RANCANG BANGUN SISTEM MONITORING ARUS DAN TEGANGAN MULTICHANNEL MOTOR INDUKSI TIGA FASA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ATmega8535
Andi Setiawan Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana Kampus Meruya, Jl. Meruya Selatan Kebon Jeruk, Jakarta Barat 11650 Indonesia email :
[email protected] Abstrak Telah dirancang dan direalisasikan sebuah sistem monitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa menggunakan mikrokontroler ATmega8535. Alat tersebut dapat memonitoring arus dan tegangan dari motor induksi tiga fasa dengan jumlah lebih dari satu dalam waktu yang bersamaan. Selain itu, alat tersebut dapat menyimpan data monitoring ke dalam database Microsoft Access. Data yang tersimpan dapat digunakan untuk menganalisisi kinerja operasi dari motor induksi tiga fasa yang dimonitoring. Sistem monitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa menggunakan mikrokontroler ATmega8535 ini menggunakan 6 buah sensor arus tipe CR 9580-10 dengan rasio 10A AC/5V DC dan 2 buah sensor tegangan dengan rasio 400V AC/ 5V DC. Semua output dari sensor langsung dihubungkan ke ADC internal mikrokontroler ATmega8535 pada port PA.0 – PA.7. Data terukur dari semua sensor akan dikirimkan ke komputer dengan komunikasi serial menggunakan protocol RS-232. Borland Delphi 7 merupakan sebuah program aplikasi yang digunakan untuk menampilkan data arus dan tegangan pada komputer. Borland Delphi 7 juga dapat dihubungkan dengan database Microsoft Access untuk menyimpan semua data arus dan tegangan yang ditampilkan. Dari penelitian yang telah dilakukan, diperoleh bahwa Borland Delphi 7 dapat menampilkan nilai arus dan tegangan motor induksi tiga fasa yang dimonitoring. Data ditampilkan secara kontinu dan tersimpan secara otomatis ke database Microsoft Access dengan interval waktu penyimpanan otomatis yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Dari pengujian yang telah dilakukan dengan alat ukur standar digital power meter WT 130 dan multimeter digital fluke 289 diperoleh koefisien korelasi linier sebesar r = 100%. Kata kunci : Monitoring arus dan tegangan, Multichannel, Motor induksi tiga fasa, Mikrokontroler ATmega8535 1. 1.1.
Pendahuluan Latar Belakang Motor induksi tiga fasa merupakan salah satu jenis motor arus bolak-balik yang paling banyak digunakan secara luas di bidang industri, baik industri kecil, menengah maupun besar. Hal ini disebabkan motor induksi memiliki
kelebihan diantaranya torsi start yang besar, konstruksi sederhana dan mudah pengoperasiannya. Dikarenakan sangat pentingnya kedudukan motor tiga fasa dalam bidang industri untuk menunjang proses produksi, maka dalam pengoperasian motor tiga 1
fasa, monitoring arus dan tegangan motor perlu dilakukan secara real time. Hal tersebut diperlukan untuk memantau kinerja motor tersebut. Sehingga gangguan pada motor dapat diketahui lebih dini dan diminimalisir melalui analisis arus dan tegangan motor yang termonitoring. Perkembangan teknologi dibidang semikonduktor telah memberikan sumbangan yang sangat besar bagi perkembangan teknologi mikrokontroler. Salah satu perkembangan dari generasi mikrokontroler yang dibuat oleh Atmel adalah versi keluarga AVR (Alf and Vegard’s Risc processor). Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8 bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar eksekusi dilakukan dalam 1 (satu) siklus clock. Mikrokontroler AVR seri ATmega8535 memiliki beberapa kelebihan, diantaranya memori lebih besar (8 Kb In-system self programmable flash, 512 byte EEPROM, 512 SRAM), harga relatif murah, serta lebih cepat dalam mengeksekusi program.
monitoring dua buah motor induski tiga fasa dalam waktu yang bersamaan. Berdasarkan latar belakang yang ada, maka pada penelitian ini akan dirancang sebuah sistem monitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa menggunakan mikrokontroler ATmega8535. 2. 2.1.
Landasan Teori Motor Induksi Motor induksi terdiri dari dua bagian, yaitu stator atau bagian yang diam dan rotor atau bagian yang berputar, dimana kedua bagian tersebut dipisahkan oleh suatu celah udara (air gap) yang kecil dengan jarak antara 0.4 mm sampai dengan 4 mm tergantung daya output. Bagian stator dihubungkan ke sumber tegangan bolak-balik (AC), sedangkan bagian rotor tidak dihubungkan secara langsung ke sumber tegangan, tetapi memiliki arus yang dihasilkan oleh adanya arus induksi yang ditimbulkan dari arus stator (Zaini, 2013).
Perkembangan teknologi dalam sistem kontrol dan monitoring sekarang ini mengarah pada sistem yang memiliki efisien tinggi serta harga relatif murah. Metode multichannel merupakan salah satu dari perkembangan teknologi tersebut yang dapat meningkatkan efisiensi dan meringankan biaya pengadaan serta perawatan. Dengan menerapkan metode multichannel pada sistem monitoring, jumlah obyek yang termonitoring dapat lebih dari satu.
Gambar 2.1 Motor Induksi (Fakhrizal, 2007) Prinsip kerja motor induksi tiga fasa didasarkan pada hukum Faraday (tegangan induksi akan timbul akibat perubahan induksi magnetic pada suatu lilitan) dan hukum Lorentz (perubahan magnetic akan menimbulkan gaya). Prinsip dasarnya sebagai berikut : 1. Tegangan induksi akan timbul pada setiap konduktor diakibatkan oleh medan magnet yang memotong konduktor (hukum Faraday). 2. Karena konduktor dihubungkan menjadi satu, membuat tegangan induksi menghasilkan arus yang mengalir dari konduktor ke konduktor lain.
