http://ejournal.unp.ac.id/index.php/jtev/index
Volume 06  Number 02  2020 ISSN: 2302-3309
Received June 10, 2020; Revised June 19, 2020; Accepted June 20, 2020
Sistem Monitoring dan Kontrol Motor AC 3 Phasa Melalui Inverter dengan Protokol Modbus Menggunakan Visual Basic Berbasis
Atmega 2560
Emillia 1* , Ta’ali 2 , Hastuti 3 123 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Padang *e-mail: emilliakartika04@gmail.com

## Abstrak
Motor induksi tiga phasa merupakan mesin listrik dan tergolong motor AC yang banyak digunakan di dunia industri.  Perkembangan sistem  kontrol di industri tidak akan lepas dari sistem  komunikasi data. Untuk  mengirimkan  data  dari  sensor  ke  kontroler,  untuk  komunikasi  antar  kontroler,  untuk mengirimkan data dari kontroler ke komputer, semua membutuhkan komunikasi data. Salah satu sistem komunikasi  data  yang  banyak  digunakan  pada  sistem  kontrol  di  industri  adalah  modbus  protokol. Bahkan di dunia pendidikan juga banyak penelitian yang mengembangkan sistem kontrol menggunakan komunikasi  modbus.  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,  Arduino  dan  PC  dengan  protokol  MODBUS  adalah  sistem  yang  dibangun  untuk  dapat memonitoring kinerja dari motor induksi tiga fasa.
Kata kunci : Motor Induksi Tiga Phasa , Sistem Monitoring, Atmega2560, Inverter, Visual Basic.

## Abstract
A three-phase induction motor is one of the electric machines and is classified as an AC motor that is widely  used  in  the  industrial  world.  The  development  of  control  systems  in  the  industry  will  not  be separated from the data communication system. To send data from the field (sensor) to the controller, for  communication  between  controllers,  to  send  data  from  the  controller  to  the  computer,  all  require data  communication.  One  of  the  most  widely  used  data  communication  systems  in  industrial  control systems is the Modbus protocol. Even in the world of education there are also many studies that develop control systems using modbus communication. The speed regulation of three phase induction motor can be  done  in  various  ways  one  of  them  is  by  using  Variable  Speed  Drive  which  functions  to  adjust  the frequency  of  the  source  so  as  to  get  the  desired  motor  speed  (rpm).  Communication  between  VSD, Arduino and PC with the MODBUS protocol is a system built to be able to monitor the performance of a three phase induction motor.
Keywords : Three-phase induction motor , Monitoring System, ATMega 2560, Inverter, Visual Basic

## PENDAHULUAN
Pada  zaman  yang  modern  ini  terutama  didunia  industri,  penggunaan  motor  induski  3 phasa  telah  banyak  digunakan.  Motor  induksi  adalah  motor  arus  bolak-balik  (AC)  yang banyak  karena  memiliki  beberapa  kelebihan,  yaitu  kontruksinya  kuat,  perawatannya  mudah, dan harganya murah [1]. Selain kelebihan terdapat kekurangan  yaitu sulitnya mengendalikan kecepatan. Pada motor induksi tiga phasa dapat menggunakan inverter untuk  mengendalikan nilai  frekuensi  dan  tegangan  keluaran.  Hal  tersebut  digunakan  untuk  mengatur  kecepatan putar motor induksi 3 fasa [2]. Fungsi dari sistem monitoring adalah untuk mengetahui kinerja motor  AC  3  phase  sehingga  memudahkan  untuk  melakukan  pengendalian  terhadap  respon yang  dikeluarkan  oleh  motor  tersebut  [3].  Pada  alat  ini  digunakan Power  Supply Switching .
Karena  memiliki  efisiensi  yang  lebih  besar.  Inverter  yang  digunakan  adalah  Schneider ATV12HU22M2 dimana frekuensi berada pada nilai konstan yaitu 50 Hz.

