## SISTEM MONITORING KENDALI MOTOR INDUKSI TIGA FASA DENGAN VARIABLE SPEED DRIVE BERBASIS PLC DAN SCADA
Oleh : Yusnan Badruzzaman
Staff Pengajar Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Soedarto, S.H. Tembalang, Kotak Pos 6199 Semarang 50275

## Abstrak
Pengaturan  kecepatan  motor  induksi  tiga  fasa  dapat  dilakukan  dengan  berbagai  cara  salah  satunya adalah dengan  menggunakan Variable Speed Drive yang berfungsi mengatur frekuensi sumber sehingga mendapatkan kecepatan (rpm) motor yang diinginkan. Komunikasi antara VSD, PLC dan SCADA dengan protokol  MODBUS  adalah  sistem  yang  dibangun  untuk dapat  memonitoring  kinerja  dari  motor  induksi tiga  fasa.  Peralatan  utama  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  inverter  altivar  61  type ATV61HU22N4  dan  PLC  Twido  TWDLMDA20DTK.  Software  yang  digunakan  adalah    TWIDOSUITE V2.30  dan  SCADA  VIJEO  CITECT  v.  7.2  yang  berfungsi  untuk  melakukan  kontrolling  dan  monitoring secara real time melalui hubungan antara PLC TWIDO dan Inverter Altivar 61. Hasil yang didapatkan adalah  motor  induksi  tiga  fasa  dapat  diatur  kecepatannya dengan  alat  Variable Speed Drive  (Inverter) dengan  rentang  pengaturan  yang  sangat  luas  mulai  dari  0  –  50  Hz.  PLC  sebagai  master  kontrol berfungsi  untuk  melakukan  kontrol  secara  langsung  dan  SCADA  berfungsi  sebagai  pengendali  Jarak jauh (remote Controller).
Kata Kunci : Inverter, PLC, SCADA dan Modbus

## 1. Pendahuluan
Penggunaan  motor  induksi  tiga  fasa  untuk aplikasi  di  mesin-mesin  industri  telah banyak  digunakan  pada  dunia  Industri. Motor  induksi  tiga  fasa  Mempunyai konstruksi yang sederhana sehingga mudah dalam perawatannya, bahkan bisa dikatakan tanpa perlu perawatan yang khusus.
Untuk  dapat  mengatur  kecepatan  motor induksi  tiga  fasa  dapat  dilakukan  dengan empat  cara yaitu dengan mengubah jumlah kutup, mengatur tegangan sumber, mengatur frekuensi sumber dan menambahkan  tahanan  luar  (khusus  untuk rotor belitan). Pengaturan dengan mengubah  jumlah  kutup  dapat  dilakukan dengan mengubah konstruksi stator, sedangkan  untuk  menambahkan  tahanan luar  hanya  bisa  dilakukan  pada  motor induksi  rotor belitan. Pengaturan kecepatan motor  induksi  yang  bisa  dilakukan  dengan leluasa  adalah  dengan  mengubah  tegangan dan  frekuensi  sumber.  Alat  yang  sering digunakan  untuk  mengatur  frekuensi    ini biasa  dikenal  dengan  nama  Variable  Speed Drive atau Inverter.
Aplikasi  kontrol  motor  induksi  pada industri  manufaktur  masih  banyak  yang
menggunakan local  controller atau  kontrol ditempat.  Hanya  beberapa  saja  yang  sudah mulai  mengembangkan  remote  controller atau kontrol jarak jauh. Banyak keuntungan yang bisa didapatkan dengan mengembangkan  remote  controller.  Yang paling utama adalah kemudahan user dalam melakukan controlling, monitoring dan data aquisition secara real time.

