Master Station

Software System Of SCADA

1

THE MASTER STATION

Stasion master dapat diakses oleh banyak operator yang terhubung dengan system komunikasi yang digunakan. System komunikasi yang digunakan dapat berupa modem dan radio transmitter/receiver. Komunikasi semacam ini dapat menggunakan menggunakan sistem jaringan kabel bawah tanah tanah (landline system). Pada umunya tidak ada modul input/output yang tersambung secara fisik dengan master station, meskipun lokasi RTU (receiver transmitter unit) berada didekat ruang control utama/master station. Kelebihan yang dimiliki stasiun master antara lain: •

Operator dapat mengetahui status RTU dan kerja dari operator control

•

Dapat memasukan data dari RTU

•

Dapat menseting alarm dari RTU

Dalam pembahasan selanjutnya, selanjutnya, master station memiliki memili ki 2 buah fungsi, yaitu: •

Tempat pengolahan data dari RTU dan submaster station

•

Sebagai alat pengontrol pada station lain

Bentuk penyambungan untuk jaringan master station dapat dilihat pada gambar berikut:


2

Pensetingan pada submaster station merupakan hal penting, karena submaster station adalah pengontrol langsung pada alat-alat yang berada ditempatnya masing-masing. Fungsi dari submaster station adalah sebagai berikut: •

Mengolah data dari RTU yang berhubungan dengan submaster station yang dimaksud

•

Memperlihatkan data data kerja yang telah dilakukan operator operator station local

•

Mengembalikan data ke station master

•

Meneruskan perintah dari station master ke RTU yang dimaksud

Berikut adalah gambar sambungan dari submaster station dengan beberapa RTU:s


3

Submaster station memiliki fungsi khusus yaitu: 1.

Pengontrol komunikasi yang mandiri •

Melakukan konfigurasi pada masing-masig RTU

•

Menginisialisasi tiap RTU dengan input/output yang dimilikinya

•

Memberi perintah dan mengakuisisi data pada tiap RTU

2.

Link komunikasi •

Meneruskan komunikasi dari RTU ke master master station dan sebaliknya, sebaliknya, dati master station ke RTU.

•

Memperlihatkan informasi kerja alarm dan informasi kerja pada hard disk

•

Sebagai link input/output secara otomatis pada setiap RTU yang berbeda

3.

Diagnostic •

Sebagai serever pengolah informasi jika RTU terjadi eror

•

Memprediksi masalah penting seperti kelebihan data

A. Software Master Station

Ada 3 buah komponen untuk bisa membentuk software pada master st ation: •

OS software

•

System SCADA

•

Aplikasi software SCADA

Selain 3 komponen tersebut, masih ada komponen lain yang sangat penting, yaitu firmware seperti BIOS yang berfungsi sebagai antar muka antara OS dengan hardware computer. Contoh dari operating system yang dapat digunaan adalah DOS, windows, windows NT, dan operation system lainya.

B. System SCADA Software

Hal ini mengacu pada software yang support dengan system SCADA. Secara umum system software SCADA, terdiri dari 4 bagian utama, yaitu: •

Bagian akuisisi data


•

Bagian pengontrol

•

Bagain penyimpanan

•

Bagian interface dengan manusia atau mesin

4

C. Local Area Network

Untuk membentuk suatu system komunikasi antara master station, submaster station dan RTU dapat menggunakan LAN. Dimana master station merupakan master servernya, submaster station merupakan client dari master station, sedangkan RTU dikontrol oleh submaster station/berantarmuka dengan submaster station. Macam-macam dari LAN yaitu Ethernet (802.3), token bus (802.4), token ring (802.5). Yang paling banyak digunakan untuk kepentingan industry adalah Ethernet dan token bus, karena pada Ethernet dan token bus tidak membutuhkan master station. Setiap jenis jaringan akan dibahas pada bab berikutnya, yaitu: •

Ethernet (CSMA/CD)

•

Token ring (IBM token ring)

•

Token bus (MAP/PLC type indusrial system)

D. Ethernet

Pertama kali Ethernet dikembangkan oleh Dr. Robert M. Melcalfe pada tahun 1970an. Pada awalnya kecepatan Ethernet hanya 3 Mbps yang dikenal dengan sebutan experimentai Ethernet. Kini Ethernet mendukung kecepatan 10Mbps (IEE 802.3). Dalam perkembanganya kecepatan Ethernet meningkat sangat pesat yaitu fast Ethernet (IEE 802.3u) dengan kecepatan 100Mbps, giga byte Ethernet (802.3z/802.3ab) dengan kecepatan 100Mbps, dan gigabit Ethernet (802.3ae) dengan kecepatan 100Mbps. Pada umumnya Ethernet yang digunakan dalam industry memiliki kecepatan transfer 10Mbps dengan menggunakan menggunakan jaringan kabel coaxial. Cara pengaksesan (MAC/Media Access Control) pada system Ethernet adalah dengan menggunakan Carier Sense Multiple Access (CSMA) dan collition detection (CD).