## METODE
Sensor  proximity  induktif  bisa  menjadi  salah  satu  sensor  pengganti  sensor  Photo Innterupter  untuk  mendeteksi  kecepatan  putaran  pada  motor.  sensor's  proximity  induktif bekerja  dengan  prinsip  induktansi  yang  merupakan  keadaan  dimana  terjadi  suatu  fluktuasi arus listrik yang mengalir pada sebuah bahan magnetik menginduksi electromtive force (emf) dari  sebuah  object  /  target  berupa  metal  [4].  Sensor  proximity  indukitf  akan  bekerja berdasarkan  perintah  yang  dibuat  pada  Arduino  Mega  2560.  Program  akan  dirancang  pada software  Intergrated  Development  Environtment (IDE)  sehingga  dapat  mengendalikan seluruh input dan output yang  digunakan  pada  sistem  ini  sesuai  dengan  yang  diinginkan. Kecepatan motor induksi bisa dikontrol menggunakan inverter secara otomatis sesuai dengan yang  diinginkan.  Ada  beberapa  parameter  yang  harus  diisi  melalui  display  inverter  dimana parameter yang akan menentukan kerja [5] .
Sensor  proximity  induktif,  sensor  arus  ACS712,  dan  sensor  suhu  DS18B20  digunakan sebagai  input  dan  output  monitoring  berulang  dari  waktu  ke  waktu  menggunakan software Visual  Basic  yang  menampilkan  nilai  dari  pembacaan  sensor  dan  grafik  kecepatan  putaran motor.  Pada  tampilan  Visual  Basic  tersebut  setiap  pendeteksian  sensor  berupa  nilai  akan terekam.  Sistem  kontrol  yang  digunakan  adalah  PID  Controller  dimana  kontrol  ini  banyak digunakan untuk  menentukan kepresisian suatu  sistem dengan adanya umpan balik/ feedback pada sistem tersebut. Untuk mendapatkan grafik kecepatan putaran motor sesuai dengan yang diinginkan  menggunakan  PID  controller  maka  hal  yang  harus  dilakukan  adalah  dengan mengatur parameter Kp,Ki, dan Kd terlebih dahulu [6].

## A. Perancangan Software

## 1. Blok Diagram
Pada  Tugas  Akhir  ini,  perancangan  dari  sistem  monitoringdan  kontrol  motor ac  3  phase  dengan  protocol  modbus  menggunakan  visual  basic  berbasis  arduino terdiri dari beberapa bagian, yaitu: Rangkaian sensor proximity, sensor arus ACS712, sensor suhu DS18B20, motor induksi tiga phasa, arudino ATMega2560  dan dengan menggunakan software Visual  Basic . Berikut  blok  diagram  keseluruhan  seperti  di bawah ini.
Gambar 1. Blok Diagram Keseluruhan
Berdasarkan  blok  diagram  keseluruhan  sistem  di  atas,  fungsi  dari  masing-masing blok diagram sebagai berikut:
a. Arduino Mega2560 merupakan bagian  yang berfungsi untuk memproses input yang dimasukan  dan  menghasilkan  output  berupa  aktifasi  pada  motor  AC  dengan menggunakan metoda PID.
b. Sensor  Proximity  merupakan  sensor  yang  difungsikan  untuk  mendeteksi  adanya logam.
c. Sensor Suhu DS18B20 berfungsi mendeteksi suhu saat motor AC diaktifkan.
d. Sensor Arus ACS712 berfungsi mendeteksi Arus saat motor AC diaktifkan.
e. PC  ( Personal  Computer) Sebagai  media  input  yang  berfungsi  mengetahui  dan memonitoring kinerja motor AC, yang terdiri dari kecepatan motor AC, suhu motor AC saat aktif dan arus yang terpakai saat motor AC aktif.
f. Motor AC berfungsi sebagai Objek yang akan diuji dalam membaca kecepatan motor dan menerapkan methoda PID.

## 2. Flowchart
Prinsip  kerja  dari  alat  ini  dijelaskan  melalui  suatu  gambar  atau  bagan  yang menunjukkan langkah ataau urutan suatu program. Flowchart untuk sistem pengontrolan kecepatan putaran motor ditunjukkan pada gambar 2 dan 3.