## 1.1. Motor Induksi Tiga Fasa
Secara umum motor induksi dibagi menjadi dua buah  yaitu motor induksi satu fasa dan motor induksi tiga fasa. Secara prinsip cara kerja  kedua  motor  ini  adalah  sama  yaitu karena  adanya  induksi  yaitu  adanya  medan putar  pada  belitan  utama  (stator)  yang memotong  batang-batang  rotor  sehingga akan timbul induksi  pada rotor. Motor arus bolak-balik (motor AC) adalah suatu mesin yang berfungsi untuk mengubah dari energi lisrik  arus  bolak  balik  menjadi  energi mekanis  atau  energi  gerak  berupa  gerakan putar dari rotor.
Prinsip kerja motor induksi tiga fasa adalah sebagai berikut :
a. Apabila  sumber  tegangan  3  fasa dipasang pada kumparan stator,
timbullah  kecepatan  medan  putar  (N s ),
P f N s 120  .
b. Perputaran  medan  putar  pada  stator tersebut akan memotong batang-batang konduktor pada bagian rotor.
c. Akibatnya,  pada  bagian  rotor  akan timbul tegangan induksi (ggl) sebesar : E 2S =  4,44  f 2 N 2 (untuk  satu  fasa), dimana  E 2S adalah  tegangan  induksi saat rotor berputar.
d. Karena  pada  rotor  timbul  tegangan induksi, dan rotor merupakan rangkaian yang tertutup, sehingga pada rotor akan timbul arus (I) .
e. Adanya  arus (I) didalam  medan magnet,  akan  menimbulkan  gaya (F) pada rotor.
f. Bila  kopel  mula  yang  dihasilkan  oleh gaya (F) pada  rotor  cukup  besar  untuk memikul kopel beban, maka rotor akan berputar  searah  dengan  medan  putar stator.
g. Agar  tegangan  terinduksi  diperlukan adanya  perbedaan  antara  kecepatan medan  putar  stator (ns) dengan
kecepatan berputar rotor (nr) .
h. Perbedaan  kecepatan  antara  nr  dan  ns disebut slip (S) dinyatakan dengan :
% 100 x n n n S s r s  
i. Apabila n r =  n s tegangan  tidak terinduksi dan arus tidak mengalir pada kumparan jangkar rotor, dengan demikian tidak dihasilkan kopel. Kopel motor  akan  ditimbulkan  apabila n r lebih kecil dari n s .
Pengaturan  kecepatan  motor  induksi  tiga fasa  dapat  dilakukan  dengan  4  cara  antara lain adalah :
a. Mengubah jumlah kutup. Hal ini sesuai dengan  persamaan  no.  2.  Dimana putaran  berbanding  terbalik  dengan jumlah  kutup.  Semakin  besar  jumlah kutup  maka  putaran  motor  yang dihasilkan  akan  semakin  kecil.  Begitu juga sebaliknya
b. Mengubah  Frekuensi  sumber.  Hal  ini sesuai dengan persamaan no 2. Dimana putaran berbanding lurus dengan frekuensi. Semakin besar nilai frekuensinya  maka  semakin  besar  pula kecepatan putaran motor yang dihasilkan.
c. Mengubah  Tegangan  sumber.  Untuk dapat mengatur kecepatan motor induksi  tiga  fasa  dengan  variabel tegangan  bisa  dilihat  pada  persamaan torsi motor induksi sebagai berikut :
   Cos I E P T '. . . 3 2 1   Dimana : P = Daya T = Torsi 
= Kecepatan sudut
Dari  rumusan  tersebut  dapat  dilihat  bahwa torsi berbanding lurus dengan tegangan dan arus. Semakin besar tegangan yang diinjeksikan  ke  motor,  maka  torsinya  akan semakin meningkat. Meningkatnya torsi ini sebanding  dengan  peningkatan  kecepatan motor induksi.

## 1.2. Inverter
Inverter  adalah  rangkaian  elektronika  yang berfungsi  untuk  mengubah  arus  tegangan DC  menjadi  tegangan  AC.  Output  suatu inverter  dapat  berupa  tegangan  AC  dengan bentuk  gelombang  sinus  ( sine  wave ), gelombang  kotak  ( square  wave )  dan  sinus modifikasi ( sine wave modified ).

