TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 12, Decembe r   2014, pp. 80 5 1  ~ 805 9   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i12.67 19          8051     Re cei v ed Au gust 19, 20 14 ; Revi sed O c t ober 2 1 , 201 4; Acce pted  No vem ber 5,  2014   Remote Controlling and Monitoring of Induction Motors  through Internet      Abdülk a dir Çak ı r 1 , Ha ka n Çal ı ş 2 , Gök h an Turan * 3   1 Süle yma n  De mirel Un iversit y , F a cult y   of T e chn o lo g y , De partment of Ele c trical an d Elec tronic  Engi neer in g, Isparta, T u rke y , Ph.+ 90-24 6 21 114 84   2 Süle yma n  De mirel Un iversit y , F a cult y   of T e chn o lo g y , De partment of Ele c trical an d Elec tronic  Engi neer in g, Isparta, T u rke y , Ph.+ 90-24 6 21 180 87   3 Mehmet Akif Erso y  U n iv ersit y , Gölh isar Voc a tion al  Sch ool,  Departme n t of Computer T e chno log y , Bur d u r T u rkey , Ph.+ 90 -248 4 1 1 638 2   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : abdu lka d irca kir@sdu.e du.tr 1 , hakancal is@ s du.ed u.tr 2 gokh antur an@ gokh antur an.c o m 3       A b st r a ct   Inductio n  moto rs are used  more co mmo n ly  than  the oth e r  type of elect r ic motors  bec ause of   bei ng  low  cost , robustn ess, a nd r equ irin le ss maint ena nc e (es peci a lly  s quirre l-ca ge ty pes), a nd  ab le  to   w o rk in  hars h  c ond itions.  In th i s  study, thr ee  separ at e si ng le  ph ase d  i n d u cti on  motors  or o ne thr ee- phas e d   ind u ction  moto r is si mult ane ously r e mote  control l ed.  W h en it is r e q u e s ted conti n u o u s ly re mote  da t a   collecti on  of  motor curre nts, voltag es, an d re mote  mo n i torin g  of  motor stat us are  i m pl e m ented. Mor eov er,   runn ing u n d e r or over supp ly  voltage co ndit i ons are  pr eve n ted an d it is only al low ed r unn ing w h e n  the   valu es retur n   to no mina l rat e s. T he  desi g n co nsis ts of  PIC18F 46 20   micr ocontr o ll er  con necte d w i t ethern e t boar d, sensor car d s and co ntrol car d . T he dev e l o p ed softw are an d HT ML lab e ls  bel ong in g to w e b   interface  are  e m b e d ded  in th e microc ontrol l e r. T he seri al e t hernet b oar d c ontai ns  HTML l abe ls in  its buff e r   me mory. T h e  r e mote  pow eri n g of  in ductio n   motors  w a do ne  by th hel of any  d e vice   conn ectin g  to  th e   intern et w i th using a n  IP nu mb er  assig ned to  the seria l  ether net boar d.    Ke y w ords : re mote c ontrol, r e mote mon i tori ng, seria l  ether net boar d, ind u c tion motor, mi crocontro ller     Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  No wad a ys, timer controll e d  system s ha ve  been ea sil y  replaced wi th remote co ntrolled  system s afte r the internet  became  wide spread  [1].  I n  t hese  sy st e m s,  it  is   kn own as an i m po rtant  issue to  get i n formatio n a bout n o t only  the  control,   but al so th con d ition s  of  the ma chin es or  device s  th rou gh  web. In  accordan ce  wit h  this  nee d, there  are  som e  works ab ou t implementat ion   of con d ition  monitori ng of  system  thro ugh inte rn et [2], and d e vel opment  of web-b a sed  re mote  controlling o r   monitori ng practices [3, 4].  Curre n tly, remote acce ssing, controlli ng and mo n i toring are p o ssible throu gh the   internet. It is  observed  that  many  syste m we re  u s e d  for  co ntrolli ng an d m onitoring  processes.  