BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Jaringan industri biasanya menerapkan protokol fieldbus untuk real-time dan kontrol terdistribusi dapat diandalkan untuk menghubungkan instrumen dan mesin di pabrik, menciptakan sebuah sistem yang dapat dengan mudah dan andal dikontrol. Dengan meningkatnya tingkat kompleksitas sistem, sebagian besar Fieldbuses ini berjuang untuk memenuhi persyaratan platform interoperabilitas dan kinerja sistem. si stem. Hal ini mendorong produsen peralatan terhadap komunikasi berbasis Ethernet yang dapat memberikan kinerja tinggi, biaya rendah, r endah, dan tingkat ti ngkat tinggi interoperabilitas. interoperabilit as. Banyak standar fieldbus telah terintegrasi ke dalam protokol Ethernet Industri untuk komunikasi real-time dan konektivitas industri, sambil menjaga investasi dalam perangkat lunak fieldbus dan peralatan warisan pada tingkat terendah dari kontrol. Karena pentingnya fieldbus dalam bidang industri masa kini, akan dibahas dalam makalah ini apa itu fieldbus.
1.2 Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan Fieldbus? 2. Apa saja fitur yang dimiliki oleh Fieldbus? 3. Bagaimana spesifikasi Fieldbus (standart)? 4. Bagaimana perbandingan Fieldbus dengan metode Komunikasi Konvensional? 5. Apa saja kelebihan dan kelemahan dari Fieldbus?
1.3 Tujuan 1. Mengetahui pengertian Fieldbus. 2. Mengetahui fitur yang dimiliki oleh Fieldbus. 3. Mengetahui spesifikasi Fieldbus (standart). 4. Mengetahui perbandingan Fieldbus dengan metode Komunikasi Konvensional. 5. Mengetahui kelebihan dan kelemahan dari Fielbus.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Fieldbus Fieldbus adalah salah satu produk teknologi yang disepakati oleh 300 lebih manufaktur
instrumen. Konsep
paling
mendasar
dari
Teknologi
Fieldbus
adalah
pendistribution fungsi kontrol pada network LAN pada instrumentasi industri. Selain itu, Fieldbus Fuondation memberikan definisi sebagai berikut: "Fieldbus adalah digital, dua arah, link komunikasi multi-penurunan antara pengukuran cerdas dan perangkat kontrol". Fieldbus secara bertahap menggantikan 4 sampai 20 mA sinyal instrumentasi standar yang digunakan untuk mentransfer pengukuran dan pengendalian data antara ruang kontrol dan lantai pabrik. Ini adalah salah satu dari beberapa jaringan area lokal yang didedikasikan untuk otomatisasi industri. Fieldbus juga merupakan nama dari keluarga industri jaringan komputer protokol yang digunakan untuk kontrol terdistribusi real-time, standar IEC 61158.
Fieldbus bekerja pada struktur jaringan yang biasanya memungkinkan daisy-chain , bintang, cincin, cabang, dan pohon jaringan topologi . Sebelumnya, komputer yang terhubung menggunakan RS-232 ( koneksi serial ) dimana hanya dua perangkat bisa berkomunikasi. Ini akan menjadi setara dengan saat ini digunakan 4-20 skema komunikasi mA yang mensyaratkan bahwa setiap perangkat memiliki titik komunikasi sendiri di tingkat controller, sedangkan fieldbus adalah setara dengan saat ini koneksi LAN , yang dibutuhkan hanya satu titik
komunikasi
di
tingkat
controller
dan
memungkinkan
beberapa
(ratusan)
dari analog dan digital poin untuk dihubungkan pada saat yang sama. Hal ini mengurangi baik panjang kabel yang dibutuhkan dan jumlah kabel yang diperlukan. Selain itu, karena perangkat yang berkomunikasi melalui fieldbus memerlukan mikroprosesor , beberapa titik yang biasanya disediakan oleh perangkat yang sama. Beberapa perangkat fieldbus sekarang mendukung skema kontrol seperti kontrol PID pada sisi perangkat bukannya memaksa controller untuk melakukan pemrosesan.
