perancangan kontrol dan monitoring daya peralatan listrik

PERANCANGAN KONTROL DAN MONITORING
DAYA PERALATAN LISTRIK MELALUI JARINGAN
INTERNET MENGGUNAKAN FPGA
SKRIPSI
Oleh :
Ngurah Satriawan
201010130311147
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
LEMBAR PERSETUJUAN
Perancangan Kontrol dan Monitoring Daya Peralatan Listrik
Melalui Jaringan Internet Menggunakan FPGA
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)
Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang
Disusun Oleh:
Ngurah Satriawan
201010130311147
Diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN:0721106301
Ir. Nur Kasan, MT
NIDN:0707106301
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
NAMA
: NGURAH SATRIAWAN
Tempat/Tgl Lahir
: Denpasar, 26 Nopember 1987
NIM
: 201010130311147
FAK./JUR.
: TEKNIK/ELEKTRO
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul
“PERANCANGAN KONTROL DAN MONITORING DAYA
PERALATAN LISTRIK MELALUI JARINGAN INTERNET
MENGGUNAKAN FPGA” beserta seluruh isinya adalah karya saya
sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagian maupun
seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila
kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya
saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka
saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku
Malang, 21 Januari 2015
Yang Membuat Pernyataan
(Ngurah Satriawan)
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT
NIDN. 0721106301
Ir. Nur Kasan, MT
NIDN. 0707106301
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya sehingga
penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan ucapan
terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1.
Bapak Ir. Nur Kasan, MT dan Ibu Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT selaku
pembimbing tugas akhir.
2.
Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
3.
Ibu Ir. Nur Alif Mardiyah, MT Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Malang.
4.
Seluruh dosen Elektro Universitas Muhammadiyah Malang yang mengajari
ilmu dan pengalaman di dunia elektro masa kini
5.
Kedua orang tua yang sabar membimbing saya untuk belajar ilmu elektro di
Malang
6.
Istri saya yang tercinta dan setia menemani saya hingga selesai kuliah
7.
Sahabat teknik elektro angkatan 2010, terkhusus kelas C yang selalu
mewarnai kehidupanku baik suka maupun duka dalam perkuliahan atau
touring mania
8.
Rekan P2KK, PKN, HMJ Elektro, dan KKN
9.
Bapak dan Ibu kost Margo Utomo dalam gg Baru no 6 yang baik dan
ramah, dan juga anak kost dari berbagai era.
10.
Ibu penjual pecel depan warnet jetis dan Bapak penjual lalapan dengan
sambal uleg andalannya, harga dan rasanya menguntungkan mahasiswa
perantauan jauh
11.
Warga Malang yang selalu kurindukan keramahan, kebersihan, toleransi
dan perdamaian, Salam satu jiwa ker !!
KATA PENGANTAR
Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT. Atas limpahan
rahmat dan hidayah-NYA sehingga peneliti dapat menyelesaikan tugas akhir
yang berjudul :
” PERANCANGAN KONTROL DAN MONITORING DAYA
PERALATAN LISTRIK MELALUI JARINGAN INTERNET
MENGGUNAKAN FPGA”
Di dalam tulisan ini disajikan pokok-pokok bahasan yang meliputi pembacaan
besaran tegangan dan arus pada browser serta kendali tegangan, dan penggunaan
FPGA sebagai server. Peneliti menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan
tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan keterbatasan. Oleh karena itu
peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi
berkembangan ilmu pengetahuan kedepan.