5

Ethernet berasal dari percobaan radio transmisi yang memiliki banyak pemancar dengan tujuan untuk dapat berkomunikai dengan siapa saja dan kapan saja. Prinsip kerja dari Ethernet adalah sebelum station pengirim mendapatkan pesan dari station lain, bus-bus (radio/cable) akan aktif. Jika bus-bus yang aktif ini ditangkap/terdeteksi oleh station lain, maka station ini akan mengirimkan pesan. Kedua station tersebut dalam lalu lintas pengiriman dan penerimaan pesan terjadi sangat cepat. Tetapi jika terjadi tumbukan (collition) kedua station tersebut akan off, kemudian keduanya akan on lagi dan mencoba mengirimkan sinyal kembali. Konstruksi dari MAC (media access control) dari Ethernet dapat dilihat pada gambar berikut:

Unit transceiver (berdasarkan pada MAC) terdiri dari d ari 2 komponen, yaitu: •

Unit transceiver yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima data, pemeriksa terjadinya tumbukan (collisions), serever isolasi electric, dan pelindung bus dari kesalahan.

•

Sebuah tap yang berfungsi untuk penyambungan kabel coaxial.

Controller card disambung dengan transceiver mengunakan kabel yang memiliki pelindung (shielded cable). Controller card terdiri dari unit MAC


6

yang berungsi sebagai pembingkai dari pesan eror, dan mikroprosesor yang berfungsi untuk mengontrol lalu lintas jaringan. Tipe dari kabel yang digunakan tersebut adalah kabel koaksial. Kabel standard untuk Ethernet adalah kabel koaksial dengan tipe 10BASE2, 10BASE5 dan 10BASET. Standard dari kabel ethernet yang berukuran tebal berdasarkan standard ISO 8802.3 adalah 10BASE5. 10BASE5 berarti dengan panjang kabel maksimum 500 m, kecepatan komunikasi yang dihasilkan sebesar 10 Mbps. Panjang 500 m itu adalah panjang maksimum yang telah direkomendasikan yang terdiri dari 5 segmen, dengan panjang tiap segmen 100m. 10BASE5 merupakan kabel koaksial yang mempunyai hambatan 5 ohm dengan diameter 10,28mm. Dengan menggunakan kabel koaksial tersebut penyambunganya penyambungan ya dapat menggunakan tap. Cara penyambungan pada kabel Ethernet 10BASE5 dapat menggunakan penymbungan tipe N. Pada penyambungan type N, terdiri dari 2 female konektor dan 1 buah male konektor. Male connector berfungsi untuk menyambung dua buah female konektor, jadi posisi dari male konektor berada ditengah-tengah dari female konektor. Untuk AUI (attachment unit interface) menggunakan 15 konduktor kabel shielded yang terdiri dari 5 konduktor tiap pasangan kabel shielded. Setiap ujung segment harus disambung menggunakan terminal N konektor 50 ohm. MAU (Medium Attachment Unit) terdiri dari dua bentuk, yaitu: •

Vampire tap Vampire tap dapat digunakan untuk menyambung kabel koaksial dengan mudah. Yaitu dengan cara sebuah pin disambung ditengah konduktor (kabel dapat dilubangi dengan menggunakan bor), sedangkan pin lainya disambung pada shield (pelindung kabel).

•

Konektor type N N konektor terdiri dari 2 buah female konketor yang disambung menggunakan menggunakan male konektor.

