Tugas 1 : sistem terdistribusi

Aplikasi Terdistribusi Berbasis Wonderware InTouch
Pada Sistem Keamanan Perumahan
SCADA
Sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ialah sistem yang dapat
melakukan pengawasan, pengendalian dan akuisisi data terhadap sebuah plant.
Secara umum, SCADA terdiri dari bagian – bagian berikut :
1.Sensor dan aktuator (Field Devices)
2.Remote Terminal Unit / PLC
3.Sistem Komunikasi
4.Master Terminal Unit
Keempat komponen di atas dapat ditampilkan dalam Gambar 1 sebagai berikut:
Gambar 1. Bagan sistem SCADA sederhana
Berikut ini penjelasan dari masing – masing bagian
1. Sensor dan aktuator (field device)
Bagian ini adalah plant di lapangan yang terdiri dari obyek yang memiliki berbagai
sensor dan aktuator. Nilai sensor dan aktuator inilah yang umumnya diawasi dan
dikendalikan supaya obyek/plant berjalan sesuai dengan keinginan pengguna.
2. PLC
PLC merupakan pengendali dari plant (fiekd device). Alat ini berperan sebagai
“otak” dari sistem. Beberapa kelebihan PLC dibanding pengendali lain :
Solusi yang ekonomis
Serbaguna dan fleksibel
Mudah dalam perancangan dan instalasi
Lebih reliable
Kontrol yang canggih
Berukuran kecil secara fisik
Troubleshooting dan diagnosa lebih mudah
3. Sistem Komunikasi
Sistem komunikasi diperlukan untuk menghubungkan antara field device, PLC, dan
Master Terminal Unit. Berikut ini beberapa sistem komunikasi yang dipakai dalam sistem
SCADA :
RS 232
rivate Network (LAN/RS-485)
Communication
PLC
Switched Telephone Network
Leased lines
Internet
Wireless Communication systems
- Wireless LAN
_ GSM Network
_ Radio modems
4. MTU – SCADA Software
Master Terminal Unit umumnya ialah komputer yang memiliki SCADA software.
Fitur – fitur kunci yang harus ada pada suatu SCADA Software ialah :
Human Machine Interface
* Tampilan yang memudahkan manusia (operator) untuk memahami atau
mengendalikan mesin (sistem, plant).
Graphic Displays
* Tampilan grafis, bukan hanya angka, untuk mempermudah pengamatan.
Alarms
* Alarm untuk memberi warning saat sistem dalam kondisi abnormal.
Trends
* Trend ialah grafik garis yang menggambarkan kondisi/status suatu
device
RTU / PLC Interface
* Bagian program yang menghubungkan PLC dengan SCADA software.
Scalability / Expandability
* Program dapat diperluas tanpa mengganggu program lama yang sudah
ada.
Access to data
* Program memiliki akses pada data tertentu yang diinginkan
Database
* Penyimpanan data ke dalam database
Networking
* Program ini dapat berjalan dalam suatu jaringan, baik pada LAN maupun
internet
Fault tolerance and redundancy
* Program memiliki toleransi tertentu terhadap kesalahan yang terjadi.
SCADA system juga harus bersifat redundant, dimana saat MTU utama
down akan digantikan oleh MTU cadangan.
Client/Server distributed processing
* Pemrosesan data bersifat distributed, dimana Server maupun Client
memiliki bagian pemrosesan tersendiri
Dalam sistem SCADA yang cukup kompleks, sangat mungkin terbentuk suatu jaringan
PLC, ataupun jaringan PC yang berfungsi untuk mengawasi proses secara bersama –
sama seperti gambar yang diajukan oleh Wondware InTouch di bawah. Pada penelitian
ini akan lebih difokuskan penggunaan multiple HMI pada suatu sistem.
Gambar 2. Jaringan PLC dan jaringan PC dalam sistem SCADA
WONDERWARE IN TOUCH
Aplikasi SCADA yang digunakan dalam penyusunan sistem ini adalah Wonderware
InTouch, perangkat lunak untuk membangun human-machine interface (HMI) applications
untuk sistem operasi Microsoft Windows 2000 dan Windows XP. InTouch merupakan
komponen dari Wonderware Factory Suite dan telah digunakan secara luas dalam
berbagai aplikasi termasuk food processing, semiconductors, oil and gas, automotive,
chemical, pharmaceutical, pulp and paper, transportation dan utilities.
InTouch terdiri dari tiga komponen utama, yaitu : InTouch Application Manager,
WindowMaker dan WindowViewer. InTouch Application Manager berfungsi untuk
mengorganisasi aplikasi yang dibuat. Komponen ini juga berfungsi untuk mengkonfigurasi
WindowViewer sebagai NT service, mengkonfigurasi Network Application Development
(NAD) untuk client-based dan server-based architectures, mengkonfigurasi Dynamic
Resolution Conversion (DRC) dan/atau mendistribusi alarm. Lebih lanjut, DBDump dan
DBLoad database utilities juga dijalankan dari Application Manager ini.