There are  so me su ccessf ul exam ple s  su ch a s  moni toring of indu ction moto r param eters ba sed   on Zi gbee  p r otocol  [5-7], the  cont rol  of  simulatio n  a n d  motio n   cont rol  of ind u ctio n moto rs u s in g a  comp uter [8],  real -time m onitorin g  an d  cont rolling  of indu ction  motor p a ra m e ters [9], cru i se  control of in ductio n  moto rs  usi ng the  tech nique of GSM an d  PWM [10],  monitori ng  the   positio ns  of three - p h a s e i ndu ction mot o rs by me a n s of GSM tech nology [11, 1 2 ], the co ntro l of  motor th rou g h  the eth e rn et with L abVI E W u s ing  PL C [13]. In a d dition to the s e a PL C S c a d a   based fault  d e tection  and   prote c tion  sy stem i s  im pl e m ented i n  ref [14]. In that  study, the  we b - based u s er in terface fo r re mote co ntrol  and m onito rin g  wa s develo ped an d pre s ented onli ne to   use r s.  Differe nt co ntrol te chnolo g ies su ch  as  micro c ontrolle rs, da ta acqui sition  boa rd (DA Q ),  prog ram m abl e logic  co ntro llers  (PL C ) a nd FPGA  (Fi e ld  Prog ram m able  G a te Array) are used  fo monitori ng a nd cont rol of the systems. In mo st of  them, wirele ss com m uni ca tion techniq u e su ch a s  RF,  ZigBee, Bluetooth and GP RS are  widel y preferred fo r remot e  mon i toring pu rp oses.   Applicatio n of  the syste m  i s  po ssible to  wirel e ss g r e e nhou se m onit o ring. An  exa m ple  system  is   develop ed fo r the  re al-tim e mo nitorin g , coll ectin g  of  pa ramete rs  and  rem o te  control  of th gree nho use e n vironm ent [15].  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 12, Decem ber 20 14 :  8051 – 80 59   8052 In this study, micro c ont roll er ba sed re mo te powerin g of three se parate  singl e  phase d   indu ction mot o rs  or o ne th ree - ph ased i ndu cti on mot o r, and  co ntinuou sly moni toring of mot o curre n ts  a nd voltages are   i m pleme n ted. In  this  impl e m ented wo rk,   serial ethe rnet card  u s a g e   provide s  a co st effective so lution by elimi nating the u s age of a se pe rate ho st com puter.       2. Contr o lling and Monitoring of Indu ction Motors  through  the  Interne t   This a ppli c ati on of controlli ng an d monit o ring  th e ind u ction m o tors throug h the i n ternet   with the se ri al ethernet b oard  co nsi s t of two  main  parts;  softwa r e an d hard w are a s  se e n  in   Figure 1. In software, Mi croC p r og ram m ing lang uag e is used for  the se rial eth e rnet b oard a nd  PIC18F4 620 microcontroll er work s a s   a se rver.  The  libra rie s  of p r og rammi ng l angu age fo r t h e   ethern e t and  seri al co mmu nicatio n  we re  used. In  the hard w a r e, Ha ll Effect typed  LA-55P cu rrent  sen s o r s an LV-25P volta ge  sen s o r s a r e u s ed.  With  t hese  sen s o r s, instant  val u es of  the cu rrent  and volta g e  of the  ind u ction  moto rs a r e  sampl ed u s in g th e featu r of anal ogu e/di gital  conve r si on of  the micro c o n t roller.            Figure 1. Con t rolling an d m onitorin g  of the indu ction m o tors  throug h the in ternet with th e seri al ethe rnet board       2.1. Hard w a r e  Des c riptio n of the Per f ormed Sy stem  In this  pa rt, h a rd wa re fo r t he mo nitori ng  and  controlli ng  system  of  indu ction  mo tor  with   the se rial eth e rnet bo ard is de sc ribe d. The de sign ed  system con s ists of se nsor card, relay a nd  conta c tor  ca rd, micro c o n troller an d the seri al ethe rne t  board.     