2.2 Fitur Fieldbus Sistem Fieldbus adalah sistem kendali yang menggunakan media komunikasi digital, serial, dua arah, multidrop, dengan kecepatan transfer data 31.25kbps yang saling menghubungkan peralatan lnstrument di lapangan seperti sensor, transmitter, aktuator dan peralatan di level hirarki lebih tinggi seperti DCS. Fieldbus berfungsi seperti layaknya Local Area Network di hirarki tingkat paling bawah yang mempunyai kemampuan untuk mendistribusikan applikasi pengendalian diantara peralatan lnstrument di lapangan (misal nya: Transmitter dengan Control Valve). Selain itu juga dapat mendistribusikan applikasi pengendalian dari peralatan di hirarki level lebih tinggi (DCS) ke peralatan lnstrument di lapangan. Lebih jauh lagi, Fieldbus dapat melakukan diagnostik lengkap dan manajemen asset peralatan Instrument di lapangan sehingga dapat meningkatkan kehandalan kilang (Plant Availability). Sistem pengkabelan Fieldbus hanya membutuhkan satu pasang kabel yang dihubungkan secara paralel dengan peralatan lnstrument di lapangan dengan peralatan di hirarki lebih tinggi (DCS) seperti pada gambar 2.1. Dibandingkan dengan Sistem Analog Konvensional yang membutuhkan masing-masing satu pasang kabel untuk menghubungkan satu peralatan lnstrument di lapangan dengan peralatan Sistem Utama (Host System) di hirarki lebih tinggi (mis: DCS) seperti pada gambar 2.2.
Gambar 2.1 Koneksi Instrument pada Sistem Fieldbus
Gambar 2.2 Koneksi Instrumen pada Sistem Analog (Konvensional) Masing-masing satu pasang kabel utama Fieldbus dari Sistem Utama (HostSystem) ke lapangan disebut satu "Segment". Masing-masing segment terdiri dari kabel utama yang disebut "Trunk dan dihubungkan secara paralel dengan kabel "Spur" ke masing-masing peralatan lnstrument di lapangan seperti Transmitter dan Control Valve. Junction Box diperlukan sebagai tempat untukmenghubungkan kabel utama "Trunk ke kabel "Spur" secara parallel menggunakan Wiring Block. Kabel Fieldbus dalam satu segment dapat digunakan untuk menyuplai listrik keperalatan lnstrument di lapangan dengan menggunakan "Power Supply" dan "Power Conditioner". Beberapa fitur yang dimiliki oleh Sistem Fieldbus adalah : 1. Dikarenakan dapat dihubungkan pada beberapa peralatan lnstrument sekaligus dan beberapa variabel data pengukuran dan diagnostik dapat dikomunikasikan pada satu kabel, sehingga dapat mengurangi jumlah kabel dan biaya dapat dikurangi. 2. Protokol transmisi digital meyakinkan proses informasi secara akurat dan kendali kualitas yang ketat. 3. Komunikasi berlapis memungkinkan berbagai informasi seperti halnya Variabel Proses (PV) dan Variabel Manipulasi (MV) dikirimkan dari peralatan lnstrument di lapangan. 4. Kemampuan komunikasi antar peralatan lnstrument di lapangan dapat membentuk Sistem Pengendalian Terdistribusi (DCS) yang sesungguhnya. 5. Kesesuaian (Interoperability) memungkinkan peralatan dari pabrikan (manufaktur) yang berbeda untuk diintegrasikan.
6. Pilihan peralatan lnstrument yang luas dari berbagai pabrikan membuat kontruksi sistem menjadi fleksibel. 7. Sistem Instrumentasi, peralatan elektrik, Analyzer, dll dapat saling berintegrasi. 8. Beberapa penyesuaian (adjustment) dan inspeksi peralatan di lapangan dapat dilakukan dari ruang kendali (remote). Fieldbus menggantikan peran sistem analog konvensional 4-20mA secara bertahap untuk mengirim data pengukuran dan pengendalian antara ruang kendali dan lapangan. Terdapat 2 macam spesifikasi Physical Layer Fieldbus oleh IEC61158-2 dan ISAS50.02: Spesifikasi Fieldbus untuk Low-Speed dan High-speed. Tetapi spesifikasi Highspeed tidak digunakan, hanya spesifikasi High Speed Ethernet (HSE) yang digunakan sebagai tipe tambahan. Fieldbuses berbeda menawarkan set berbeda fitur dan kinerja. Sulit untuk membuat perbandingan umum kinerja fieldbus karena perbedaan mendasar dalam metodologi transfer data. Dalam tabel perbandingan di bawah itu hanya dicatat jika fieldbus tersebut biasanya mendukung siklus pembaruan data 1 milidetik atau lebih cepat.