Pada pabrik kecil, untuk penyambungan penyambungan MAC lebih banyak menggunakan menggunakan vampire tap. Sambungan minimum MAC dapat dilihat pada gambar berikut :


7

Kabel standard Ethernet yang berukuran tipis/kecil adalah jenis 10BASE2. Pemasangan 10BASE2 ini membutuhkan harga yang lebih murah dari pada 10BASE5. Panjang maksimum yang diijinkan pada10BASE2 adalah 185 m. Sebutan lain untuk 10BASE2 adalah cheapernet atau kabel Ethernet tipis. Kabel koaksial yang digunakan pada 10BASE2 adalah kabel tipe RG-58A/U atau RG-58C/U yang memiliki impedansi 50 ohm. Trunk kabel koaksial pada kabel Ethernet jenis ini tidak disambung. Kabel jenis ini dapat disambung dengan interval jarak 0,5 m. Kabel Ethernet standard yang jenis ketiga adalah 10BASET. Ini terdiri dari jaringan type bintang dengan hub central yang menggunakan cabel twisted (spiral) pada tiap terminalnya. Jarak maksimal yang dianjurkan adalah 100m dari hub. Cara untuk mengurangi tumbukan pada jaringan Ethernet adalah: •

Pastikan kabel tidak terjadi hubungan pendek

•

Pastikan sambungan kabel dengan benar

•

Gunakan buffer yang lebih besar

•

Matikan pemancar yang tidak penting

•

Pastikan kabel ground tersambung dengan baik

E. Token Ring LAN

Type kedua dari jaringan LAN adalah system cincin (token Ring). Jaringan tipe ini pertama kali dibuat oleh IBM pada tahun 1980an. Type ini lebih banyak digunakan di perkantoran dari pada untuk sysem industry.


8

System ini menggunakan pesan untuk mengontrol dari satu station ke station lain. Prinsip kerja dari sistem ring ini adalah pesan dari master station dikirim kestation lain, kemudian di stasiun tersebut diperiksa apakah pesan itu tertuju pada aamatnya atau bukan. Jika bukan, station tersebut meneruskan pengiriman pesan kestatiun lain, sampai pada stasiun yang dituju. Pengiriman pesan dalam jaringan ini diatur sedemikian rupa sehingga jarak komunikasi antara station pengirim dan penerima menjadi yang paling dekat sehingga waktu yang dibutuhkan untuk mengirim dan menerima pesan lebih singkat. Jika waktu yang digunakan terlalu lama, jaringan akan melewati station tersebut dan berpindah kestatiun selanjutnya. Dengan kata lain, jika suatu station tidak menerima pesan untuk mengirim, maka jaringan akan berpindah ke station selanjutnya.

F.

Token Bus Network

Jaringan type ini lebih banyak digunakan dalam industry. Prinsip kerjanya adalah semua station dapat menerima acces ke suatu bus dengan diberi batasan waktu tertentu. Prinsip ini hampir sama dengan prinsip pada jaringan menggunakan system cincin. Dengan menggunakan sebuah kabel akan menghubungkan seluruh statiun dengan master station. Kelebihan dari sistem jaringan ini adalah penambahan jaringan/statiun baru dapat dilakuakan dengan mudah tanpa mengganggu statiun lain. Sedangkan kelemahanya bila terdapat gangguan di kabel pusat, maka seluruh statiun akan mengalami gangguan.


9

Keunggulan Dari SCADA

Komponen SCADA system dirancang agar dapat digunakan pada semua jenis pengontrolan. Sebuah master station merupakan salah satu bagian dari SCADA system. Kehandalan dari station master mempengaruhi kehandalan dari SCADA system. Hal yang harus diperhatikan dalam menentukan kehandalan maser station adalah sebagai berikut: •

CPU / control processing unit

•

Memory utama dan besar buffernya

•

Dish drive dan kesesuainya dengan controller card

•

Komunikasi antar muka

Konfigurasi Master Station

Ada dua macam dalam konfigurasi master station. Prinsip konfigurasi yang paling sederhana yaitu cold standby, ketika master station dalam posisi standby, sakelar berpindah dari posisi primer ke posisi sekunder. Berikut ini adalah gambar dari konfigurasi cold standby:


10

Jenis konfigurasi pada master station yang kedua adalah hot standby. Pada hot standby, watchdog timer (WDT) akan aktif jika CPU primer dalam keadaan reset atau tidak di update. Pada saat watchdog timer aktif, saklar berpinddah dari posisi primer ke posisi sekunder dalam CPU. Pada saat itu juga memory sekunder CPU akan update. Memory sekunder CPU ini berisi status data terakhir (saat WDT mengaktifkan posisi sekunder). Berikut ini adalah gambar dari konfigurasi hot standby:


11

ARSITEKTUR DAN METODE KOMUNIKASI A. Arsitektur Komunikasi •

Point to point (dua station) Bentuk dari komunikasi jenis ini sangat sederhana, yaitu terjadi pertukaran data/komunikasi pada dua buah station. Satu station berfungsi sebagai master sedangkan station yang lain berfungsi sebagai slave. Pada komunikasi jenis ini berarti dua buah station dapat melakukan komunikasi mode fullduplex diamana frekuensi pengiriman data berbeda dengan freuensi penerimaan data ataupun mode simplex dimana frekuensi pengiriman dan frekuensi peneriman tidak terpisah.