Motor Current Signature Analysis (MCSA) merupakan salah satu alat yang dapat memonitoring arus dan tegangan motor induksi tiga fasa yang sering digunakan sekarang ini. Alat tersebut dapat memonitoring arus, tegangan, sudut fasa, daya aktif, daya reaktif, dan bentuk gelombang sinusoidal tegangan dari motor induksi tiga fasa yang dimonitoring. Namun, alat tersebut hanya dapat memonitoring motor induksi tiga fasa satu persatu dan tidak dapat melakukan 2
3. Karena terjadi arus diantara medan magnet maka timbul gaya (hukum Lorentz). 4. Gaya akan selalu menarik konduktor untuk bergerak sepanjang medan magnet (Fakhrizal, 2007).
50 - 400 Hz, insulation class 600 V, response time 250 ms maximal, serta current sensor ini dapat bekerja pada temperature -30 oC sampai 60 oC.
2.2.
Current Transformer Current Transformer (CT) adalah suatu peralatan listrik yang dapat mentransformasikan dari arus yang besar ke arus yang kecil guna pengukuran atau proteksi, current transformer dipergunakan dalam rangkaian arus bolakbalik. Current transformer digunakan pada pengukuran arus yang besarnya ratusan amper yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang hendak diukur mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 ampere, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung. Sedangkan, pada pengukuran arus yang besar harus dilakukan secara tidak langsung dengan menggunakan current transformer (Suryawan, 2012).
Gambar 2.3 Current sensor CR9580-10 (Anonim, 2005) 2.3.
Potential Transformer Potential transformer adalah suatu peralatan listrik yang berfungsi memperkecil besaran tegangan pada sistem tenaga listrik menjadi besaran tegangan untuk sistem pengukuran dan mengisolasi rangkaian sekunder terhadap primer. Potential transformer memiliki angka perbandingan lilitan/tegangan primer dan sekunder yang menunjukkan kelasnya. Klasifikasi potential transformer menurut konstruksinya dapat dibedakan menjadi. Pertama, potential transformer induktif, yang terdiri dari belitan primer dan belitan sekunder, serta tegangan pada belitan primer akan menginduksikannya pada belitan sekunder melalui core. Kedua, potential transformer capasitif, yang terdiri dari rangkaian kondensator yang berfungsi sebagai pembagi tegangan tinggi dari trafo pada tegangan menengah yang menginduksikan tegangan ke belitan sekunder melalui media capasitor (Anonim, 2005).
Gambar 2.2 Current transformer (Wibowo, 2012) Sensor arus CR9580-10 merupakan salah satu current sensor dari seri CR9500 dengan tipe CT splitcore ber-diameter 0.40 inchi. Input dari current sensor CR958010 adalah arus AC 0-10 A dengan output 0-5 VDC. Dengan output berupa tegangan DC, maka output current sensor CR958010 dapat langsung dihubungkan dengan sebuah koneksi analog input dari mikrokontroler tanpa tambahan pengkondisian sinyal. Current sensor ini sering digunakan pada proses kontrol dan peralatan instrumentasi di bidang industri. Spesifikasi dari current sensor CR9580-10 adalah accuracy ± 0.5 %, ripple 1 % max, maximal signal output 12 VDC, frequency
Gambar 2.4 Potential transformer (Anonim, 2005) 2.4.
Mikrokontroler ATmega8535 Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc Prosessor) merupakan salah 3
satu produk mikrokontroler dari Atmel. Mikrokontroler AVR memiliki arsitektur RISC 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1 (satu) siklus clock. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set Computing). Secara umum AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, diantaranya keluarga ATiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATmega, dan AT86RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka bisa dikatakan hampir sama (Wardhana, 2006)
6. 7. 8.
2.5.
Real time counter dengan separate oscillator. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik (Wardhana, 2006).
Borland Delphi 7 Borland Delphi 7 merupakan bahasa pemrograman yang memberikan fasilitas pembuatan aplikasi visual. Keunggulan bahasa pemrograman ini terletak pada produktivitas, kualitas, pengembangan perangkat lunak, kecepatan kompilasi, pola desain yang menarik serta diperkuat dengan pemrogramannya yang terstruktur. Keunggulan lain dari Borland Delphi 7 adalah dapat digunakan untuk merancang program aplikasi yang memiliki tampilan seperti aplikasi program lain yang berbasis Windows. Khusus untuk pemrograman database, Borland Delphi 7 menyediakan fasilitas objek yang kuat dan lengkap yang memudahkan programmer dalam membuat program. Format database yang dimiliki Borland Delphi 7 adalah database Paradox, dBase, Microsoft Access, SyBASE, SQL dan Oracle (Madcoms, 2003). Borland Delphi 7 menggunakan bahasa object Pascal sebagai bahasa dasar. Dengan pendekatan visual, maka dapat diciptakan aplikasi yang canggih tanpa banyak menulis kode. Borland Delphi 7 merupakan bahasa pemrograman yang mempunyai cakupan kemampuan yang luas. Berbagai jenis aplikasi dapat dibuat menggunakan Borland Delphi 7, termasuk aplikasi untuk mengolah teks, grafik, angka, basis data dan aplikasi web. Bahkan Borland Delphi 7 dapat digunakan untuk menggerakkan perangkat keras (hardware). Lingkungan Borland Delphi 7 ditata dalam bentuk yang sangat menarik. Modul ini bertujuan untuk memperkenalkan Integrated Development Environment (IDE) atau Lingkungan Pengembangan Terpadu dari Borland
Gambar 2.5 Pin mikrokontroler ATmega8535 (Anonim, 2003) Spesifikasi dari mikrokontroler ATmega8535 adalah sebagai berikut : 1. Sistem mikroprosesor 8-bit berbasis RISC (Reduced Instruction Set Computing) dengan kecepatan maksimal 16 MHz. 2. Memori flash 8K Bytes, SRAM sebesar 512 Bytes dan EEPROM (Electrically Erasable Programable Read Only Memory) sebesar 512 Bytes. 3. ADC internal dengan resolusi 10-bit sebanyak 8 channel. 4. Dua Timer/Counter 8-bit dengan separate prescalers dan compare modes. 5. Satu Time/Counter 16-bit dengan separate prescalers, compare modes dan capture mode.