Fieldbus
Daya Bus
Redundansi Kabel
Perangkat Max
Sinkronisasi
Siklus milidetik Sub
AFDX
Tidak
Ya
Hampir tak terbatas
Tidak
Diketahui
ASInterface
Ya
Tidak
62
Tidak
Tidak
CANopen
Tidak
Tidak
127
Ya
Tidak
Componet
Ya
Tidak
384
Tidak
Ya
ControlNet
Tidak
Ya
99
Tidak
Tidak
CC-Link
Tidak
Tidak
64
Tidak
Tidak
DeviceNet
Ya
Tidak
64
Tidak
Tidak
EtherCAT
Tidak
Ya
65.536
Ya
Ya
Ethernet Powerlink
Tidak
Opsional
240
Ya
Ya
Ethernet / IP
Tidak
Opsional
Hampir tak terbatas
Ya
Tidak
Interbus
Tidak
Tidak
511
Tidak
Tidak
LonWorks
Tidak
Tidak
32.000
Tidak
Tidak
Modbus
Tidak
Tidak
246
Tidak
Tidak
Profibus DP Tidak
Opsional
126
Ya
Tidak
Profibus PA Ya
Tidak
126
Tidak
Tidak
PROFINET IO
Tidak
Opsional
Hampir tak terbatas
Tidak
Tidak
PROFINET IRT
Tidak
Opsional
Hampir tak terbatas
Ya
Ya
SERCOS III
Tidak
Ya
511
Ya
Ya
Antarmuka SERCOS
Tidak
Tidak
254
Ya
Ya
Foundation Fieldbus H1
Ya
Tidak
240
Ya
Tidak
Foundation Fieldbus HSE
Tidak
Ya
Hampir tak terbatas
Ya
Tidak
RAPIEnet
Tidak
Ya
256
Dalam Pengembangan
Bersyarat
Fieldbus
Daya Bus
Redundansi Kabel
Perangkat Max
Sinkronisasi
Siklus milidetik Sub
2.3 Spesifikasi Fieldbus (Standart) IEC (International Electrotechnical Commission) menjelaskan bahwa terdapat tujuh protokol Fieldbus yang telah distandarisasi secara international, yaitu : 1. FOUNDATION fieldbus dan HSE 2. ControlNet 3. PROFIBUS dan PROFInet 4. P-NET 5. WorldFIP 6. INTERBUS 7. SwiftNet Dari ketujuh protocol Fieldbus terebut, FF dan Profitbuslah yang berkembang pesat di Sistem Pengukuran dan Pengendalian Proses. Berikut tabel yang menjelaskan perbedaan FF dan Profitbus. NO
FOUNDATION FIELDBUS (FF)
Profitbus
1
FF-H1 untuk koneksi dengan Peralatan
Profitbus-PA untuk koneksi dengan
Instrumen Lapang menggunakan bus-
Pelralatan Instrumen Lapang
poweres berdasarkan Physical Layer
menggunakan bus-powered berdasarkan
IEC61158-2 (kabel twisted-pair)
Physical Layer IEC61158-2. Diperlukan
Transmission Speed 31,25Kbps.
DP/PA Link modules. Transmission Speed 31,25Kbps.
2
High Speed Ethernet (HSE) untuk koneksi
Profitbus-DP dan Profitnet untuk
high speed dengan subsystem mis:
koneksi high speed dengan Peralatan
Multicomponent Analyzer, PLC, Remote
lapang mis: remote I/O, Drives, MCC,
I/O, dll. Physical Layer berdasarkan
Analyzer, dll. Physical Layer
ISAS50.02 (kabel twisted-pair atau fiber
menggunakan RS-485, RS-485-IS atau
optic). Maks. Transmission Speed
Fiber Optic. Maks transmission Speed
3
100Mbps.
12Mbps
Prinsip komunikasi data berdasarkan
Prinsip omunikasi data berdasarkan
metode Publisher-Subscriber. Komunikasi
metode Master-Slave. Omunikasi hanya
antar peralatan lapangan dapat dilakukan
antara peralatan lapangan dengan Host.
sehingga fungsi kendali dapat dilakukan antar peralatan instrument lapangan. 4
Foundation fieldbus banyak digunakan
Profitbus banyak digunakan oleh vendor
oleh vendor system DCS yang tepat untuk
system PLC yang tepat untuk
digunakan pengendalian proses secara
pengendalian peralatan secara discrete
kontinyu (continuous control)
(mis: manufacturing, robotic)
Tabel 2.3.1 Perbandingan Foundation Fieldbus dan Profitbus
Dari tabel tersebut, dapat disimpulkan bahwa Foundation Fieldbus adalah yang paling sesuai untuk pengendalian proses secara kontinyu dan digunakan oleh vendor-vendor DCS seperti: Yokogawa, Emerson, ABB, Honeywell, Foxboro, yamatake, dll.
