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

Dr. Ir. Lailis Syafa’ah, MT

NIDN. 0721106301

Dosen Pembimbing II

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.