4
Delphi 7. Modul ini juga menunjukkan cara untuk mengolah IDE sesuai dengan selera pemrogram. IDE adalah sebuah lingkungan yang berisi tool-tool yang diperlukan untuk desain, menjalankan dan mengetes sebuah aplikasi, disajikan dan terhubung dengan baik sehingga memudahkan pengembangan program. Pada Borland Delphi 7 IDE terdiri dari Main Window, ToolBar, Component Palette, Form Designer, Code Editor, Code Explorer, Object Inspector, dan Object Tree View (Husni, 2004).
dahulu, sebelum dikirim ke komputer menggunakan komunikasi data secara serial. Data dari mikrokontroler ATmega8535 yang diterima komputer tersebut, akan ditampilkan dan diolah menggunakan software Borland Delphi 7. Data hasil pengolahan Borland Delphi 7 dapat disimpan secara otomatis dengan interval waktu yang dapat ditentukan ke database Microsoft Access, di-export ke Microsoft Excel dan dicetak menggunakan printer. 3.2.
Rangkaian Sensor Arus CR 9580-10 dan Sensor Tegangan Sensor arus tipe CR 9580-10 berfungsi mengkonversi besaran arus dengan range 0-10 AC menjadi tegangan 0-5 VDC. Dengan nilai range output tersebut, maka keluaran dari sensor arus CR 9580-10 dapat langsung dihubungkan ke port ADC mikrokontroler ATmega8535 tanpa menggunakan pengkondisian sinyal terlebih dahulu. Rangkaian sensor arus CR 9580-10 ditunjukkan pada gambar 3.2
3. 3.1.
Perancangan Alat Diagram Blok Perancangan Diagram blok dari perancangan alat sistem monitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa menggunakan mikrokontroler ATmega 8535 diperlihatkan gambar 3.1. Catu Daya 5 VDC
Sensor Arus I Sensor Arus II PA 0
Sensor Arus III
Interface Protocol RS-232
PA 1 PA 2
Sensor Tegangan I
PA 3 PA 4
Mikrokontroler Atmega 8535 Komputer
Sensor Arus IV
Printer
PA 5
0-10 AC
PA 6
Sensor Arus V
PA 7
Database Ms Access & Ms Excel
Current Sensor CR9580-10 10A/5VDC
Sensor Arus VI
+
0-5 VDC To ADC Mikrokontroler
Sensor Tegangan II
Gambar 3.1 Diagram blok perancangan alat
Gambar 3.2 Rangkaian sensor arus CR 9580-10
Pada perancangan alat ini, digunakan 3 sensor arus dan 1 sensor tegangan yang dihubungkan langsung dengan port A0 – A3 mikrokontroler ATmega8535, dan digunakan untuk memonitoring motor induksi tiga fasa ke1. Kemudian, 3 sensor arus dan 1 sensor tegangan lagi yang dihubungkan langsung dengan port A4 – A7 mikrokontroler ATmega8535, dan digunakan untuk memonitoring motor induksi tiga fasa ke2. Tegangan analog output dari semua sensor akan dikonversi menjadi sinyal digital oleh ADC internal 10 bit mikrokontroler ATmega8535 terlebih
Sensor tegangan berfungsi mengkonversi besaran tegangan dengan range 0-400 VAC menjadi tegangan 05VDC. Pada sensor ini, digunakan 2 buah transformer. Transformer 1 memiliki ratio tegangan 400VAC/220VAC dan transformer 2 memiliki ratio tegangan 220VAC/6VAC. Prinsip kerja dari sensor ini adalah, tegangan input sensor sebesar 400VAC akan diturunkan menjadi 220VAC oleh transformer 1. Karena output transformer 1 langsung dihubungkan ke input transformer 2 maka, tegangan output 220VAC transformer 1 akan langsung diturunkan kembali menjadi 5
6VAC oleh transformer 2. Dengan menggunakan diode penyearah gelombang penuh, tegangan output transformer 2 diubah menjadi 6VDC, yang kemudian disetting menjadi 5 VDC menggunakan resistor variable sebagai pembagi tegangan. Sebuah kapasitor ditambahkan sebagai filter pada sensor tengangan ini sebelum dihubungkan langsung ke port ADC mikrokontroler ATmega8535. Rangkaian sensor tengangan ditunjukkan pada gambar 3.3.
keluaran ADC akan mewakili tegangan masukkan dari range tersebut. Rangkaian mikrokontroler ATmega8535 ditunjukkan pada gambar 3.4. 1 2 3 4 5 6 7 8 14 15 16 17 18 19 20 21
33pF 33pF
T1
T2
1 1 .0 5 9 2 M H z 1 2
9 12 13
PB0 (XCK/T0) PB1 (T1) PB2 (AIN0/INT2) PB3 (AIN1/OC0) PB4 (SS) PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK)
PA0 (ADC0) PA1 (ADC1) PA2 (ADC2) PA3 (ADC3) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7)
PD0 (RXD) PD1 (TXD) PD2 (INT0) PD3 (INT1) PD4 (OC1B) PD5 (OC1A) PD6 (ICP) PD7 (OC2)
PC0 (SCL) PC1 (SDA) PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 (TOSC1) PC7 (TOSC2)
RESET XTAL2 XTAL1
VCC AVCC AREF GND GND
40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29 5V 10 30 32 31 11
ATmega8535-16PC
1A 5K
400V/220V
220V/6V
Gambar 3.4 Rangkaian mikrokontroler
1000uF/16V
ATmega8535
0-5 VDC To ADC Mikrokontroler
Gambar 3.3 Rangkaian sensor tegangan
3.4.