Komponen berikutnya, WindowMaker, adalah development environment. Dalam hal ini
object-oriented graphics digunakan untuk menciptakan animasi serta touch-sensitive
display windows. Tampilan windows ini dapat dihubungkan dengan I/O system dari
perangkat industri dan aplikasi berbasis Microsoft Windows lainnya.
Komponen ketiga, WindowViewer, merupakan runtime environment yang digunakan
untuk menampilkan grafik windows yang telah dibuat di WindowMaker. WindowViewer
mengoperasikan InTouch QuickScripts, menampilkan historical data logging dan
reporting, memproses alarm logging dan reporting dan dapat berfungsi sebagai client dan
server untuk DDE ataupun SuiteLink communication protocols.
InTouch merupakan suatu paket yang dapat dikonfigurasi dengan berbagai cara,
tergantung pada kebutuhan aplikasinya. Variasi arsitektur yang dapat dilakukan pada oleh
InTouch adalah : stand-alone application, client-based architecture, server-based
architecture dan network application development. Dalam penyusunan sistem ini,
arsitektur jaringan yang diterapkan adalah network application development.
Network Application Development atau NAD adalah suatu arsitektur yang mengkombinasikan
Client-based arsitektur dan server-based arsitektur. NAD melakukan
notifikasi secara automatis apabila aplikasi berubah dan secara otomatis
mendistribusikan aplikasi yang baru ke tiap View node.
Must have a
Special Card
PLC PLC PLC PLC PLC
Modbus +
DH +
Profibus
TCP/IP
InTouch InTouch InTouch InTouch
Di dalam NAD arsitektur, seperti diperlihatkan pada Gambar 3, mastercopy dari aplikasi
tersusun di dalam central network location. Tiap View node me-load network application
tersebut seperti pada server-based arsitektur. Tetapi bukannya menjalankan aplikasi dari
server, aplikasi tersebut di-copy dan kemudian dijalankan dari user defined location. Hal
ini sama seperti keuntungan dari client-based redundancy atau sistem backup (tidak
ketergantungan terhadap server).
Gambar 3. Network Application Development
Sumber : Wonderware® FactorySuite™ InTouch™ User’s Guide. USA : Invensys System Inc.,
Revised March 2004, p.221.
Keuntungan dari penggunaan arsitektur ini adalah :
1.. Hanya satu aplikasi yang di-maintain.
2. View nodes secara otomatis diperingatkan ketika terjadi perubahan pada aplikasi.
3. Tiap View node melakukan action apabila application update.
4. Tidak ada pembatasan dalam membangun aplikasi.
Di sisi lain, arsitektur ini juga memiliki beberapa kelemahan, antara lain :
1. Ketika mendistribusikan aplikasi yang cukup besar dan kompleks sampai
melibatkan beberapa node, perlambatan system response akan terjadi karena
update sedang berlangsung.
2. Fleksibilitas yang terbatas untuk perbedaan application yang sedang berjalan
pada node yang berbeda.
3. Transfer application mungkin menjadi problem pada slow network atau yang
menggunakan komunikasi serial.
DESAIN SISTEM
Sistem yang dibuat merupakan penerapan SCADA sistem Distributed Application pada
Wonderware InTouch 9.0 yang mampu memonitor dan mengendalikan perangkatperangkat
pada sebuah miniatur kompleks perumahan dengan menggunakan jaringan
komputer dan PLC OMRON CPM1. Network Architecture yang digunakan adalah
Network Application Development (NAD). Gambar 4 memperlihatkan blok diagram sistem
yang dibangun.
Gambar 4. Blok diagram sistem
Plant sistem keamanan pada miniatur kompleks perumahan ini mempunyai input output
PLC yang meliputi switch push button pada setiap rumah, stepper motor, inductive
proximity sensor sebagai sensor gate masuk dan gate keluar, buzzer sebagai alarm, dan
LED yang digunakan sebagai representasi lampu jalan. Gambar 5 memperlihatkan blok
diagram keseluruhan sistem.
Gambar 5. Blok diagram keseluruhan sistem
Koneksi komputer menuju PLC OMRON CPM1 menggunakan komunikasi serial. Namun
karena RS 232 tidak dapat di-paralel ke beberapa device, maka digunakan RS 485 agar
PC dapat terhubung ke beberapa device secara paralel. Oleh sebab itu, dibutuhkan suatu
converter dari RS 232 ke RS 485 agar PC dapat berkomunikasi dengan beberapa device
secara paralel.