## Gambar Blok Diagram dari cara kerja inverter
Fungsi  Inverter  adalah  untuk  merubah kecepatan  motor  AC  dengan  cara  merubah Frekuensi Outputnya:
. . . . . . . . .
Dimana:
Ns : Kecepatan stator (RPM) F : Frekuensi (Hz)
P : Jumlah kutup
Hubungan  antara  Periode  dan  Frekuensi Getaran
Terdapat 2 rumus, yaitu: . . . . . . . . .
Dengan  mengubah  frekuensi    yang  masuk pada  motor,  maka  kecepatan  motor  akan berubah.  Karena  itu  inverter  biasa  disebut juga Variable Speed Drive .
1.3. PLC (Programmable Logic Controller) Kendali Logika Terprogram
( Programmable  Logic  Controller /  PLC) adalah  suatu  peralatan  elektronik  yang bekerja  secara  digital,  memiliki  memori yang dapat diprogram, menyimpan perintah –  perintah  untuk  melakukan  fungsi  khusus seperti logic,  squencing,  timing,  counting, dan aritmatic untuk  mengontrol  berbagai jenis  mesin  atau  proses  melalui  modul analog atau digital Input/Output.
Fungsi  utama  dari  sebuah  PLC  adalah untuk  memonitor  parameter  proses  rumit dan  melakukan  penyesuaian  operasi  proses yang  sesuai.  Hal  itu  dapat  diprogramkan, dikendalikan  dan  dioperasikan  dengan memperhatikan kondisi dari sistem khususnya  input  device.  Operator  PLC diharapkan dapat menggambarkan alur dari ladder diagram  dengan suatu  papan tombol (input)  ke  suatu  tampilan  (output).  Hasil penggambaran  akan  diubah  jadi  bahasa komputer  dan  dijalankan  sebagai  program user.
PLC  sendiri  memiliki  beberapa  jenis  dan tipe  yang  beredar  di  pasaran.  Diantaranya yaitu  PLC  jenis  small,  medium,  dan  large yang  diproduksi  oleh  Omron,  Toshiba, Siemens,  LG, Fuji Elektrik,  dan Schneider. PLC  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  produk  dari  Schneider  karena konsep  pemrograman  yang  digunakan mudah,  menggunakan  penghubung  RS-485 (Multidrop) yaitu dapat dihubungkan dengan  beberapa  PLC  sekaligus,  kabel serial  menggunakan  USB  yang  kompatibel
dengan  banyak  komputer,  harga  relatif kompetitif dibanding PLC merk lain dengan kualitas  yang  sama  dan  telah  diajarkan  di perkuliahan.  Untuk  PLC  dari  pabrikan Schneider sendiri memiliki beberapa macam  tipe  salah  satunya  yaitu  PLC TWIDO Modular.

## 1.4. Sistem SCADA
SCADA merupakan singkatan dari Supervisory  Control  And  Data  Acquisition yang  mengandung  pengertian  sekumpulan peralatan  yang  bekerja  membentuk  suatu kesatuan dan bekerja bersama – sama  yang saling  berkomunikasi  untuk  menjalankan fungsi pengukuran, kontrol, dan permintaan/  pengiriman  data.  SCADA digunakan  untuk  membantu  mendapatkan sistem pengoperasian yang optimum dengan  kenyataan  yang  ada  dilapangan yang berupa kekurangan maupun kelebihan yang  terdapat  pada  suatu  sistem.  SCADA terdiri  dari  perlengkapan  hardware  dan software.
Fungsi dari Sistem SCADA : a. Telecontrol berfungsi melakukan perintah Remote  Control ( Open  / Close )  terhadap  peralatan  yang  berada dilapangan.
b. Telesignaling berfungsi mengumpulkan  data  status  dan  alarm ( Open,  Close,  power  Supply  fault, indikasi  relay  atau  parameter  lainnya) yang  dianggap  perlu,  yang  dapat membantu  operator  dalam  memonitor peralatan  yang  berada  dilapangan. Dengan  ini  diharapkan  gangguan  pada bagian  tertentu  dapat  dideteksi  lebih cepat  karena  pemantauan  dari  pusat kontrol  dan  diketahui  dalam  waktu yang real time.
c. Telemetering berfungsi mengukur beban  yang  terpasang  pada  alat  ukur tenaga  listrik  (Arus,  Tegangan,  Daya Aktif,  Frekuensi  dll)  dan  semua peralatan  yang  berada  dilapangan. Hasil pemantauan ini, selain digunakan sebagai pencatat  data  pengoperasian alat  juga  dapat  digunakan  dalam
kaitannya  untuk melakukan  Remote
Control.
2. Pengaturan
Kecepatan Motor