•

Multipoint (lebih dari 2 station) Pada bentuk komunikasi semacam ini, satu station berfungsi sebagai master, sedangkan station lainya berungsi sebagai slave. Pada umumnya data dikirim dari master ke masing-masing slave. Tetapi jika terdapat slave yang akan mengirim data ke slave lainya, slave tersebut mengirim data ke master terlebih dahulu. Kemudian station master mengirimkan data ke masing-masing slave. Alternative lainya, setiap station slave dapat berkomunikasi dengan cara peer to peer. Tetapi dengan cara ini berarti lalulintas komunikasi akan semakin complex, sehingga kemungkinan terjadi tumbukan akan lebih besar.


•

12

Relay station Ada dua cara komunikasi dalam relay station, yaitu: •

Menyimpan dan meneruskan operasi (store and forward) Mode komunikasi semacam ini terjadi pada banyak station. Cara kerja dari mode ini adalah station master mengirimkan pesan ke sejumlah station slave. Kemudian station slave mengirimkan kestation slave yang tidak dapat dijangkau oleh master station. Frekuensi pengriman pesan (frekuensi forward) antar station slave adalah sama dengan frekuensi yang digunakan oleh master slave untuk mengirimkan pesan ke station slave.

•

Pengulangan operasi (Talk through repeater) Cara kerja dari mode komunikasi semacam ini hampir sama dengan mode store and forward, yaitu terjadi pengiriman informasi antar station slave. Pada mode talk through repeater, pengiriman informasi antar station slave terjadi secara tidak langsung, yaitu dengan perantara RTU repeater. Repeater ini beroperasi

pada

frekuensi

range

radio.

Sehingga

untuk

mengirimkan informasi antar station slave terjadi perubahan frekuensi.


13

B. Metode Komunikasi

Terdapat dua macam metode komunikasi, yaitu Polled (master-slave) dan carier sense multiple acces/collision detection (CSMA/CD). 1.

Polled (Master-Slave) Tipe komunikasi semacam ini dapat digunakan pada komunikasi point to poin(2 station) ataupun multipoint (banyak station). Pada komunikasi semacam ini station master mengontrol semua slaves yang ada. Slaves tidak dapat mengirim pesan ke slave lain. Komunikasi yang terjadi adalah half duplex, dimana slave hanya dapat menerima pesan dari master station. Dalam pengiriman informasi dari master station ke slave station, jika ada slave yang tidak merespon informasi tersebut, master station akan mengulang pengiriman informasi sampai 3 kali. Tetapi jika slave tetap tidak merespon, master station menganggap bahwa slave tersebut telah rusak, dan master station menghentikan pengiriman informasi ke slave tersebut. Master station akan mencoba mengakses slave yang bermasalah tersebut pada pengiriman informasi berikutnya. Keuntungan dari komunikasi Master-Slave adalah: •

Software dapat dengan mudah merangkum kegiatan komunikasi karena komunkasi hanya terjadi 1 arah saja

•

Kesalahan pengiriman pada slave tertentu dapat diketahui dengan cepat

•

Tidak ada tumbukan yang terjadi

•

Pengiriman informasi dari master station ke slave station sangat stabil Kekurangan dari komunikasi master slave adalah:

•

Tidak ada variasi pengiriman informasi ke station slave

•

Slave station tidak dapat mengirimkan informasi ke master station


•

14

Tidak dapat melakukan perubahan data yang berasal dari master station, sehingga jika terjadi kesalahan informasi, slave tida mampu memperbaikinya

•

Slave station tidak dapat mengirim informasi ke slave station lainya

Aplikasi dari komunikasi master-slave berdasarkan gambar diatas: •

Jika idak ada respon pada RTU, master station akan mengulangi pengiriman informasi sebanyak 3 kali. Jika tetap tidak ada respon pada RTU, master station menganggap RTU tersebut tidak aktif/bermasalah.

