MODEL SISTEM INTERUPSI DAYA OTOMATIS DENGAN MIKROKONTROLER M68HC11 PROPOSAL TUGAS AKHIR OLEH Nama : Endar Suprih W. NIM : L2F 098 610 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2002
HALAMAN PENGESAHAN Proposal Tugas Akhir dengan judul MODEL SISTEM INTERUPSI DAYA OTOMATIS DENGAN MIKROKONTROLER M68HC11 disusun oleh : Nama : ENDAR SUPRIH WIHIDAYAT NIM : L2F 098 610 Telah disetujui dan disahkan oleh Dosen Pembimbing pada Tanggal :. 2002 Hari :... Menyetujui Pembimbing I Pembimbing II Ir. Agung Warsito, DHET Rachmat Arianto, ST NIP. 131 668 485 NIP. 132 163 758 Mengetahui Koordinator Tugas Akhir Achmad Hidayanto, ST, MT NIP. 132 137 933
ABSTRAK Kemajuan teknologi tak terlepas dari perkembangan penggunaan energi. Listrik merupakan energi yang paling mudah dan paling lazim digunakan saat ini. Karena sangat mudah untuk diubah ke bentuk energi lain. Penggunaan listrik sendiri tak terlepas dari instalasi jaringan yang ada, baik dalam skala besar maupun instalasi dalam skala kecil. Skala besar misalnya dalam untuk perusahaan atau untuk produksi dalam suatu pabrik, sedangkan dalam skala kecil misalnya untuk kebutuhan rumah tangga. Penggunaan energi listrik tak terlepas dari faktor keamanan yang ada. Salah satu pengaman yang digunakan adalah circuit breaker. Alat ini berfungsi membatasi arus yang masuk dalam suatu instalasi. Hal tersebut berguna untuk menghindari kelebihan beban penggunaan ataupun apabila terjadi hubungan singkat yang dapat menyebabkan kerusakan / kerugian bila hal tersebut dibiarkan. Yang menjadi permasalahan adalah bila terjadi pemutusan arus kadang timbul kerugian lain, kerugian tersebut diakibatkan matinya sistem yang sedang bekerja. Untuk mencegah dua buah kerugian yang sama-sama besar diperlukan suatu solusi. Solusi yang ditawarkan dalam tugas akhir ini adalah pembatasan penggunaan daya secara otomatis. Jadi sebelum terjadi sistem yang kelebihan beban / arus berlebih, hal tersebut dapat dicegah terlebih dahulu secara otomatis, hasilnya sistem tetap hidup dan bekerja dalam batasan beban yang aman. Alat yang digunakan dalam tugas akhir ini menggunakan M68HC11 sebagai komponen utama yang akan mengolah data yang masuk dan juga mengontrol keluaran yang diumpankan kembali ke jaringan.
PROPOSAL TUGAS AKHIR I. Bidang Ilmu Teknik Elektro Sub Jurusan Kontrol II. Latar Belakang Penggunaan listrik tak mungkin terlepas dari sistem jaringan yang ada. Setiap sistem yang digunakan, baik skala besar maupun skala kecil selalu memperhatikan faktor keamanan. Salah satu pengaman yang digunakan adalah cirucuit breaker yang berguna untuk memutuskan arus listrik yang masuk dalam sistem tersebut. Circuit breaker akan bekerja atau mematikan sistem bila terjadi kelebihan beban yang mengakibatkan berlebihnya arus yang masuk dalam sistem tersebut. Salah satu sebab kelebihan beban adalah terjadi short circuit atau hubung singkat, bila hubung singkat tersebut dibiarkan maka dapat menyebabkan kerugian yang sangat besar, misalnya terjadi kebakaran. Itulah mengapa digunakan circuit breaker. Tapi faktor paling sering yang menyebabkan sistem drop atau mati adalah terjadi beban berlebih atau terlalu banyak peralatan listrik yang digunakan dalam sistem tersebut yang menyebabkan arus yang masuk melebihi ambang batas dari circuit breaker. Yang menjadi permasalahan adalah kerugian yang timbul bila sistem sering mati. Terlebih bila sistem tersebut sedang bekerja. Suatu contoh misalnya dalam instalasi listrik untuk kebutuhan rumah tangga. Dalam sistem tersebut misalnya beban yang sedang digunakan adalah komputer, pompa air, televisi, dan beberapa lampu. Arus masuk yang diijinkan misalnya adalah 4 A. Saat itu arus masuk telah mencapai 3,9 A, dan bila beban bertambah lagi akan menyebabkan drop atau matinya sistem. Akan terjadi kerugian bila penambahan beban misalnya lampu akan menyebabkan sistem mati dan semua peralatan listrik yang ada ikut mati. Hal tersebut dapat dicegah dengan adanya alat yang dapat mencegah kelebihan beban tersebut terjadi. Alat tersebut akan menggunakan suatu
