakai utama yang tidak dibatasi oleh pembatasan sistem perizinan, berarti kelompok ini dapat mengoperasikan seluruh instruksi yang terdapat dalam sistem perangfkat lunak. Pemakai pada kelompok ini, mempunyai simbol $, dengan nomer kelompok 255 dan nomer anggota 255.

· Ketua kelompok (Group leader)

Kelompok pemakai ketua kelompok (group leader) merupakan ketua kelompok dalam suatu kelompok pemakai yang dibatasi sistem perizinan untuk mengoperasikan instruksi yang ada dalam sistem perangkat lunak. Kelompok ini, hanya dapat mengoperasikan filenya sendiri dan yang satu kelompok dengannya. Jadi tidak dapat mengoperasikan file diluar kelompoknya. Kelompok ini mempunyai nomer kelompok 255 dan nomer anggota 0 sampai 254, dengan simbol #.

· Pemakai biasa (Reguler user)

Kelompok pemakai ini, merupakan pemakai biasa yang mempunyai nomer group 0 sampai 254 dan nomer member 0 sampai 255, dengan simbol %. Pemakai kelompok ini, dibatasi sistem perizinan untuk mengoperasikan sistem operasi PLTA. Pemakai kelompok ini, hanya diizinkan mengoperasikan filenya sendiri sesuai wewengan dan tanggung jawab yang diberikan padanya.

3.3. Pembuatan Struktur Direktori.

Direktori adalah sejenis direktori yang dipelihara sistem operasi. Direktori berisi peta hubungan antara nama dari suatu dokumen dan struktur tingkatannya pada sistem perangkat lunak secara menyeluruh. Pada prinsipnya sistem operasi serentak ( multi user), struktur direktorinya adalah struktur pohon (tree) yang diberi simbol dengan tanda /, yang disebut direktori akar. Direktori ini membawahi beberapa direktori yang terintegrasi dalam sistem perangkat lunak. Rangkaian direktori yang dimulai dari tana /, sampai direktori pemakai yang dituju dinyatakan path name. Path name ini, digunakan sebagai jalur untuk mencari direktori yang dioperasikan. Pembuatan struktur direktori ini, dimaksudkan untuk pembentukan direktori masing-masing pemakai sistem operasi PLTA, guna membedakan (mengklasifikasikan) direktori satu pemakai dengan pemakai lainnya. Pembuatan direktori ini, dilakukan dengan menentukan klasifikasi pemakai yaitu pemakai utama (super user), ketua kelompok (group leader) dan pemakai biasa (reguler user). Dari klasifikasi pemakai tersebut, dibuat struktur hirarkinya dalam bentuk pohon (tree), dengan node-node masing-masing nama pemakai sesuai klasifikasinya. Salah satu contoh bentuk struktur direktori pemakai sistem operasi PLTA, dipaparkan pada gambar 3.

Gambar 3. Salah satu contoh bentuk struktur direktori pemakai sitem operasi PLTA

3.4. Pembuatan File Kunci (Password)

Pada pembuatan kunci (password), sipemakai kunci (password) harus mempunyai direktori sendiri. Untuk penandaan direktorinya, kunci (password) pemakai dimasukkan keatributnya, sesuai dengan nomer kelompok dan nomer anggotanyanya pada kunci (password) yang ditentukan sebelumnya. Langkah-langkah pembuatan file kunci (password) tersebut, sebagai berikut :

· Permintaan direktori pemakai dengan instruksi mkdr / user / nama pemakai ;

· Pemasukan direktori ke atribut pemakai dengan instruksi chattr / user / nama – dir g = g1 m=m1;

· Membuat file kunci ( password) dengan instruksi ed / config / pass ;

· Menyimpan file kunci ( password) dengan instruksi w dan enter.

File kunci (password) tersebut berisi antara lain :

· Nama pemakai

· Kode kunci (password)

· Nomer klasifikasi pemakai

· Kelompok klasifikasi pemakai

Dari gambar 3 diatas, dapat dibuat file kunci (password) pemakai seperti nama yang tertera pada gambar tersebut.

Bin

255. 255

user / super

Tuti

255.0

user / group leader

Tino

255.1

user / group leader

Agus

0.0

user / reguler

Lita

0.1

user / reguler

Lily

1.0

user / reguler

Lina

1.1

user / reguler

3.5. Sistem Perizinan

Sistem perizinan pada sistem kontrol ini, dimaksudkan untuk pembatasan setiap orang dalam mengoperasikan sistem operasi PLTA. Pembatasan ini, diperlukan untuk menjamin bahwa setiap orang yang mengoperasikan sistem operasi PLTA, hanya mengoperasikan operasi sesuai wewenang dan tanggung jawab yang diberikan padanya. Pembatasan ini dilakukan pada file dokumen sesuai dengan sifat perizinan yang diberikan pada sipemakai untuk dioperasikannya.

Sifat-sifat perizinan yang dapat diberikan, antara lain ⁽¹⁾ :

· Baca (Read), disimbol dengan R, menyatakan bahwa pemakai dapat membaca dokumen

· Tulis (Write), disimbol dengan W, menyatakan bahwa pemakai dapat menulis dokumen

· Tambahkan (Append), disimbol dengan A, menyatakan bahwa pemakai dapat menambah dokumen pada file

tanpa mengubah file sebelumnya

· Eksekusi (Execute), disimbol dengan E, menyatakan bahwa pemakai dapat mengeksekusi dokumen

· Modifikasi (Modification), disimbol dengan M, menyatakan bahwa pemakai dapat memodifikasi/merubah/menghapus dokumen baik sifat maupun struktur perizinannya.

3.5.1. Set Perizinan Pemakai

Program-program yang dioperasikan pada sistem operasi PLTA, melakukan berbagai perhitungan-perhitungan, antara lain, perhitungan besar air hujan yang turun ke DAS, besar kehilangan air pada DAS disebabkan berbagai faktor, besar air yang akan masuk mengalir kesungai-sungai pada daerah DAS, besar air yang masuk ke waduk / dam, besar air yang tersedia dalam waduk / dam, besar pembukaan pintu saluran air untuk mengalirkan air keturbin, besar listrik yang terjadi , pengaturan keseimbangan air dalam waduk / dam, bila terjadi banjir atau musim kemarau dan lain-lain. Dalam pengoperasian program inilah, diset perizinan pemakai untuk mengoperasikan sistem operasi PLTA, sesuai wewenang dan tanggung jawab yang diberikan. Set perizinan pemakai dilakukan dengan cara menentukan setiap izin yang diberikan pada file masing-masing pemakai sistem operasi PLTA tersebut, sesuai dengan wewenang dan tanggung jawab yang diberikan. Contoh set perizinan, para pemakai sistem operasi PLTA seperti pada gambar 3, dipaparkan pada tabel 1.

Tabel 1. Set perizinan pemakai sistem operasi PLTA

Blks	X	Log	Grp	Mem	Attr	G-Perm-O		Prog
Blks	X	Log	Grp	Mem	Attr	G	O	Prog
180	1	0000 000A	255	255	R W A E M	R W - - -	R - - - -	Hujandas
150	1	0000 000C	255	255	R W A E M	R W - - -	R - - - -	Hilangair
200	1	0000 000D	255	255	R W A E M	R W - - -	R - - - -	Debitsungai