2.4 Perbandingan Fieldbus dengan Metode Komunikasi Konvensional Perbandingan dengan Konvensional Komunikasi Fieldbus protokol komunikasi lebih unggul transmisi analog dan komunikasi hybrid akurasi informasi, kecepatan transmisi, dan jumlah transmisi. Ia juga menawarkan keunggulan bagi mereka transmisi dan komunikasi dalam fungsi, termasuk kemampuan untuk berkomunikasi antara perangkat yang terhubung dan berkomunikasi dua arah. 2.4.1 Sistem Analog Transmisi analog adalah teknik transmisi informasi menggunakan sinyal analog dengan arus langsung dari 4 sampai 20 mA. Topologi, yang merupakan sistem satu-ke-satu, memungkinkan hanya satu perangkat lapangan untuk dihubungkan ke kabel tunggal. Arah transmisi satu arah. Oleh karena itu, dua kabel yang berbeda harus disediakan: satu untuk memperoleh informasi dari perangkat lapangan, dan yang lainnya untuk mengirimkan sinyal kontrol ke perangkat lapangan. Perbedaan utama antara Sistem Fieldbus dan Sistem Analog Konvension aladalah dalam hal pengkabelan. Dalam Foundation Fieldbus, daya listrik dan media komunikasi terdapat dalam kabel yang sama, kecuali beberapa peralatan Instrument yang memerlukan
kabel listrik terpisah karena memerlukan daya yang lebih besar dan tegangan listrik yang besar. Selain itu, dikarenakan mempunyai konfigurasi berupa jaringan, terdapat pengurangan modul I/O, Modul Interface I/O dan panel marshalling. Karena jumlah sensor yang lebih banyak dapat diintegrasikan didalam satu alat FF, berdampak ke pengurangan jumlah peralatan lapangan dan/atau fitur diagnostik lanjut. 1. Komunikasi Teknologi
Foundation
Fieldbus
adalah
berdasarkan
Tag,
berarti
Host
akanmemeriksadan menetapkan peralatan berdasarkan Tag di dalam database dan pengalamatan peralatan secara otomatis, sehingga pengurangan jam kerja didalam kegiatan loop check dapat direalisasikan. Transfer data dalam bentuk digital murni, telah menghilangkan kebutuhan untuk melakukan perubahan range dan kalibrasi ulang yang dikarenakan pergeseran nilai (drift). Dikarenakan akurasi yang lebih tinggi dalam pengendalian proses dapatmengurangi perubahan variabel proses dan mengurangi produk yang hilang (lebih efisien). 2. Protokol Foundation Fieldbus dapat menginformasikan data-data dari peralatan lnstrument di lapangan, seperti Process Variabel, Status, Diagnostik, dll. Kemudian digabungkan dengan kemampuan Sistem Utama (DCS) untuk mengolah data awal tersebut menjadi informasi yang diperlukan untuk kehandalan kilang yang lebih tinggi dan mengurangi biaya perawatan. Diperlukan personil yang terlatih dan mempunyai kemampuan untuk menangani perkembangan teknologi Fieldbus dan menggali semua kelebihan dari teknologi tersebut. 3. Engineering Proses desain Sistem Fieldbus hampir sama dengan desain Sistem Analog Konvensional. Pada desain Sistem Analog Konvensional, lokasi peralatan lnstrument di lapangan dan informasi susunan kabel (cable schedule) hanya digunakan pada saat desain panel Marshalling. Desain sistem DCS dilakukan hanya berdasarkan "I/O List" dan prosedur operasional proses, tidak berkaitan dengan cable schedule, lokasi peralatan lnstrument dan "Junction Box" dilapangan. Pada desain Sistem Fieldbus, detail dari kondisi lapangan, contohnya desainsegment, mempengaruhi desain sistem DCS. Berarti desain, sistem DCS berkaitan erat dengan lokasi peralatan, detail kabel, seperti detail dari desainsegment. Untuk mempermudah, desain segment dapat disederhanakan dan apabila dimungkinkan, mengikuti kondisi yang sudah ada. Apabila melampaui dari aturan-aturan yang ada misalnya jumlah maksimum peralatan FF dalam satu segment, maka validasi dari desain segment tersebut perlu dilakukan.