2.1.1. The  Sensor  Card   Hall Effect ty ped  cu rre nt  and voltag sen s o r s are  use d  to  conti nuou sly mo ni tor the   curre n t rating  and  voltage   of the m o tor.  LA-55P  curre n t se nsor an d LV-25P volt age  se nsor a r use d  o n  the  se nsor  ca rd . Open -circui t  diagram   of cu rrent a n d  voltage  se n s ors i s   se en  in    Figure 2.  The redu ce d indu ction  m o tor curre n ts  a r mea s u r ed  with  the s e se nso r s. The re ductio n   value of the sen s o r  is 1 0 00 times  (se e  Equati on 1 ) . As se en in  Figure  3, when this  cu rrent  passe d ove r  R resista n c e whi c h   is about 100 , the voltag e  that falls o n  this re si stance   become s  0,2 4 V (Equation  2).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rem o te Cont rolling a nd M onitorin g  of Inductio n  Motors Throug h Internet (Ab dül kadir Çak ı r)   8053     Figure 2. Ope n -ci r cuit diag ram of current  and voltage  sen s o r     Whe n  this voltage conve r ted to digita l wi th ADC  on the micro c ontrolle r, its value  become s  49  (Equatio n 3).  Even the inductio n  moto r wo rks in m a ximum cu rrent value, a very  little value  occurs be ca use  of the  redu ction rate  in   sensor outp u t. The r efo r e, t he o u tput  sig nal  must  be  amp lified u s ing  a n  am plifier. I n  o r de r to  in cre a se thi s   current  sen s o r  output (0,24V ) to  the level of 5V, we need to  amplify (Equation 4).     .  0 , 0024   2 ,4                                                                                                                   (1)    V = I.R    V = 0,0024 x 100 = 0 ,24V                                                                                  (2)    The mea s u r e d  nume r ical value =  ,  .     =49,1 04    49                                                (3)    X . 0,24V = 5V  X=20,83   21                                                                                                           (4)    The non -inve r ting amplifie r for the cu rr ent se nsors is given in Figure 3. R 1  and R f   resi stan ce  va lues of thi s  n on-in ve rting  a m plifier  are  chosen  as 1 k  an d 2 0 k  according   to the  Equation (4).       Figure 3. Current se nsor a nd non -i nve r ting amplifie r circuit [16]       LV-25P volta ge sen s ors a r e u s ed to  m easure  th e lin e voltage s of the indu ction  motors.  The se nsor d e crea se s the  signal at the  ratio  of 2500:1000. Thi s  value wa s re -adju s ted to the  real value in  the MicroC  software late r.  In Figur e 4, there is the  e l ectro n ic  circuit belongi ng  to   voltage se nsor.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 12, Decem ber 20 14 :  8051 – 80 59   8054     Figure 4. The  circuit of voltage sen s or [1 7]      In this  re se arch, th ree  pie c e s  of  se nso r   cards a r u s ed  to m onit o r th e voltag es  and  curre n ts of t he three  sep a rate  singl pha sed  or o ne three ph ase d  ind u cti on moto r to  get  informatio n a bout whethe r they work in  norm a l co nd itions o r  not  and to remot e  co ntrol of t hem  (se e  Figu re 5 )   2.1.2.  Microcon trol ler and Seria l  Ethernet  Board   PIC18F4 620  typed micro c ontrolle r is  used in th is  wo rk. It has 1 3  chann els featu r ed a s   analo gue  digi tal conve r ter.  