sistem prioritas. Komputer mungkin menjadi prioritas pertama, kemudian televisi, pompa air dan terakhir adalah lampu. Jadi bila televisi, pompa air dan lampu dalam kondisi hidup dan arus yang masuk saat itu adalah 3,9 A. Maka bila kita akan menyalakan komputer, dalam kondisi normal akan menyebabkan drop atau sistem mati, sedangkan bila menggunkan alat tersebut maka sistem prioritas akan bekerja yaitu lampu (prioritas terakhir) akan dimatikan sehingga arus yang masuk berada di bawah ambang batas kemungkinan drop dan komputerpun akan dapat dinyalakan tanpa adanya sistem yang kelebihan beban. III. Tujuan Tujuan pembuatan tugas akhir ini adalah untuk membuat alat yang terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak dengan mikrokontroler M68HC11 sehingga dapat digunakan untuk hal-hal tersebut dibawah ini: 1. Membaca besarnya arus yang masuk dalam sistem, serta besarnya arus yang masuk pada tiap beban yang digunakan dalam sistem tersebut. 2. Membuat sistem prioritas dengan beban masukan yang dapat diperbanyak. 3. Mengatur secara otomatis beban yang dapat dihidupkan dalam sistem tersebut. IV. Pembatasan Masalah Untuk mengatasi permasalah yang mungkin timbul selama pembuatan dan agar permasalahan yang ada tidak terlalu melebar maka diperlukan pembatasan masalah sebagai berikut : 1. Sistem hanya digunakan untuk sistem jaringan 1 fasa 2. Sistem menggunakan mikrokontroller M68HC11 buatan motorolla 3. Menggunakan 3 kelompok beban yang sudah cukup mewakili sistem prioritas
V. Pemecahan Masalah Sistem menggunakan komponen utama mikrokontroler M68HC11 sebagai komponen yang akan mengolah data. Bagian utama yang mungkin akan dibahas dalam hardware ini adalah: Jala-jala Listrik Sensor relay 1 Beban 1 Sensor relay 2 Beban 2 Sensor relay 3 Beban 3 I/O Mikrokontroller Dari diagram blok diatas maka dapat dijelaskan sebagai berikut: Sensor akan mendeteksi besarnya arus yang masuk ke masing-masing beban. Oleh mikrokontroler data yang masuk akan diolah untuk menutup atau membuka dari relay. Kondisi menutup dan membukanya relay sehingga arus dapat masuk ke beban diatus menggunakan sistem prioritas. Sistem prioritas Beban 1 = prioritas 1 : komputer, beberapa lampu Beban 2 = prioritas 2 : air televisi
Beban 3 = prioritas 3 : pompa, Contoh pengkondisian : Untuk sistem jaringan dengan daya 900 VA, 220 V maka arus maksimal (I maks) masuk adalah 4 A. Arus ambang yang diperbolehkan masuk saat itu adalah 3 A Arus beban 1 = 2,5 A Arus beban 2 = 0,5 A Sehingga total arus masuk adalah 3 A (sama dengan batas ambang). Posisi relay adalah beban 1 dan 2 on dan beban 3 relay off. Relay beban 3 takkan on sampai dengan jumlah total arus masuk dibawah arus ambang. Jika kemudian arus beban 2 berkurang sehingga jumlah total arus masuk 2,9 A, maka relay 3 baru dapat on. Penentuan besar arus ambang ditentukan oleh beban terbesar yang digunakan oleh sistem tersebut. Misalnya beban terbesar adalah pompa 250 watt, besar arus ambang adalah I amb = (Imaks 250 / 220) A = 4 1,1 A = 2,9 A Diagram alir untuk sistem prioritas adalah sebgai berikut:
mulai tentukan besar I ambang hidupkan relay 1, cuplik arus beban 1 matikan relay 1 Ya I total >= I amb Tidak hidupkan relay 2, cuplik arus beban 2 matikan relay 2 Ya I total >= I amb Tidak hidupkan relay 3, cuplik arus beban 3 matikan relay 3 Ya I total >= I amb Tidak Gambar 2. Diagram alir sistem prioritas Dari diagram alir diatas diketahui bahwa mikrokontroler akan selalu melakukan pencuplikan. Dan akan mematikan relay dari priritas terakhir sampai teratas bila I total melebihi dari I ambang.