Malang, 21 Januari 2015
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL ............................................................................................. i
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................iii
SURAT PERNYATAAN ................................................................................ iv
ABSTRAK ..................................................................................................... v
LEMBAR PERSEMBAHAN .......................................................................... vi
KATA PENGANTAR .................................................................................... vii
DAFTAR ISI .................................................................................................viii
DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................ x
BAB I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ......................................................................... 1
1.3 Tujuan ............................................................................................. 2
1.4 Batasan Masalah ............................................................................ 2
1.5 Metodologi Penelitian .................................................................... 2
BAB II. DASAR TEORI
2.1 Daya ............................................................................................... 4
2.1.1 Daya Aktif(Watt) ....................................................................... 4
2.1.2 Daya Reaktif(VAr) .................................................................... 4
2.1.3 Daya Nyata(VA) ....................................................................... 4
2.2 FPGA .............................................................................................. 5
2.3 IC FPGA Spartan 3E Family .......................................................... 5
2.3.1 Fitur Board Starter Kit Spartan 3E ........................................... 6
2.3.2 Mikrokontroller Microblaze ........................................................ 8
2.3.2.1 Fitur Microblaze ..................................................................... 8
2.4 Xilinx ISE Webpack 14.5 ............................................................. 10
2.5 Sensor Arus .................................................................................. 11
2.6 Optoisolator .................................................................................. 12
2.7 TRIAC .......................................................................................... 12
2.8 HTML(Hyper Text Markup Language) ........................................ 14
2.9 Motor Induksi ............................................................................... 19
2.9.1 Konstruksi Motor Induksi 3 Fasa ............................................ 20
2.9.2 Prinsip Kerja Motor Induksi 3 Fasa ........................................ 21
BAB III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
3.1 Perancangan Hardware ................................................................ 24
3.1.1 Sensor Arus ACS712 .............................................................. 24
3.1.2 Sensor Tegangan ..................................................................... 26
3.1.3 Kendali Tegangan ................................................................... 27
3.1.3.1 Optoisolator .......................................................................... 28
3.1.3.2 TRIAC .................................................................................. 28
3.1.4 FPGA ....................................................................................... 29
3.1.5 Motor Induksi .......................................................................... 30
3.1.5.1 Motor Induksi 3 Fasa ............................................................ 30
3.2 Perancangan Software ................................................................... 30
3.2.1 Perancangan Arsitektur ........................................................... 30
3.2.2 Perancangan Aplikasi .............................................................. 32
BAB IV. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian Hardware ..................................................................... 36
4.1.1 Pengendali Tegangan .............................................................. 36
4.1.2 Sensor Arus ............................................................................. 39
4.1.3 Sensor Tegangan ..................................................................... 40
4.2 Pengujian Software ....................................................................... 41
4.2.1 Arsitektur ................................................................................. 41
4.2.2 Aplikasi .................................................................................. 42
BAB V . PENUTUP
5.1 Kesimpulan ................................................................................... 46
5.2 Saran ............................................................................................. 46
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Diagram blok FPGA Spartan 3E(Xilinx,2006) ............................. 6
Gambar 2.2 Board Starter Kit Spartan 3E(Xilinx,2006) ................................... 8
Gambar 2.3 Diagram blok sistem embedded Mikroblaze prosesor
(Xlinx,2006) ................................................................................... 9