Rangkaian Komunikasi Serial Mikrokontroler ATmega8535 Interface antara komputer dengan mikrokontroler ATmega8535 menggunkan komunikasi serial. Karena pada komputer telah dilengkapi dengan protocol sistem komunikasi serial UART (Universal Asyncron Transmitte and Receive), maka kedudukan mikrokontroler ATmega8535 dalam komunikasi serial ini adalah sebagai perangkat interface serial komputer. Oleh karena itu, untuk keperluan ini pada port serial mikrokontroler ATmega8535 perlu ditambahkan IC RS-232, sebagai penyesuaian tegangan sebesar 12VDC. Komunikasi data secara serial antara mikrokontroler ATmega8535 dengan komputer dilakukan secara asinkron dengan jumlah data 8 bit, no parity, dan menggunakan boudrate 9600 bps. Untuk mengirim data, pada sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 menggunakan port PD0 (RXD) dan PD1 (TXD) serta konektor DB-9 sebagai penghubung antara mikrokontroler dengan PC. Rangkaian komunikasi serial mikrokontroler ATmega8535 ditunjukkan pada gambar 3.5.
3.3.
Rangkaian Mikrokontroler ATmega8535 Rangkaian mikrokontroler yang dipakai merupakan sistem minimum mikrokontroler ATmega8535. Rangkaian sisitem minimum ini terdiri dari sebuah kristal 11.0592 MHz dan 2 kapasitor non polar 33pF untuk mendukung rangkaian osilator internal mikrokontroler. Tegangan catu daya untuk sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 ini hanya diperbolehkan dalam range 2.7 – 5.5V, jika tegangan melebihi range tersebut, mikrokontroler akan rusak. Pada rangkaian mikrokontroler ATMega8535 ini akan dioptimalkan penggunaa ADC internalnya, karena sensor yang digunakan berjumlah 8 buah yang kemudian dihubungkan ke port A0 - A7. ADC internal 10 bit mikrokontroler ATmega8535 tersebut akan mengkonversi tegangan output sensor arus dan sensor tegangan menjadi diskrit data-data digital 10 bit. Setiap perubahan tegangan input ADC akan sebanding dengan perubahan data digital yang dihasilkan. Range tegangan input ADC yang akan dikonversi berada pada 0 - 5V, sesuai dengan tegangan referensi yang digunakan, yaitu 5 VDC. Data-data digital 6
7 14
GND
R2IN R1IN
R2OUT R1OUT
T2OUT T1OUT
T2IN T1IN
5V 1uF 1uF
16 2
VCC VDD MAX232CPE
C2C2+ C1C1+
1 6 2 7 3 8 4 9 5
D Co n n ecto r 9
8 13 RX TX
VEE
1 2 3 4 5 6 7 8
15 9 12 RXD 10 11 TXD 5 4 3 1
14 15 16 17 18 19 20 21
1uF 1uF
1uF 6
dilakukan, maka mikrokontroler Atmega8535 akan langsung mengkonversi tegangan analog output sensor menjadi data digital yang kemudian disimpan dalam sebuah register. Data hasil konversi ADC akan tetap disimpan hingga ada permintaan kirim data dari komputer. Prosedur pengiriman data hasil konversi ADC mikrokontroler ATmega8535 diawali dengan permintaan dari komputer. Kemudian mikrokontroler ATmega8535 akan melakukan pencocokan permintaan dari komputer dan mengirim data ADC yang diinginkan. Secara keseluruhan urutan pemrograman pada mikrokontroler ATmega8535 ditunjukkan dengan flowchart pada gambar 3.6
33pF 33pF
1 1 .0 5 9 2 M H z 1 2
9 12 13
PB0 (XCK/T0) PB1 (T1) PB2 (AIN0/INT2) PB3 (AIN1/OC0) PB4 (SS) PB5 (MOSI) PB6 (MISO) PB7 (SCK)
PA0 (ADC0) PA1 (ADC1) PA2 (ADC2) PA3 (ADC3) PA4 (ADC4) PA5 (ADC5) PA6 (ADC6) PA7 (ADC7)
PD0 (RXD) PD1 (TXD) PD2 (INT0) PD3 (INT1) PD4 (OC1B) PD5 (OC1A) PD6 (ICP) PD7 (OC2)
PC0 (SCL) PC1 (SDA) PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 (TOSC1) PC7 (TOSC2)
RESET XTAL2 XTAL1
VCC AVCC AREF GND GND
40 39 38 37 36 35 34 33 22 23 24 25 26 27 28 29 5V 10 30 32 31 11
ATmega8535-16PC
Gambar 3.5 Rangkaian komunikasi serial mikrokontroler ATmega8535 3.5.
Pemrograman pada Mikrokontroler ATmega8535 Pemrograman pada sistem minimum mikrokontroler ATMega8535 terbagi menjadi beberapa subroutine program. Pertama kali mikrokontroler ATMega8535 akan melakukan aktivasi inisialisasi stack pointer dan registerregister yang digunakan. Setelah inisialisasi stack pointer, pemrograman mikrokontroler ATmega8535 dilanjutkan dengan setting fungsi port mikrokontroler ATmega8535 dan inisialisasi komunikasi serial. Pada subroutine program setting fungsi port, semua port I/O pada mikrokontroler ATmega8535 difungsikan sebagai masukan. Inisialisasi komunikasi serial dilakukan untuk men-setting register-register yang berhubungan dengan komunikasi serial, serta memberikan nilai baudrate untuk kecepatan komunikasinya. Setelah mejalankan subroutine program inisialisasi stack pointer, setting fungsi port dan inisialisasi komunikasi serial, maka pemrograman mikrokontroler Atmega8535 dilanjutkan dengan inisilisasi ADC. Pada subroutine program ini meliputi beberapa proses, diantaranya penentuan clock, penentuan tegangan referensi, format data output dan mode pembacaan. Register yang perlu di-setting nilainya adalah ADMUX (ADC Multiplexer Slection Register) dan ADCSRA (ADC Control and Status Register A). Setelah proses inisialisasi
Mulai
Inisialisasi stack pointer Inisialisasi port Inisialisasi komunikasi serial Apa ada perintah 10 dan 11 dari PC? Inisialisasi ADC Ambil data, konversi dan simpan data ADC
Tidak
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Arus phase R motor 2
Apa ada perintah 2 dan 3 dari PC?