## Gambar 3. Flowchart Sistem Visual Basic
Pada gambar 2 dan 3 diatas merupakan flowchart atau diagram alur cara kerja alat secara  keseluruhan,  Sistem  diawali  dengan  mengaktifkan  alat  dan  aktifasi  alat  akan menghidupkan  motor  AC,  dari  aktifasi  motor  AC  tersebut  akan  mengaktifkan  sistem pembacaan  terhadap  sensor  kecepatan  dari  motor  AC,  dan  dilanjutkan  dengan  proses pembacaan terhadap sensor suhu dan sensor Arus, dari entity input yang terbaca tersebut akan diproses dengan menggunakan methoda PID oleh Arduino Mega2560 dan keluaran dari methoda trersebut  merupakan  aktifasi  terhadap Motor AC.  Dari entity input berupa kecepatan,  suhu  dan  arus  akan  dikirimkan  Arduino  Mega2560  ke  PC,  dari  pengiriman data  tersebut  akan  diproses  oleh  Program  Visual  Basic,  dan  menghasilkan  berupa tampilan pada layar monitor berupa pendeteksian suhu, arus dan kecepatan serta tampilan grafik kecepatan motor AC (RPM). Sistem akan berjalan secara kontiniu sampai kondisi alat  dimatikan  dan  apabila  kondisi  alat  dimatikan  maka  sistem  PID  tidak  jalan  karena methoda PID terdapat pada Arduino Mega2560.

## B. Perancangan Hardware
Perancangan hardware merupkan  hal  yang  sangat  penting  dalam  pembuatan  tugas akhir ini. Karena dengan adanya hardware maka  sistem dapat  diuji  secara nyata  apakah alat  ini  dapat  bekerja  dengan  baik  atau  tidak.  Bentuk hardware yang  dirancang merupakan  box  yang  didalamnya  tedapat  rangkaian  yang  dibuat  untuk  mengendalikan kecepatan motor induksi tiga phasa. Rancangan alat seperti gambar 4.

## C. Perancangan Rangkaian Elektronika Keseluruhan
Perancangan rangkaian elektronika secara  keseluruhan  pada tugas akhir ini  terdapat semua  komponen  yang  digunakan  yaitu,  input  tegangan  kemudian  Arduino  Mega  2560 yang  berfungsi  sebagai  kendali  utama  seluruh  komponen.  Sensor  proximity  induktif, sensor arus ACS712 dan sensor suhu DS18B20 sebagai input yang mendeteksi kecepatan putaran  motor  pada  saat  kondisi  ON.  Software  Visual  Basic  sebagai  output  yang  akan menampilkan  data  dan  grafik  dari  pembacaan  sensor.  Gambar  dibawah  ini  merupakan perancangan rangkaian elektronika keseluruhan.
Gambar 5. Rangkaian Elektronika Keseluruhan

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  bagian  ini  dilakukan  beberapa  pegujian  dan  analisa  pada  seluruh  bagian input dan output .  Pengujian  dan  analisa  sensor  dilakukan  untuk  mengetahui  sensor  yang  digunakan berfungsi dengan baik atau tidak sebagai input sesuai dengan yang diinginkan. Pada pengujian alat ini adalah dimulai dengan  mengoperasikan motor induksi tiga phasa dilanjutkan dengan memonitoring  data  pembacaan  sensor  motor  induksi  tiga  phasa  pada software Visual  Basic, serta dilakukan settingan set point sebagai batas ukur yang akan diproteksi. Gambar 6 berikut ini merupakan bentuk alat keseluruhan.

## A. Peralatan dan Bahan Pengujian
1. Multimeter Merek  : Sanwa
Fungsi : Untuk melihat gelombang output dari rangkaian yang diuji
2. Motor AC
Fungsi : Sebagai beban percobaan
3. Tachometer
Fungsi : Untuk membaca nilai putaran motor
4. Kabel Fungsi : Untuk menghubungkan rangkaian dengan alat yang digunakan.