## Dengan Protokol Modbus VIA PLC Dan SCADA
Pada  proses  ini  menggunakan  sistem  yang terdiri dari system komunikasi PLC dengan Altivar  dengan  sistem  komunikasi  antara PLC  dengan  PC.  Hubungan  antara  PLC dengan  Altivar  yaitu  dihubungkan  melalui komunikasi modbus serial . Sehingga parameter  kecepatan  dapat  dengan  mudah terbaca  melalui  register  yang  menyimpan kecepatan dari motor.Hubungan antara PLC dengan  PC  (SCADA)  yaitu  melalui komunikasi modbus. Dalam hal ini diperlukan  suatu  modul  komunikasi  yang mendukung komunikasi modbus TCP.
Komunikasi    antara    PLC    dengan    Altivar adalah  komunikasi  modbus  serial  yang dihubungkan  dengan  terminal  RJ45.Pada PLC  dihubungkan  pada  modul  .  Modul tersebut adalah  modul   Ethernet pada PLC. Sehingga dikarenakan terminal pada Altivar adalah  RS-485  maka  diperlukan  suatu modul konverter.
Tabel 3. 1 Serial pin RJ 45 No PLC Nama RJ45
1 A + Terminal 4 2 B - Terminal 5
3 SG GROUND

## Gambar 3. 1 Rangkaian RJ45, PLC Twido, Altivar61
Berikut  ini  adalah  gambar  konfigurasi antara Inverter, PLC dab SCADA.

## Gambar  3.2 Rangkaian RJ45 ke PLC TWIDO
Langkah  –  langkah  membuat  program untuk pengendalian menggunakan modbus : a. Buka program twido suite lalu discribe seperti berikut.
b. Atur macro sesuai  dengan  gambar berikut.
c. Buat ladder sesuai gambar berikut ini.
d. setelah  semua  disetting  dan ladder diagram dibuat.  Langkah  selanjutnya adalah debug PC  dengan  PLC.  Setelah debug berhasil  lalu  buka  menu manage animation table. Untuk menjalankan  kita  bisa  ubah  nilai %MW10  dengan  nilai  “1”,  lalu  isikan juga  value  pada  %MW101  untuk memberi  inputan  frekuensi.  Perhatikan gambar berikut.
e. Pembuatan SCADA
Langkah-langkah pembuatan SCADA adalah sbb :
a. Pembuatan new project
b. Membuat Clutsters
c. Membuat Setup Wizard
d. Membuat Setup Comunication
e. Input Variable Tag
f. Membuat gambar design tampilan pada layar monitor Scada

## 3. Pembahasan
Pada  percobaan  pengoperasian  trainer Altivar  61  ini  menggunakan  Trainer  PLC Twido  dan  Motor  3  fasa asynchronous , dalam  percobaan  ini  kita  mengaplikasikan program  PLC  untuk  beberapa  percobaan yaitu  Start/Stop,  Reverse/Forward.  Pada setiap percobaan akan diatur frekuensi yang berbeda beda dan untuk mengetahui berapa kecepatan  putaran  motor  dan  berapa  lama motor tersebut dihentikan atau di balik arah putarannya.
Tabel  3.2.  Kecepatan  motor  arah  Arah

## Maju
No  Frekuensi  Volt Rpm Arus (Hz) (V) ( A ) 1 5 22 148 1,9 A 2 10 44 297 2,3 A
3 15 62 448 2,5 A 4 20 82 602 2,6 A 5 25 99 751 2,6 A 6 30 119 905 2,7 A 7 35 133 1052  2,7 A 8 40 157 1204  2,7A 9 45 176 1353  2,7A 10 50 194 1500  2,8A