Tidak Tunda
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Arus phase R motor 1
Apa ada perintah 12 dan 13 dari PC?
Tunda
Tidak
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Arus phase S motor 2
Apa ada perintah 4 dan 5 dari PC?
Tidak Tunda
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Arus phase S motor 1
Apa ada perintah 14 dan 15 dari PC?
Tunda
Tidak
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Arus phase T motor 2
Apa ada perintah 6 dan 7 dari PC?
Tidak Tunda
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Arus phase T motor 1
Apa ada perintah 16 dan 17 dari PC?
Tunda
Tidak
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Tegangan motor 2
Apa ada perintah 8 dan 9 dari PC?
Tidak Tunda
Ya Kirim data ADCL dan ADCH Tegangan motor 1
Ulangi?
Ya
Tidak Tunda Selesai
Gambar 3.6 Flowchart pemrograman mikrokontroler ATmega8535 7
3.6.
Perancangan Software Menggunakan Borland Delphi 7 Pada komputer, untuk dapat menerima data ADC dari mikrokontroler ATmega8535 yang dikirim dengan komunikasi data serial, diperlukan program aplikasi yang dapat membaca data dari serial port tersebut, dan bahasa pemrograman Borland Delphi 7 yang dipilih dalam penelitian ini. Perancangan program aplikasi yang telah dibuat dengan Borland Delphi 7 pada penelitian ini dapat dikelompokkan menjadi : 1. Form password, berisi kolom edit tempat memasukkan password sebagai persyaratan melanjutkan program aplikasi ini, form ini dibuat sebagai langkah pengamanan dari penyalahgunaan program aplikasi ini. Jika password yang dimasukkan salah, akan muncul peringatan dan tidak dapat melanjutkan ke form splash screen.
Gambar 3.8 Form splash screen 3. Form monitoring, berisi tampilan arus fasa R,S,T dan tegangan dari ke-2 motor induksi tiga fasa yang dimonitoring. Data arus juga ditampilkan dalam bentuk grafik sehingga bisa dilihat fluktuasi kenaikan dan penurunannya.
Gambar 3.9 Form monitoring 4. Form database, berisi record data arus fasa R,S,T dan tegangan dari ke-2 motor induksi tiga fasa yang dimonitoring dengan interval waktu recording yang dapat diatur. Form ini juga dilengkapi dengan fasilitas pencarian data berdasarkan tanggal, waktu, arus fasa (R,S,T) dan tegangan. Data pencarian tersebut dapat ditampilkan di Microsoft excel setra dicetak menggunakan printer.
Gambar 3.7 Form password 2. Form splash screen, form yang berisi judul penelitian, nama penulis dan progress bar loading. Form ini dibuat untuk menampilkan judul penelitian dan identitas penulis selama 10 detik sebelum melanjutkan ke form monitoring.
8
4.1.
Pengujian sensor Arus CR 9580-10 Pengujian sensor arus CR 9580-10, dilakukan untuk mengetahui respon tegangan keluaran sensor terhadap perubahan arus di sisi primer yang diinjeksikan. Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan kaki output positif sensor ke kabel positif multimeter digital dan kaki output negatif sensor ke kabel negatif multimeter digital. Arus AC yang di-injeksikan ke sisi primer sensor arus sebesar 1 - 10 amper dengan kenaikan 0.5 amper. Kemudian, tegangan output sensor arus dicatat setiap kenaikan 0.5 amper. Data hasil pengujian tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara arus (A AC) dengan tegangan output sensor arus CR 9580-10 (VDC) yang ditunjukkan pada grafik 4.1.
Gambar 3.10 Form database 4.
Analisa dan Pengujian Alat
Pada BAB ini, akan dibahas tentang hasil pengujian alat yang telah dirancang, dari sisi hardware dan software-nya. Pengujian hardware dan software tersebut meliputi :
Vout Sensor Arus CR 9580-10 (VDC)
1. Pengujian sensor arus CR 9580-10 dan sensor tegangan, pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui bahwa sensor dapat berfungsi dengan baik dengan perubahan output sensor yang mengikuti perubahan inputannya. 2. Pengujian ADC mikrokontroler ATmega8535, pengujian ini dimaksudkan untuk mengetahui respon ADC mikrokontroler ATmega8535 terhadap tegangan input ADC serta resolusi ADC-nya. 3. Pengujian sensor arus CR 9580-10 dan sensor tegangan pada komputer, dilakukan untuk menguji komunikasi serial antara sensor arus dan tegangan dengan komputer. 4. Pengujian sistem keseluruhan, dilakukan untuk mastikan program aplikasi yang telah dibuat menggunakan Borland Delphi 7 dapat berkomunikasi dengan mikrokontroler ATmega8535, menampilkan data, dan mengolah data yang dikirim mikrokontroler ATmega8535 serta menyimpannya di database Microsoftt Access
5 y = 0.489x - 0.031 R² = 1
4 3 2 1 0 0
5
10
Arus Primer (A AC)
Grafik 4.1 Output sensor arus CR 9580-10 Berdasarkan grafik 4.1, diperoleh persamaan garis y = 0.489x – 0.031, dimana x adalah nilai arus yang diinjeksikan di sisi primer sensor arus dan y adalah tegangan output sensor arus CR 9580-10. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa kenaikan tegangan output sensor arus CR 9580-10 mengikuti kenaikan arus yang di-injeksikan di sisi primer sensor arus
9
tyang diberikan, resolusi ADC dan komunikasi serial dengan komputer dapat berjalan dengan baik. Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan rangkaian komunikasi serial mikrokontroler ATmega8535, dengan ditambahkan resistor variable yang dirangkai sebagai pembagi tegangan dan dihubungkan ke PA.0 serta VCC. Selain itu, tegangan referensi ADC yang digunakan adalah sebesar 5 VDC dan dihubungkan ke pin AVCC. Tegangan input ADC diatur oleh resistor variable dengan range 0-5000 mVDC dan bobot biner yang tampil di komputer dicatat sebagai bukti pengujian. Data hasil pengujian tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara tegangan input ADC (mVDC) dengan bobot biner yang ditunjukkan pada grafik 4.3.