## B. Pengujian Hardware
1. Pengujian Rangkain Catu Daya
Pada rangkaian catu daya dilakukan pengukuran pada keluaran 12 VDC dan 5 VDC Setelah dilakukan pengujian maka didapatkan :
Tabel 1. Hasil Pengujian Rangkaian Catu Daya 5V dan 12V No Parameter yang diukur Hasil pengukuran 1 Tegangan masukan Power supply Switching 220 VAC 2 Tegangan keluaran Power supply Switching 11,8 VDC 3 Tegangan keluaran Power Supply Stepdown 4.8 V
Analisa :
Berdasarkan  hasil  pengujian  rangkaian  catu  daya,  besar  tegangan  keluaran  IC LM2596  untuk  tegangan  12V  adalah  11,8V.  Idealnya,  besar  tegangan  keluaran  IC LM2596  adalah  12V.  Penyimpanan  tegangan  keluaran  untuk  sumber  12V  adalah sebesar:
% 𝐾𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 = 𝑉 𝑆 −𝑉 𝑇 𝑉 𝑠 × 100%
= 12−11,8
12 × 100%
= 0.16%
Terjadi  penyimpangan  yang  cukup  kecil  yaitu  sebesar  0.16%  penyimpangan tersebut  masih  dalam toleransi.  Karena range output pada  IC  LM2596 adalah 1.2  – 37V.  Sedangkan  besar  tegangan  keluaran  IC  LM2596  untuk  tegangan  5  V    adalah 4.8V. Penyimpangan tegangan keluaran untuk sumber 5V adalah sebesar :
% 𝐾𝑒𝑠𝑎𝑙𝑎ℎ𝑎𝑛 = 𝑉 𝑠 −𝑉 𝑇 𝑉 𝑠 × 100% = 5 − 4.8
5 × 100%  = 0.4%
Penyimpangan  yang terjadi  yaitu sebesar 0.4%. Penyimpangan tersebut  masih dalam toleransi. Dari hasil pengukuran dan pengujian , maka rangkaian power supply untuk keluaran 5V dan 12V dapat bekerja dengan baik.

## 2. Pengujian Rangkaian Sensor Proxymity Induktif.
Pengukuran  dilakukan  terhadap  tegangan  keluaran  sensor  jika  kondisi  sensor mendeteksi  logam,  maka  secara  otomatis  terjadinya  perubahan  tegangan  saat  terdeteteksi logam  dengan  tidak  terdeteksinya  logam.  Hasil  pengukuran  keluaran  sensor  dengan terdeteksi logam dan tidak terdeteksi logam terdapat pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil Pengukuran Sensor  Proximity Induktif Kondisi Tegangan Keterangan Terdeteksi Logam 0.2 – 0.5 Vdc Aktif Tidak Terdeteksi Logam 4.5 – 4.8 Vdc Tidak Aktif

## 3. Pengujian Rangkaian Sensor Arus ACS712.
Pada pengujian rangkaian sensor arus terdapat nilai perubahan arus dengan range 180 - 190 mV/A berdasarkan perubahan tegangan output sensor dengan nilai ideal 185mV/A.
Tabel 3. Data Hasil Pembacaan Sensor Arus No  Arus Yang Terpakai dari beban Beban 1. 2. 3. 0,43 dan 0,57 0,66 dan 0,84
0,51 dan 0,77 1200 1300 1400

## 4. Pengujian Rangkaian Driver Motor AC.
Pengujian rangkaian driver motor ac yaitu jika  kondisi lampu hidup  maka  tegangan yang  keluar  akan  semakin  besar  dan  jika  kondisi  lampu  mati  tegangan  yang  keluar akan semakin kecil.
Tabel 4. Output pada Driver Lampu No. TP 1 (VDC)  TP2 (VAC) Kondisi Motor AC 1 < 1,5 0 OFF 2. > 1,6 220 ON

## 5. Pengujian Pengendali PID
Pengujian ini dilakukan dengan menghidupkan motor AC 3 phase dan memasukkan nilai konstanta Kp, Ki, dan Kd yang berbeda. Setelah itu, dilakukan pengamatan seberapa cepat  motor  AC  cepat  respon  kecepatan  motor  dan  memiliki  nilai  error  yang  sedikit. Kecepatan  Proses  menuju setting  point ditentukan  dari  penginputan  konstanta  Kp,  Kd, dan Ki. Untuk memperoleh hasil sistem yang diinginkan maka masing-masing parameter harus diset terlebih dahulu. Pada tabel 5 merupakan hasil pengujian yang telah dilakukan.
Tabel 5. Data Pengujian PID No. Set Point Kp Ki Kd Setting Konstanta PID 1. 1200 9 0,5 5 Belum Terpenuhi 2. 1200 8 1 4 Sudah Terpenuhi 3. 1300 8 0,10 4 Belum Terpenuhi 4. 1300 7 1 3 Belum Terpenuhi 5. 1400 8 0,10 4 Sudah Terpenuhi 6. 1400 10 1 6 Belum Terpenuhi