Sensor Jala-jala Current Transformer 1 2 I to V Converter Precission Rectfier 3 4 ADC Mikrokontroller Gambar 3. Sensor arus Untuk membuat agar arus yang masuk kebeban dapat diketahui oleh mikroprosesor maka perlu diolah terlebih dahaulu. Pertama kali arus yang masuk diturunkan terlebih dahulu dengan current transformer. Teg. Jala-jala I1 N1 N2 I2 A Beban Gambar 4. Current transformer Setelah diperoleh arus yang cukup kecil kemudian diubah ke tegangan. Karena pengukuran arus membutuhkan kepresisian yang tinggi tegangan terlebih dahulu dimasukkan ke precissian rectifier. ADC sendiri telah ada secara internal dalam mikrokontroler M68HC11. Baru setelah melewati ADC data baru dapat diolah oleh mikrokontroler.
Mikrokontroller. Setiap mikrokontroller memiliki blok diagram sebagai berikut: Gambar 2. Blok diagram mikrokontroler Setelah diperoleh besaran input CPU akan mengolah data yang berasal dari port I/O dan melakukan beberapa macam intruksi yang diperoleh dari program yang disimpan di memory. Setelah data diolah hasilnya dikirim kembali ke port I/O dan hasilnya akan kita nikmati melalui peralatan output. VI. METODOLOGI Metode Penelitian yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini dibagi dalam tahapan - tahapan sebagai berikut : 1. Tahap pertama, Studi literatur. 2. Tahap kedua, Perancangan program. 3. Tahap ketiga, Pengujian program. 4. Tahap keempat, Penyusunan laporan Tugas Akhir.
VII. JADUAL PELAKSANAAN TUGAS AKHIR Waktu Pelaksanaan No Kegiatan Agts 02 Sept 02 Okt 02 Nov 02 Des 02 Jan 02 1 Perumusan masalah 2 Pengumpulan data dan referensi 3 Mempelajari sistem mikrokontroller M68HC11 4 Analisa, pembuatan perangkat keras dan pemecahan masalah 5 Penyusunan Laporan dan makalah 6 Seminar dan sidang 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
DAFTAR PUSTAKA 1. John C. Skroder, Using the M68HC11 Microcontroller, International Edition, Prentice-Hall International, Inc, U.S of America, 1997. 2. HC11, Refference Manual, Motorola Inc, 1991. 3. M. E. Van Valkenburg Prof, Alih Bahasa, S. H Nasution,Ir. MSc, Analisis Jaringan Listrik, Edisi Ketiga, Penerbit Erlangga, 1994 4. Zuhal, Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya, Gramedia, Jakarta 1993. 5. J. P. M Steeman, Data Sheet Book 2, PT. Elex media Komputindo, Gramedia, Jakarta 1996 6. Hartono Partohasrodjo, Tuntunan Praktis Pemrograman Bahasa Assembly : Menggunakan Turbo Assembler pada BIOS IBM PC, PT Elex Media Komputindo Kelompok Gramedia, Jakarta, 1993. 7. Cooper, William David, Intrumentasi Elektronika dan teknik Pengukuran, Erlangga, Jakarta, 1991. 8. Coughlin, Robert F, Perangkat Operational dan Rangka Terpadu Linier, Erlangga, Jakarta, 1994. 9. Rao, S, Power Transformer and Special Transformers, Khana Publishers, New Delhi, 1996.