Pengujian Sensor Tegangan Pengujian sensor tegangan, dilakukan untuk mengetahui respon tegangan keluaran sensor terhadap perubahan tegangan di sisi primer yang diinjeksikan. Pengujian dilakukan dengan cara menghubungkan kaki output positif sensor ke kabel positif multimeter digital dan kaki output negatif sensor ke kabel negatif multimeter digital. Tegangan AC yang di-injeksikan ke sisi primer sensor tegangan sebesar 100 - 400 VAC dengan kenaikan 10 VAC. Kemudian, tegangan output sensor tegangan dicatat setiap kenaikan 10 VAC. Data hasil pengujian tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara tegangan (VAC) dengan tegangan output sensor tegangan (VDC) yang ditunjukkan pada grafik 4.2.
6000
6 5 4 3 2 1 0
Vin ADC (mVDC)
Vout Sensor Tegangan (VDC)
4.2.
y = 0.014x - 0.702 R² = 0.999
5000 4000 3000
y = 4.962x - 5.481 R² = 1
2000 1000 0
100
200
300
0
400
Tegangan Primer (VAC)
Grafik 4.2 Output sensor tegangan
500
1000
Bobot Biner
1500
Grafik 4.3 Pengujian ADC mikrokontroler ATmega8535
Berdasarkan grafik 4.2, diperoleh persamaan garis y = 0.014x – 0.702, dimana x adalah nilai tegangan AC yang di-injeksikan di sisi primer sensor tegangan dan y adalah tegangan output sensor tegangan. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa kenaikan tegangan output sensor tegangan mengikuti kenaikan tegangan AC yang di-injeksikan di sisi primer sensor tegangan.
Berdasarkan grafik 4.3, diperoleh persamaan garis y = 4.962x – 5.481, dimana x adalah nilai bobot biner yang tampil di komputer dan y adalah tegangan input ADC. Dari grafik tersebut juga dapat diketahui bahwa resolusi ADC yang diperoleh adalah 4.962 mV/bit, hasil yang diperoleh ini mendekati hitungan secara teoritis sebesar 4.88 mV/bit.
4.3.
4.4.
Pengujian Sensor Arus CR 958010 pada Komputer Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui respon perubahan bobot biner yang ditampilkan di komputer terhadap perubahan tegangan output sensor arus CR
Pengujian ADC Mikrokontroler ATmega8535 Pengujian ADC mikrokontroler ATmega8535, dilakukan untuk mengetahui respon ADC internal mikrokontroler terhadap tegangan input 10
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
menggunakan rangkaian pengujian ADC mikrokontroler ATmega8535 dengan input ADC pada PA.0 diganti dengan dihubungkan pada kaki output positif sensor tegangan dan kaki ground sensor tegangan dihubungkan ke kaki ground mikrokontroler ATmega8535. Kemudian, tegangan AC di-injeksikan ke sisi primer sensor tegangan dengan range 100 - 400 VAC dan kenaikan 10 VAC. Bobot biner yang tampil di komputer dicatat setiap kenaikan 10 VAC. Data hasil pengujian tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara tegangan AC yang di-injeksikan di sisi primer sensor tegangan dengan bobot biner yang tampil di komputer dan ditunjukkan pada grafik 4.5.
Tegangan (V)
Arus (A)
9580-10. Pengujian dilakukan dengan menggunakan rangkaian pengujian ADC mikrokontroler ATmega8535 dengan input ADC pada PA.0 diganti dengan dihubungkan pada kaki output positif sensor arus dan kaki ground sensor arus dihubungkan ke kaki ground mikrokontroler ATmega8535. Kemudian, arus AC di-injeksikan ke sisi primer sensor arus dengan range 1 - 10 amper dan kenaikan 0.5 amper. Bobot biner yang tampil di komputer dicatat setiap kenaikan 0.5 amper. Data hasil pengujian tersebut dapat dibuat grafik hubungan antara arus AC yang di-injeksikan di sisi primer sensor arus dengan bobot biner yang tampil di komputer dan ditunjukkan pada grafik 4.4.
y = 0.01x + 0.072 R² = 1
400 350 300 250 200 150 100 50
y = 0.345x + 48.58 R² = 1
1502503504505506507508509501050
90 190 290 390 490 590 690 790 890 990
Bobot Biner
Bobot Biner ADC
Grafik 4.5 Pengujian sensor tegangan pada komputer
Grafik 4.4 Pengujian sensor arus CR 958010 pada computer Berdasarkan grafik 4.4, diperoleh persamaan garis y = 0.01x + 0.072, dimana x adalah nilai bobot biner yang tampil di komputer dan y adalah arus AC yang diinjeksikan di sisi primer sensor arus. Persamaan garis yang diperoleh pada pengujian ini adalah persamaan yang juga akan digunakan di Borland Delphi 7 untuk mengkonversi perubahan nilai bobot biner menjadi arus AC yang terukur sensor arus.