Six chan nel s are  used fo r the sen s ors.  The  se rial et hern e t boa rd  is   con n e c ted to  PIC18F 4620  micro c ontroll er th roug h 1 0 - pin s   con n e c tor a s   se en in  Figu re 6.  Th seri al eth e rne t  boa rd  wo rks in 3.3V  or 5 V . It takes 5V  feed f r om  th e conn ecto r’s pin s  n u mbe r  5  and 6 throu gh microcont rolle r ca rd. The ele c tric  terminal s on  the micro c o n trolle r ca rd are   desi gne d for  the co nne ctio n of othe ca rds.    A cryst a l abo ut 8 M H z is  used f o r PIC18F4 6 20  microcontroll er.             Figure 5. Modular  sen s o r   cards  Figure 6. The  conn ectio n  o f  micro c ont rol l er  and the serial  ethernet bo a r dRelay ca rd  and  conta c tor      The relay ca rd  conn ecte d to  the  mi crocontrolle ca rd  is  used to  switch  the  co n t actors.  The indu ction  motors  con n e cted to the contacto we re  stoppe d and  started u s in g  web interfa c e.  Also, relay  card  an cont actor h a ve fu nction  to  prot ect in du ction  motors u nde r or ove r  volta ge  con d ition s . A  whol e system  is see n  in Figure 7.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rem o te Cont rolling a nd M onitorin g  of Inductio n  Motors Throug h Internet (Ab dül kadir Çak ı r)   8055     Figure 7. The  overall pictu r e of the syste m  perfo rmed       2.2. The Softw a r e  o f  the  Performed S y stem    The softwa r e  of the syste m  is develo p ed usi ng Mi croC mi cro c on troller p r o g ra mming  langu age. Th e hex file created  with the develop ed  softwa r e i s  sent to PIC18 F 4620  with t he  PICkit2  p r og rammer. The develop ed so ftware co ntai ns MA C a ddress bel ongi n g  to ENC28 J 60  entegration in  the seri al et hern e t boa rd  and IP  add re ss,  HTML tag s  belo ngin g  to the we b pa ge  whi c h will ap pear  whe n  we con n e c t to  the system  u s ing  web b r o w ser togeth e r with IP address,   data transmi ssi on te ch niq ue a nd th cod e s for cu rre nt an d vol t age valu es.  The  sim p lified  operational fl ow chart of th e softwa r e is  given in Figu re 8.    2.3. The Ope r ation of  the  Performed S y stem    The devel ope d system  wo rks  both on l o cal a r ea  network  and th rou gh internet. System  need s a pe rmanent IP for the se rial et hern e t boa rd.  If the system is wo rked  on the local  area  netwo rk, d e vice a nd the  se rial ethe rnet  board mu st  b e  on the  sam e  network. It is po ssible to  get  acce ss to th e system u s i ng the  IP of the seri al e t hernet b oard. When th e  system works,  verification of  the motor current and voltage valu e s  are displaye d in both we b interface a n d   multimeters i n  parallel (Fig ure 9 ) . Becau s e thr ee  sep a r ate pie c e s  of  sen s o r  card s desi gned, th e   motor current  and voltage  values, status of t he ea ch moto r are  obtained an d three different  singl e-p h a s e d  indu ction  m o tors can  be  controlled.   With the small  cha nge s in  software,  rem o te  monitori ng an d controlling  of one three - pha se ind u cti on motor  can  be don e, too.