•

Jika pengiriman informasi pada sebuah RTU terjadi secara tidak normal, sebaiknya pengiriman informai ke RTU lain dihentikan. Karena jika diteruskan, pengiriman informasi menjadi tidak optimal. Berikut adalah contoh pengiriman informasi ke RTU yang terjadi secara normal dan tidak normal:


15

Berdasarkan gambar diatas, jika prioritas pengiriman informasi tidak sama pengiriman informasi menjadi tidak normal. Master station mengirimkan informasi ke RTU berdasarkan prioritas RTU. Pertama master station mengirimkan informasi ke RTU dengan prioritas yang lebih tinggi, kemudian ke prioritas yang lebih rendah. Tetapi pada pengiriman informasi ke prioritas yang lebih rendah, akan terjadi pengulangan pengiriman informasi pada RTU dengan prioritas yang lebih tinggi dan RTU dengan prioritas yang lebih rendah menjadi tidak semuanya

terkirimi

informasi.

Kemudian

dilakukan

pengiriman


16

informasi ulang pada RTU, sehingga pengiriman semacam ini tidak efisien. 2.

CSMA/CD system (peer to peer) •

Komunikasi antar RTU Dalam metode ini komunikasi antar RTU tidak dapat dilakukan secara langsung. Untuk dapat melakukan komunikasi antar RTU, caranya adalah dengan cara mengirimkan pesan data dan alamat RTU tujuan ke master station, kemudian master station memproses data dan alamatnya, selanjutnya master station mengirimkan data tersebut ke alamat RTU yang dimaksud.

•

Event reporting Adalah salah satu cara untuk mengurangi pengulangan pengiriman data yang sama ke satu RTU. Prinsip kerja dari metode komunikasi ini adalah RTU melakukan laporan/konfirmasi dari kegiatan yag telah dilakukanya ke master station. RTU harus melakukan laporan/konfirmasi, jika: •

Operasi dilakukan pada kecepatan rendah, sekitar 4800bps

•

Ada data penting yang harus dimonitor

•

Ada lebih dari 10 RTU yang tersambung pada satu buah submaster station

Semua kegiatanyang dilakukan oleh RTU dilaporkan ke master station. Tetapi ada sebagian informasi dari RTU yang tidak dapat dikirimkan ke master station, yaitu: •

Batas tinggi rendahnya nilai analog

•

Persentase perubahan dari nilai analog

•

Waktu yang diperlukan untuk pengiriman laporan ke master station

Kelebihan dari metode komunikasi semacam ini adalah tidak terjadi pengulangan pengiriman informasi yang sama kesatu RTU. Kelemahan dari metode komunikasi ini adalah: •

Kesalahan dalam jaringan diketahui setelah terjadi komunikasi


17

•

Kegiatan yang dilaporkan tidak selalu kegiatan terakhir

•

Untuk mendapatkan laporan yang paling update, dilakukan dengan cara manual.

•

Master-Slave dengan event reporting Merupakan kombinasi dari metode Master-salve dan metode event reporting. Pada metode komunikasi semacam ini, terjadi pengiriman data dari master station ke salve station dan sebaliknya dari slave station ke master station. Pengiriman data ini disertai dengan umpan balik ke station pengirimnya berupa laporan/konfirmasi dari kegiatan yang telah dilakukan station tersebut. Pada metode komunikasi semacam ini menggunakan batasan waktu, waktu yang digunakan adalah penjumlahan dari waktu maksimal modem melakukan proses pengirimn data (30ms), dengan waktu pengiriman (100ms), dengan waktu yang dibutuhkan untuk pengulangan pengiriman (58,3ms) dan waktu off setelah pengiriman data (25ms).

Istilah yang sering dijumpai pada komunikasi antar RTU dan master station adalah: -

Hardware handshaking Jika modem sedang tidak aktif/tidak digunakan maka disebut dengan tidak ada

hardware

yang

berjabat

tangan

(handshaking).

Tetapi

jika

modemsedang aktif berarti terjadi handshaking. -

Station address Merupakan alamat dari masing-masing RTU maupun slave station

-

Error detection Kemampuan dari sistem untuk mendeteksi kesalahan pada proses komunikasi

-

Protocol message retries Merupakan waktu yang diperlukan oleh master station untuk mengulang pengiriman data ke slave station.

-

RTS send delay Merupakan waktu yang diperlukan suatu data sampai di RTS tujuan.


-

18

RTS off delay Merupakan selisih waktu yang digunakan oleh RTS saat menerima pesan sampai RTS off

-

Time out delay Merupakan perbedaan waktu penerimaan pesan dari RTS

-

Size of message fom RTU Ukurn maksimum suatu pesan yang dapat dikirim oleh RTU

-

Priority message transmit Tingkatan/prioritas RTU dalam menerima pesan dari station master.

Oleh : Roni Setiawan_PT.Mekatronika_UNY Sumber: Practical SCADA for Industry (David Bailey, Edwin Wright)

Master Station

Recommend Documents