Pada kondisi normal, gate dapat dibuka dan ditutup secara leluasa menggunakan Human
Machine Interface (HMI) dari PC. Jika salah satu penghuni rumah menekan tombol
emergency (tanda bahaya), maka alarm yang berada di pos keamanan berbunyi,
kemudian gate pintu keluar dan masuk secara otomatis tertutup dan di layar komputer
akan menunjukkan rumah mana yang membutuhkan bantuan agar petugas keamanan
dengan mudah memberikan pertolongan. Gate dapat dibuka melalui PC atau dengan
saklar jika keadaan sudah terkendali. Lebih lanjut, saat malam hari lampu jalan dapat
menyala otomatis ketika jam menunjukkan pukul 18.00 dan akan mati otomatis pada
pukul 06.00. Gambar 6 memperlihatkan plant komplek perumahan yang digunakan dalam
sistem ini.
Gambar 6. Plant komplek perumahan
Sumber : Lao, Edison. Pembuatan Man Machine Interface Pada Jaringan PLC Omron CPM1
Untuk Sistem Keamanan Miniatur Kompleks Perumahan. Tugas Akhir NO:02010837/ELK/2007.
Surabaya: Universitas Kristen Petra, 2007, p.29
RS 232 to RS 485
RS 232 to RS 485
PLC
PLC
4 Tombol emergency
1 saklar lampu jalan 2 saklar 4 Tombol emergency on / off gate
1 saklar lampu jalan 2 saklar on / off gate
Gate
Gate
buzzer
PC dengan HMI
(Wonderware)
laptop dengan HMI
(Wonderware)
PC dengan HMI
(Wonderware)
Jaringan komputer yang digunakan adalah suatu jaringan server-client yang berskala
Local Area Network (LAN) dengan menggunakan sebuah switch. Server ini sebagai
penyedia layanan database, aplikasi, dan pengakses menuju PLC.
Gambar 7. Konfigurasi jaringan komputer
Gambar 7 menunjukkan konfigurasi jaringan komputer yang digunakan. Semua aplikasi
dan data-data yang dibutuhkan berada di dalam server, komputer client beroperasi
dengan mengakses data-data tersebut beserta aplikasi. Untuk dapat beroperasi, pada
komputer client diinstal program Wonderware InTouch 9.0 yang digunakan untuk
menjalankan aplikasi tersebut.
Program yang digunakan untuk mengendalikan dan memonitori plant adalah Wonderware
InTouch 9.0. Program ini tidak hanya untuk tampilan Human Machine Interface
melainkan digunakan juga untuk penerapan SCADA menggunakan sistem Distributed
Application. Dalam HMI Wonderware InTouch pada sistem SCADA, untuk
menginisialisasi input dan output dari PLC digunakan suatu tagname. Tagname-tagname
tersebut digunakan sebagai media yang mendukung untuk mengambil dan mengirim data
dari dan ke PLC, membuat animasi grafis untuk menggambar proses yang terjadi,
perhitungan dan media kontrol untuk mengendalikan PLC. Flowchart dari sistem untuk
penggunaan sistem secara automatis menggunakan HMI diperlihatkan oleh Gambar 8.
Gambar 8. Flowchart Sistem menggunakan HMI
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada bab ini akan dijelaskan pengujian yang telah dilakukan terhadap sistem yang
meliputi pengujian hardware dan pengujian software. Pengujian hardware meliputi
pengujian dari awal hingga sistem siap untuk digunakan. Sedangkan pengujian software
meliputi pengujian awal, jalan kerja sistem, dan akhir hingga keseluruhan sistem dapat
bekerja dengan baik. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah sistem ini telah
bekerja dengan baik sesuai dengan diagram yang telah dibuat. Selain itu, pengujian ini
berguna agar kesalahan atau error yang terjadi dapat diminimalkan.
Pengujian ini dilakukan menggunakan dua buah PC, satu laptop, dua buah PLC CPM1-
20CDR-A, satu buah miniatur kompleks perumahan sederhana (terdapat 8 rumah
sederhana yang di dalam tiap rumah terdapat sebuah limit swicth, 6 lampu, 1(satu) buah
saklar lampu jalan, 4 (empat) buah saklar gate, 2 (dua) buah motor stepper, 1(satu) buah
buzzer), 3 (tiga) buah konverter RS232 - RS485. Konfigurasi tersebut sama dengan
diagram blok keseluruhan pada gambar 5.
KESIMPULAN
1. Distributed Application termasuk fitur database, security dan trends didalamnya dapat
berjalan untuk memonitor dan mengendalikan Miniatur Sistem Keamanan
Perumahan.
2. Pengujian waktu menggunakan jaringan LAN berkisar 2,192 detik untuk menyalakan
lampu dan 9,627 detik untuk membuka gate.
3. Pengujian waktu menggunakan kabel RS485 sepanjang 20 meter berkisar 2,585
detik untuk menyalakan lampu dan 13,441 detik untuk membuka gate.
4. Pengujian waktu untuk respon emergency alarm berkisar 10,931 detik.