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 12, Decem ber 20 14 :  8051 – 80 59   8056     Figure 8. The  flow cha r t of the softwa r e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rem o te Cont rolling a nd M onitorin g  of Inductio n  Motors Throug h Internet (Ab d ül kadir Çak ı r)   8057     Figure 9. The  view of the whole sy stem whe n  it is run n ing       The m o tors  u s ed  in thi s  ap plicatio n, an d  t he  develop e d  G U I for the   results an status  of  the system a r e sho w n in Fi gure 1 0  and  11 re spe c tive ly.          Figure 10. Motor Lab els fo r the singl e p hased  ind u cti on motors u s ed in the appl ication           Figure 11. Th e develop ed  GUI for the di splayin g   the value s , status  and control of  the single  pha sed in du ction motors      Motor  cu rre nt and volta ge  values  ca n b e  di splayed  a nd in stantan e o usly b e  mo nitored   usin g Ch art API tools as se en in Figu re 1 2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 12, Decem ber 20 14 :  8051 – 80 59   8058     Figure 12. Monitorin g  the motor value s   in bar g r ap hs      A motor saving rel a y is a dded to the  study to pe rform a p r ote c tion whe n  on e of the   sup p ly pha se s is  missing  for thre e ph a s ed i ndu ction  motor. Th con n e c tion di agra m  for th motor  saving  relay is  see n  in Figu re 1 3 . Label of th e three  pha sed indu ction  motor i s  give n in  Figure 14.             Figure 13. Motor savin g  re lay’s termin ations  Figure 14. Motor label of three p h a s e m o tor  use d  in the a pplication       The u s e r  int e rface devel oped fo r this appli c ation,  and di splayi ng of value s  for the  indu ction mot o r are sh own in Figure 15 a nd Figu re 16  respe c tively.            Figure 15. Th e softwa r e G U I develop ed  for the  three ph ase indu ction mot o Figure 16. Di splayin g  thre e pha se ind u ction  motor current s and voltag e s  in bar g r a p h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rem o te Cont rolling a nd M onitorin g  of Inductio n  Motors Throug h Internet (Ab dül kadir Çak ı r)   8059 3. Conclusio n   In this study , a system of controlling   and monito ring indu ction  motors th ro ugh the  internet with t he se rial eth e rnet bo ard is impl em ente d . This de sig ned sy stem is intern et ba sed   and  ena ble s  t he u s e r  to  co ntrol th em fro m  any whe r and  any d e vice  co nne cted  to the  intern et.  With this  system, simulta neou s re mot e  powerin of three sep a rate  single  pha sed in du ction   motors o r  o n e  thre e-pha sed in ductio n   motor, a nd  continuo us mo nitoring  of th eir  cu rre nts  a n d   voltages d r a w n from  sup p ly were  rea lized. In  this way, remot e  data colle ction ab out the  con d ition s  of indu ction mot o rs  can b e  obtained. It  also prote c ts th e motors in the existen c e s  of  over o r  und e r  voltage  con d itions, an d i t  automaticall y  allows  only  when th e value s  retu rn  to   norm a l rates.  The p e rfo r me d study i s  lo w co st be ca us e it is n o t ba sed on  comput er, an d it is fa st  comp ared to  alternative  system s. The system  ca n b e  cont rolle d any device  conne cted to t he  internet, and i t  can be integ r ated with a n y  device havi ng ethernet in terface.       Ackn o w l e dg ements   The autho rs than ks to Sule yman Demi re l Univer sity for financi a l su pport for b u ild ing test  setup. Proj ect  numbe r:SDU-240 6-YL -1 0.      Referen ces   [1]  Alp U, A y az H,  Karad eniz M,  Dikici  C, Bozm a I.  Remote A ccess via th e Internet Robots . IEEE 17th  Sign al Process i ng a nd C o mmunic a tions A ppl icatio ns Confer ence. T u rke y . 