## Grafik perubahan tegangan terhadap
kecepatan arah maju
Tabel    3.3    Kecepatan  motor  arah mundur No  Frek. (Hz) Volt (V) Rpm Arus ( A ) 1 5 22 147 1,9 A 2 10 43 298 2,3 A 3 15 61 449 2,5 A 4 20 81 600 2,6 A 5 25 99 752 2,6 A 6 30 118 900 2,7 A 7 35 132 1050  2,7 A 8 40 156 1203  2,7 A 9 45 175 1355  2,7 A 10 50 194 1500  2,8 A
Grafik perubahan tegangan terhadap kecepatan arah mundur
Dengan  perhitungan  manual  kita  dapat menghitung kecepatan motor listrik dengan rumus sebagai berikut :
Dengan  f  =  5  Hz  dan  p  =  4  maka  n  dapat dihitung  seperti  dibawah  ini  :
Dengan  cara  yang  sama  kita  dapat membandingkan  hasil  pengukuran  dan perhitungan sesuai tabel di bawah ini :

## Tabel 3.4.  Tabel Perbandingan
No Hz Forward ( RPM ) Reverse Data ( RPM ) ( RPM ) 1 5 148 147 150 2 10 297 298 300
3 15 448 449 450
4 20 602 600 600
5 25 751 752 750 6 30 905 900 900
7 35 1052 1050 1050 8 40 1204 1203 1200 9 45 1353 1355 1350 10 50 1500 1500 1500

## Grafik Perbandingan kecepatan motor
Dari  data  yang  diperoleh  dapat  dibuat analisa sebagai berikut:
a. Dari tabel 4.1 dan 4.2, dapat
disimpulkan jika semakin tinggi frekuensi  yang  diberikan  pada  motor AC  3  fasa asynchronous semakin tinggi putaran motor tersebut, sebaliknya  Semakin  kecil  frekuensi yang  diberikan  pada  motor  AC  3  fasa asynchronous semakin  rendah  putaran motor tersebut.
b. Semakin  tinggi  kecepatan  putaran maka akan membutuhkan waktu cukup lama  untuk  melakukan  pembalikan putaran.
c. Pada  tabel  4.3  dapat  dibandingkan penggunaan penghitungan dengan rumus  dan  RPM    kenyataanya  hampir sama.

## 4. KESIMPULAN
Dari  hasil  penelitian  dapat  disumpulkan bahwa :
a. Dengan  Integrasi  antara  PLC,  Altivar 61,  Motor  tiga  fasa  dan  Software SCADA kita dapat mengatur kecepatan motor induksi  tiga fasa  melalui remote controller  dengan  rentang  pengaturan yang luas.
b. Sistem    komunikasi  dengan  protokol Modbus  dapat  menghubungkan  antara PLC  dengan  Inverter  dengan  bantuan kabel RJ 45.
c. Pada  komunikasi  sistem  SCADA terbaca  secara  real  time.  Dalam  hal  ini adalah,  kecepatan  motor,  dan  indikasi on/off  pada  motor.    kecepatan  motor, dan  kondisi  motor  dapat  lebih  cepat diketahui.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdul  Kadir,  Prof. Ir,  Mesin Tak Serempak,  PT  Djabatan  Jakarta, 1981. Eugene  C.  Lister,  Mesin  dan  Rangkaian
Listrik, Erlangga, 1993 Theraja. BL, Electrical Tecnology, India. Muhammad  H  Rashid,  Elektronika  Daya,
Rangkaian, Devais, dan Aplikasinya”,
Edisi Bahasa Indonesia Jilid satu edisi kedua,  PT.  Prenhallindo,  Jakarta. 2006.
Suhendar,    Prgrammable  Logic  Control (PLC). GRAHA ILMU, 2005
[Twido  programmable  controllers  Software Reference  Guide  TWD  USE  10AE eng Version 3.2, schneider Electric.
User's  manual  Altivar  61  ommunication parameters, schneider Electric, 2006
Vijeo  Citect  Installation  and  Configuration Guide  v7.10,  schneider  Electric, Australia, 2009