Gambar 2.4 Grafik perbandingan tegangan keluar dengan arus
(Allegro,2006) .............................................................................. 11
Gambar 2.5 Optoisolator(Motorola,1995) ....................................................... 12
Gambar 2.6 Komponen TRIAC(Philips,2001) ................................................ 13
Gambar 2.7 Karakteristik TRIAC(Muhammad Rashid,1999) ........................ 14
Gambar 2.8 Penulisan HTML dengan notepad(Sidik,2000) ........................... 15
Gambar 2.9 Contoh penulisan tag yang benar(Sidik,2000) ............................ 16
Gambar 2.10 Contoh penulisan xttribute(Sidik,2000) .................................... 17
Gambar 2.11 Contoh penulisan element HTML(Sidik,2000) ......................... 17
Gambar 2.12 Contoh penulisan element head(Sidik,2000) ............................. 18
Gambar 2.13 Contoh penulisan element title(Sidik,2000) .............................. 18
Gambar 2.14 Contoh penulisan elemen body(Sidik,2000) ............................. 19
Gambar 2.15 Konstuksi motor induksi 3fasa(Sumanto,2009) ........................ 20
Gambar 2.16 Proses induksi medan putar stator pada rotor
(Sumanto,2009) ......................................................................... 21
Gambar 2.17 Konduktor yang dialiri arus dalam medan magnet
(Sumanto,2009) ......................................................................... 22
Gambar 3.1 Diagram blok peralatan yang dirancang(Xilinx,2006) ............... 23
Gambar 3.2 Rangkaian Kontrol dan Monitoring Daya
(Deddy Andi Susilo,2010) .......................................................... 24
Gambar 3.3 Konfigurasi pin dari IC ACS712
(Allegro Microsystems,2012) ..................................................... 25
Gambar 3.4 Rangkaian sensor arus untuk masukan ADC 3,3 Volt
(Allegro Microsystems,2012) .................................................... 25
Gambar 3.5 Rangkaian sensor tegangan(Deddy Andi Susilo,2010) .............. 26
Gambar 3.6 Rangkaian kendali tegangan 3 fasa
(Deddy Andi Susilo,2010) .......................................................... 28
Gambar 3.7 Port Spartan 3E yang terhubung ke rangkaian luar
(Xilinx,2006) ............................................................................... 29
Gambar 3.8 Menentukan source untuk Microblaze ....................................... 31
Gambar 3.9 Soft core dan ukuran memory yang telah ditentukan
dengan XPS ................................................................................. 31
Gambar 3.10 Tempat generate netlist pada XPS ........................................... 32
Gambar 3.11 Menambah beberapa port pada file UCF .................................. 32
Gambar 3.12 Flowchart Program Fungsi Utama ........................................... 33
Gambar 3.13 Perancangan aplikasi menggunakan software SDK ................. 34
Gambar 4.1 Hasil pengukuran tegangan PWM ketika bernilai 80% .............. 37
Gambar 4.2 Gelombang keluaran dan PWM ketika bernilai 30% pada
oscilloscope .................................................................................. 37
Gambar 4.3 Gelombang keluaran fasa R dan fasa S ketika PWM
bernilai 30% pada oscilloscope .................................................... 38
Gambar 4.4 Gelombang keluaran fasa T dan fasa S ketika PWM
bernilai 30% pada oscilloscope .................................................. 38
Gambar 4.5 Diagram pengujian sensor tegangan ........................................... 40
Gambar 4.6 Hasil generate netlist pada XPS ................................................. 41
Gambar 4.7 Hasil generate programming file pada ISE Project
Navigator...................................................................................... 42
Gambar 4.8 Hasil compile pada Xilinx SDK .................................................. 43
Gambar 4.9 (a) Tampilan download program; (b) Tampilan persiapan
sebelum run .................................................................................. 44
Gambar 4.10 Tampilan web server ................................................................ 45
Gambar 4.11 Hasil terhubungnya client dan server ........................................ 45
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Data hasil pengendali tegangan ...................................................... 38
Tabel 4.2 Data hasil sensor arus ..................................................................... 39
Tabel 4.3 Data hasil sensor tegangan ............................................................. 40
DAFTAR PUSTAKA
Malvino, Albert Paul,
Aproksimasi rangkaian Semikonduktor, Erlangga,
Jakarta, 1994
Maxfield, C. 2004, The Design Warrior’s Guide to FPGAs. USA : Mentor
Graphics Corporation and Xilinx, Inc.
Microsystems, Allegro , 2012, “Datasheet ACS712”, Worcester
Pedroni, Volnei A
(2004), Circuit Design
with
VHDL,
MIT
Press
Cambridge, assachusetts, London, England
Rashid, Muhammad, 1999, Elektronika Daya, Jilid 1, PT. Prenhallindo,
Jakarta
Spartan-IIE LC Development Board User’s Guide version 1.2. (MEMEC
Design, 2004)
Sidik, B., Ir., 2000. ”Dasar Pemrograman Web”, CV Informatika : Bandung
Sumanto,Motor Arus Bolak Balik, Perc ANDI, Yogyakarta
Susilo, Deddy Andi. 2010. 48jam Kupas Tuntas Mikrokontroller MCS51 &
AVR. Yogyakarta:penerbit Andi. ISBN : 979-731-464-7
Xilinx,2006,”Spartan-3E Starter Kit Board User Guide”,San Francisco.