200 9.  [2]  Ba y t ürk M, Çe tin G, Çetin A .   T he App licati on of Inter net  Based Gr een hous e Autom a tion S y ste m   Desig n e d  w i th  Embed de Ser v er.  Journa l of Informatics T e chno log i es . 20 13; 6(2): 55-5 9 .   [3] Delik an l ı  K.  Remote-Acc es s Contro l L a borator y. M. S c T hesis. Su le yma n  Dem i r e l U n ivers i t y ,   Graduate Sc ho ol of Appl ie d a nd Natur a l Sci ences, Isparta,   T u rke y . 20 09.   [4]  Özsoy  Ö, Geni ş  G. PC and  Microcontro ller B a sed Aut o mati on Imple m enta t ion of Asynchr ono us Motor 4th Automati on  S y mp osium. T u rke y 200 7.  [5] Bay ı nd ı r R,  Ş e n  M. A Par a m e ter Mo nitori ng  S y stem  for In ductio n  Motors  Base d o n  Z i g bee  Protoco l ,   Ga z i  U n iv ersity  Journa l of Science . 20 11; 24 (4): 763-7 71.   [6]  Kumar M, S h arma M, Nara y a n R, J o shi  S,  Kumar  S.  Z i gb ee B a se d Par a meter  Monitori ng  an d   Contro lli ng Sy stem for I nduc tion Mac h i n e Confer ence  on  Advanc es i n   Commun i cati o n  an d C ontro l   S y stems. De hr adu n. 201 3.  [7]  Patil RR, D a te  T N , Kushare BE. Z i gBee  B a sed Par a meter s  Monitori ng S ystem for In du ction Motor 201 4 IEEE Students’ C onfer e n ce on El ectric al, El ectron ics and C o mput er Scienc e. India.  2014.   [8]  Abdu lla h M. Si mulati on  and   Contro l of In d u ction  Motor  Operatio ns b y   Using  a  Com p uter.  Al-Ustath  Iraqi Acad e m ic  Journa l . 201 3; 2(205): 21 1-2 22.   [9] Bay ı nd ı r R, Vadi S. Re al-T ime Monitor i n g  and C ontro of the Param e ters of an Ind u ction Mot o r.   Rese arch Jour nal El ektronik a  IR Elektrotech n ika . 20 13; 19( 10): 145- 15 0.  [10]  Joshi PS, Jai n  AM. W i reless Spee d Co ntrol  of  an Inducti on  Motor Using P W T e chniqu e   w i t h  GSM.   Journ a l of Elec trical an d Elect r onics En gin e e r ing . 20 13; 6(2) : 1-5.  [11]  Shaikh NB,  Dhamal SS,  Hadpe SS,  Varade KP. On line Off-Site Condition Mo nitoring of  T h ree Phase  Inductio n  Mot o r b y  Usi ng  GSM  T e chnol og y.  Internati o nal J ourn a l Of Emer gin g  T e chno logy A n d   Advanc ed En gi neer ing . 2 013;  3(4): 693- 69 6.  [12]  Bhaskar V, Ma noh ar T G . GSM Based Moto r Monitori ng a nd Spe ed C o n t rol.  Internatio n a l Jour nal  of   Mecha n ica l  an d Industria l En gin eeri n g . 20 1 1 ; 1(2): 87-92.   [13]  Barsoum NN,  Chin PR. Ethe rnet C ontro l AC Motor via PLC Usin g La b V IEW.  Scientific Researc h   Intelli gent C ont rol an d Auto ma tion . 201 1; 2(4) : 330-33 9.    [1 4 ]   Ve n k a t e s a n  L ,  Ka na ga va ll i   S, Aa rth i  PR , Ya mu na  KS. PL C  Sca d a  Ba se d  Fau l t Ide n t ifi c a t i o n and  Protection for  T h ree Phas e Inducti on  Motor.  T E LKOMNIKA Indo nesi an Jo urn a l of Electrica l   Engi neer in g . 2014; 12( 8): 576 6-57 73.   [15]  Gao L,  Ch eng  M, T ang J.  A W i reless  Gr een ho use M o nitori ng S y ste m  bas ed  on   Solar  Ener g y ,   T E LKOMNIKA Indon esi an Jou r nal of Electric al Eng i ne eri n g .  2013; 1 1 (9): 5 448~ 5 4 5 4 [16]  Lem, Access D a te: 02.09.2 0 1 4 . http:// w w w . l e m.com/docs/p r oducts/la % 20 55-p % 20 e.pdf. 201 4.  [17]  Lem Me asur e m ent. Access  Date: 0 2 .09. 201 4.  http:// w w w . l e m.com/d o cs/prod ucts/lv%20 25-p. pdf.   201 4     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.