Berdasarkan grafik 4.5, diperoleh persamaan garis y = 0.345x + 48.58, dimana x adalah nilai bobot biner yang tampil di komputer dan y adalah tegangan AC yang di-injeksikan di sisi primer sensor tegangan. Persamaan garis yang diperoleh pada pengujian ini adalah persamaan yang juga akan digunakan di Borland Delphi 7 untuk mengkonversi perubahan nilai bobot biner menjadi tegangan AC yang terukur sensor tegangan.
4.5.
Pengujian Sensor Tegangan pada Komputer Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui respon perubahan bobot biner yang ditampilkan di komputer terhadap perubahan tegangan output sensor tegangan. Pengujian dilakukan dengan
4.6.
Pengujian Sistem Keseluruhan Pengujian sistem keseluruhan dilakukan untuk mengetahui bahwa alat yang dibuat dari sisi hardware dan 11
Arus Sensor CR 9580-10 (A AC)
software dapat berfungsi dengan baik. Keberhasilan alat diukur dengan cara mikrokontroler ATmega8535 dapat mengkonversi perubahan tegangan output sensor menjadi data ADC kemudian mengirimkannya ke komputer dengan komunikasi serial untuk ditampikan di program Borland Delphi 7. Di Borland Delphi 7 data ADC di kalkulasi dengan menggunakan rumus yang diperoleh dari hasil uji sensor arus atau tegangan pada komputer. Kemudian hasil kalkulasi tersebut di tampilkan pada kolom edit dan dalam bentuk grafik di form monitoring. Pada form database data yang ditampilkan akan di-auto saving dengan interval 5 detik ke database Microsoftt Access dan dapat diolah ulang kembali dengan mengeksport ke Microsoftt Excel. Jika dibutuhkan data berupa hardcopy, maka data yang ditampilkan di form database dapat diprint menggunakan printer. Pengujian sistem keseluruhan juga telah dilakukan dengan membandingkan pembacaan arus dan tegangan dari alat yang telah dibuat dengan pembacaan alat ukur standar. Untuk pembacaan nilai arus dari sensor CR 9580-10 dibandingkan dengan pembacaan dari digital power meter WT 130. Sedangkan, untuk pembacaan tegangan oleh sensor tegangan dibandingkan dengan pembacaan multimeter digital fluke 289. Grafik yang menunjukkan data perbandingan pembacaan arus dan tegangan dari alat yang dibuat dengan alat ukur standar ditunjukkan pada grafik 4.6 dan grafik 4.7.
12 10 8 6 4 2 0
y=x R² = 1
0
5
10
15
Arus Digital Power Meter WT 130 (A AC)
Grafik 4.6 Grafik perbandingan pembacaan arus dari sensor CR 9580-10 dengan digital power meter WT 130
Tegangan Sensor Tegangan (VAC)
Berdasarkan grafik 4.6, diperoleh koefisien korelasi linear r = 100%. Hal ini menunjukkan pembacaan arus oleh sensor CR 9580-10 dengan digital power meter WT 130 adalah sama. 400 300 200 y = 1.000x + 0.272 R² = 1
100 0 0
200
400
Tegangan Multimeter Digital Fluke 289
Grafik 4.7 Grafik perbandingan pembacaan tegangan dari sensor tegangan dengan multimeter digital fluke 289 Berdasarkan grafik 4.7, diperoleh koefisien korelasi linear r = 100%. Hal ini menunjukkan pembacaan arus oleh sensor tegangan dengan multimeter digital fluke 289 adalah sama. Pengambilan data telah dilakukan pada tanggal 31 maret 2015, yang bertempat di ruang MCC Boiler unit 5 PLTU Suralaya. Object motor induksi tiga fasa yang diukur arus dan tegangannya adalah motor mill lube oil C1 dan mill lube oil D2. Pengambilan data dimulai pukul 14:04 PM sampai pukul 14:29 PM dan diperoleh data arus dan tegangan sebanyak 260 data. Berikut ini adalah tampilan dari program aplikasi yang telah dibuat saat pengambilan data. 12
melakukan pencarian data yang diinginkan berdasarkan Tanggal, Waktu, Amp1_R, Amp1_S, Amp1_T, Volt1, Amp2_R, Amp2_S, Amp2_T dan Volt2.
Gambar 4.1 Tampilan form monitoring saat pengambilan data Gambar 4.3 Tampilan database Microsoftt Access dengan data ter-record
Pada gambar 4.1 merupakan tampilan dari form monitoring sebelum pengambilan data dimulai. Tampilan grafik dan kolom edit belum menunjukkan data arus dan tegangan motor induksi tiga fasa yang dimonitor. Sebelum pengambilan data dimulai perlu dilakukan penentuan port komunikasi serial yang akan digunakan. Penentuan port serial tersebut dapat dilakukan dengan memilih button setting.
Pada database Microsoft Access data arus dan tegangan motor induksi tiga fasa yang dimonitor di simpan di tabel motor. Interval penyimpanan data pada database ini adalah setiap 5 detik dan dapat diubah sesuai kebutuhan di form database.
Gambar 4.4 Tampilan Microsoft Excel dengan data ter-record Data yang ditampilan pada Microsoft Excel merupakan data yang ter-record di form database. Di Microsoft Excel data dapat diolah kembali dengan menggunakan formula matematis yang disediakan Microsoft Excel guna menunjang analisis data.
Gambar 4.2 Tampilan form database saat pengambilan data Pada gambar 4.2, terlihat data terrecord terdiri dari Tanggal, Waktu, Amp1_R, Amp1_S, Amp1_T, Volt1, Amp2_R, Amp2_S, Amp2_T dan Volt2. Pada form database dilengkapi fasilitas data kontrol yang memudahkan dalam melakukan navigasi pada database dan mengontrol jumlah data yang ter-record. Fasilitas data searching juga disediakan pada form ini yang memudahkan dalam 13
4.