Gambar 2.3 Perbedaan Utama antara Sistem Traditional dan Fieldbus Proses Engineering dari Sistem Pengendalian Proses yang menggunakan Fieldbus dibagi kedalam lima Iangkah : Desain, Produksi, Kontruksi, Startup dan Pemeliharaan. Setiap langkah mempunyai banyak proses pengerjaan dan setiap proses pengerjaan melibatkan kegiatan-kegiatan yang lebih kecil. Contoh dari proses engineering tersebut seperti pada gambar 2.4 dibawah ini :
Gambar 2.4 Proses Engineering Fieldbus 2.4.2 Sistem Hybrid Sebuah komunikasi hybrid adalah teknik komunikasi di mana informasi perangkat lapangan ditumpangkan sebagai sinyal digital pada 4 sampai 20 mA sinyal analog konvensional. Selain kemampuan transmisi analog, adalah mungkin untuk jarak jauh mengatur bidang berbagai perangkat dan penyesuaian titik nol. Juga, informasi pemeliharaan seperti self-diagnostik perangkat lapangan dapat diperoleh dengan menggunakan terminal khusus. Protokol komunikasi hibrida dikembangkan secara mandiri oleh masing-masing produsen, sehingga perangkat dari produsen yang berbeda tidak dapat berkomunikasi satu sama lain. Dengan sistem BRAIN Yokogawa atau sistem komunikasi hybrid dari produsen lain, informasi self-diagnostik tidak dapat dipertukarkan antara perangkat lapangan dari produsen yang berbeda. Sebuah komunikasi hibrida terutama mendukung 4 sampai 20 mA transmisi analog, meskipun juga memungkinkan komunikasi data digital. The digital kecepatan komunikasi data melalui komunikasi hybrid lebih lambat daripada yang melalui komunikasi Fieldbus.
2.5 Kelebihan dan Kelemahan dari Fieldbus Keuntungan lain dari penggunaan teknologi fieldbus adalah pengurangan jumlah routing cable. Tidak ada multipare cable lagi yang digunakan sebagaimana sistem konvensional. Junction Box ke Marshalling Panel hanya dihubungkan oleh single pair twisted cable. Karena addressing system yang dilakukan oleh fieldbus memungkinkan banyak device dapat berkomunikasi melalui satu pair cable. Penggunaan twisted pair ini adalah untuk mengurangi interferensi signal. Transmitter dengan kemampuan fieldbus sebenarnya tidak diperlukan lagi setting kalibrasi signal untuk melakukan linearisasi transmitter. Yang dimaksudkan di sini adalah jika dibandingkan dengan HART yang memerlukan setting Zero is 4 mA and Maximum is 20 mA kemudian dilakukan linearisasi 25%, 50%, 100% maka Foundation Fieldbus tidak memerlukan kegiatan ini. Yang diperlukan dalam fieldbus adalah kalibrasi sensor bahwa 0 Barg harus terkirim data 0 Barg pula. Begitu pula 100 Barg harus terkirim data digital 100 Barg. Begitu seterusnya tanpa perlu melakukan linearisasi, karena linearisasi hanya ada dalam teknologi analog. Data oleh fieldbus dikirimkan melalui data digital 0 and 1 yang diambil dari data increasing dan decreasing dari gelombang square dari voltage yang dihasilkan oleh Bus Power melalui kabel H1. Pengambilan data pada puncak dan lembah dari gelombang kotak untuk menunjukkan 1 dan 0 sebagaimana teknologi digital lama tidak digunakan di fieldbus karena rawan terhadap interferensi. Bus Power rata-rata pada range rating 24-32 VDC.
Terkhusus pada bus power yang dihasilkan oleh Yokogawa Fieldbus adalah 27 VDC. Pada level komunikasi lebih tinggi antar module pengontrol fieldbus menggunakan jaringan ethernet yang dikenal sebagai HSE (High Speed Ethernet). Untuk mengkomunikasinya dengan intranet atau internet bisa saja dilakukan melalui gateway. Demikian juga dengan jaringan komunikasi industrial yang lain seperti Modbus. Kelemahan tapi mungkin dapat juga disebut kelebihan, bahwa Fieldbus terlalu software base. Seorang teknisi yang sudah terbiasa melakukan troubleshoot secara kasatmata dengan membandingkan signal 4-20 mA pada device dan action seharusnya didapat dari 4-20 mA maka sekarang teknisi tidak dapat berbuat banyak. Semuanya tergantung dari Software Engineer yang harus melakukan download, configure, autocalibration, dlsb. Teknisi hanya akan membandingkan besaran proses dengan data yang diterima oleh screen workstation. Jika terdapat deviasi maka semua dikembalikan ke software engineer untuk melakukan adjustment signal. Setidaknya teknisi lapangan masih dapat melakukan monitoring lokal dengan menggunakan Fisher 375 Communicator. Berbagai macam product transmitter dan valve yang sudah masuk dalam Fildbus Foundation akan kompatible dengan Fisher 375. Namun dalam kenyataannya Fisher 375 tidak dapat membaca detail parameter-parameter dr K-Tek product, kecuali process variable semata.
DAFTAR PUSTAKA