## PENUTUP
Berdasarkan  hasil  pengujian  dapat  disimpulkan  bahwa  kecepatan  motor  dapat  diatur sesuai  dengan  yang  diinginkan  dengan  merancang  pengontrolan  motor  tersebut  dengan rangkaian  arduino  yang  telah  di  program,  pada  pengujian  digunakan VSD sebagai penghubung 1 phasa ke 3 phasa. Perubahan kecepatan dan grafik didapatkan sesudah merubah nilai  rpm  dan  set  kp,  ki,  kd  untuk  menghasilkan  grafik  PID  yang  sempurna.  Grafik  akan muncul  pada Visual  Basic sesuai  dengan  pembacaan  kecepatan  putaran  motor  pada  sensor proximity.  Pa da  monitoring dengan  aplika si  Visual  Basic terdapat  sedikit  perbedaan  antara nilai yang terukur dengan alat ukur dan pembacaan sensor. Hal ini dikarenakan resolusi pada sensor-sensor  yang  digunakan  sangat  kecil,  sehingga  pembacaan  arus  dan  suhu  pada  sensor tidak begitu tepat.
Penulis  menyadari  kekurangan  yang  ditemui  dalam  pembuatan  tugas  akhir  ini.  Untuk peneliti selanjutnya diharapkan hasil keluaran dari sensor lebih akurat dengan coba memastikan kedudukan sensor proximity untuk pembacaan kecepatan putaran motor sudah tepat agar grafik yang dihasilkan sesuai dengan keinginan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Evalina,  Noorly,  Zulfikar,  and  A.  Azis,  “Pengaturan  kecepatan  putaran  motor  induksi  3  fasa menggunakan programmable logic controller,” J. Electr. Technol. , vol. 3, no. 2, pp. 73–80, 2018.
[2] Nugroho, Agung, and Emmanuel, “Implementasi sistem kendali variable speed drive pada inverter 3 fasa menggunakan mikrokontroller AT89S52,” Simetris J. Tek. Mesin, Elektro dan Ilmu Komput. , vol. 9, no. 1, pp. 413–424, 2018, doi: 10.24176/simet.v9i1.1988.
[3] Pranata,  Yogi,  Arfianto,  Teguh,  Taryana,  and  Nandang,  “Analisis  unjuk  kerja  motor  induksi  3  fasa menggunakan inverter 3 fasa,” TELKA - Telekomun. Elektron. Komputasi dan Kontrol , vol. 4, no. 2, pp. 91–102, 2018, doi: 10.15575/telka.v4n2.91-102.
[4] Bartoletti et  al. ,  “The  design  of  a  proximity  inductive  sensor,” Meas.  Sci.  Technol. ,  vol.  9,  no.  8,  pp. 1180–1190, 1998, doi: 10.1088/0957-0233/9/8/007.
[5] I.S.,  Rifdian,  Hartono,  and  Hartono,  “Desain  dan  simulasi  motor  induksi  3  fasa  dengan  menggunakan matlab,” J. Penelit. , vol. 4, no. 2, pp. 70–77, 2019, doi: 10.46491/jp.v4e2.298.70-77.
[6] Sariman et  al. , “Perbandingan Pengendali PI, PD dan PID pada pengendalian kecepatan motor induksi tiga  fasa  dengan  memanfaatkan  supervisory  control  and  data  acquisition  (SCADA),” J.  SURYA ENERGY , vol. 3, no. 2, p. 276, 2019, doi: 10.32502/jse.v3i2.1546.

## Biodata Penulis
Emillia  Kartika ,  lahir  di  Jakarta,  5  April  1999. Menyelesaikan  studi  DIV  Teknik  Elektro  Industri pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri Padang.
Dr. Ta’ali, M.T, lahir di Pekalongan, 16 Oktober 1963. Menyelesaikan studi S1 di IKIP Padang tahun 1989. Pendidikan S2 di Institut Tekneologi Bandung tahun 1999. Pendidikan S3 di Universitas Negeri Yogyakarta  tahun  2017  Staf  pengajar  pada jurusan  teknik  elektro  FT  UNP  sejak  tahun  2006  sampai sekarang.
Hastuti, lahir di Tembilahan, 25 Mei 1976. Menyelesaikan studi S1 Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Elektro  Universitas  Andalas.  Memperoleh  gelar  Master  Teknik  di  Sekolah  Teknik  Elektro  dan Informatika  (STEI)  ITB  bidang  Sistem  Kendali.  Staf  pengajar  di  jurusan  Teknik  Elektro  FT-UNP sejak tahun 2008 s.d sekarang.