Gambar 4.5 Tampilan print preview data yang ter-record
5.
Dengan disediakannya fasilitas cetak pada form database, maka data yang ter-record dapat dicetak menggunakan printer. Pada gambar 4.5 menunjukkan preview laporan database dari arus dan tegangan motor induksi tiga fasa yang dimonitor dan siap untuk dicetak. 5.
Kesimpulan dan Saran
5.1.
Kesimpulan
6.
Dari penelitian yang telah dilakukan dalam merancang dan merealisasikan alat monitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa menggunakan mikrokontroler ATmega8535, dapat ditarik beberapa kesimpulan, diantaranya : 1. Alat monitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa menggunakan mikrokontroler ATmega8535 telah berhasil direalisasikan dengan pembacaan alat memiliki koefisien korelasi linear sebesar r = 100 % terhadap digital power meter WT 130 untuk pembacaan arus listrik dan multimeter digital fluke 289 untuk pembacaan tegangan listrik. 2. Borland Delphi 7 dapat berkomunikasi secara serial dengan mikrokontroler ATmega8535 dengan menggunakan protokol RS-232 untuk memonitoring arus dan tegangan multichannel motor induksi tiga fasa. 3. Dengan menggunakan komponen ADO pada Borland Delphi 7, data
5.2. 1.
2.
arus dan tegangan yang dimonitoring dapat disimpan dengan baik di Microsoft Access dengan interval auto saving data yang dapat diatur sesuai keinginan. Data yang ter-record meliputi Tanggal, Waktu, Amp1_R, Amp2_S, Amp1_T, Volt1, Amp2_R, Amp2_S, Amp2_T dan Volt2. Dari data pengujian sensor arus CR 9580-10 didapatkan hasil bahwa setiap kenaikan 1 A AC, output sensor arus naik 0.25 VDC. Dari data pengujian sensor tegangan didapatkan hasil bahwa setiap kenaikan 10 VAC, output sensor tegangan naik 0.15 VDC. Dari data pengujian ADC internal mikrokontroler ATmega8535 diperoleh resolusi setiap kenaikan 1 bit sebesar 4.962 mVDC/bit, mendekati perhitungan teoritis sebesar 4.88mVDC/bit. Perbedaan ini diakibatkan tegangan input maksimal uji ADC internal mikrokontroler ATmega8535 tidak murni actual 5.0 VDC. Saran Basis data dapat dikembangkan dengan menggunakan database seperti oracle atau mySQL untuk penyimpanan data dengan kapasitas lebih besar sehingga penyimpanan data dapat dilakukan secara real time. Perlu dikembangkan lagi agar alat dapat menampilkan bentuk gelombang sinusoidal dari tegangan motor induksi tiga fasa yang dimonitoring sehingga dapat diamati pula jika timbul harmonisa tegangan
DAFTAR PUSTAKA [1] Anonim. 2003. Datasheet AVR ATmega8535. San Jose: Atmel Corp. [2] Anonim. 2005. Datasheet Current Sensor CR9500 Series. St. Louis MO : CR Magnetic Inc. [3] Anonim, 2005. Potential Transformer. Jakarta : PT PLN (Persero) P3B. 14
[4] Arifianto, B. 2009. Modul Training Microcontroller For Beginer. http://www. max-tron.com diunduh tanggal 5/3/2015. [5] Fakhrizal R., Sukmadi T., dan Facta M., 2007. Aplikasi Programmable Logic Controller (PLC) pada Pengahasutan dan Proteksi Bintang – Segitiga Motor Induksi Tiga Fasa. Semarang: Jurusan Teknik Elektro UNDIP. [6] Husni. 2004. Pemrograman Database Dengan Delphi. Yogyakarta: Graha Ilmu. [7] Madcoms. 2003. Pemrograman Borland Delphi 7 (Jilid 1). Yogyakarta: Andi. [8] Mangkulo, H, A. 2004. Pemrograman Database Menggunakan Delphi 7.0 Dengan Metode ADO. Jakarta: PT. Elex Media Komputindo. [9] Musa, P. 2009. Cara Menginstall Komponen CportLib di Borland Delphi 7. http://purnawarmanmusa.blogsome.co m diunduh tanggal 21/1/2015. [10] Suryawan D. W., Sudjadi, dan karnoto. 2012. Rancang Bangun Sistem Monitoring Tegangan, Arus dan Temperatur pada Sistem Pencatu Daya Listrik di Teknik Elektro Berbasis Mikrokontroler ATmega128. Semarang: Jurusan Teknik Elektro UNDIP. [11] Tanoto, 2009. Transformer. http://tanotocentre.wordpress.com/200 9/ 06/06/ transformator/ diunduh tanggal 21/1/2015. [12] Wahana, K. 2006. Teknik Antarmuka Mikrokontroller Dengan Komputer Berbasis Delphi. Semarang: Salemba Infotek. [13] Wardhana, L. 2006. Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATmega8535 Simulasi, Hardware, dan Aplikasi. Yogyakarta: Andi. [14] Wibowo O. K., dan Nugroho A. 2012. Pemeliharaan Trafo Arus (CT) Pada Gardu Induk Krapyak 150 KV PT. PLN (PERSERO) P3B Jawa-Bali APP
Semarang. Semarang: Jurusan Teknik Elektro UNDIP. [15] Zaini, Rusdi E. 2013. Monitoring Motor Induksi Tiga Fasa Menggunakan Software Labview Berbasis Webserver. Padang: Jurusan Teknik Universitas Andalas. [16] Zhanggischan, Z. 2004. Prinsip Dasar Elektroteknik. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama.
15
