Dasar Sistem SCADA

Apa manfaat SCADA bagi Anda?SCADA bukanlah teknologi khusus, tapi lebih merupakan sebuah aplikasi. Kepanjangan SCADA adalah Supervisory Control And Data Acquisition, semua aplikasi yang mendapatkan data-data suatu sistem di lapangan dengan tujuan untuk pengontrolan sistem merupakan sebuah Aplikasi SCADA! Seperti telah dibahas pada artikel lainnya di sini.

Ada dua elemen dalam Aplikasi SCADA, yaitu:

1. Proses, sistem, mesin yang akan dipantau dan dikontrol - bisa berupa power plant, sistem pengairan, jaringan komputer, sistem lampu trafik lalu-lintas atau apa saja;
2. Sebuah jaringan peralatan ‘cerdas’ dengan antarmuka ke sistem melalui sensor dan luaran kontrol. Dengan jaringan ini, yang merupakan sistem SCADA, membolehkan Anda melakukan pemantauan dan pengontrolan komponen- komponen sistem tersebut.

Anda dapat membangun sistem SCADA menggunakan berbagai macam teknologi maupun protokol yang berbeda-beda.

DIMANAKAH SCADA DIGUNAKAN?

Anda dapat menggunakan SCADA untuk mengatur berbagai macam peralatan. Biasanya, SCADA digunakan untuk melakukan proses industri yang kompleks secara otomatis, menggantikan tenaga manusia (bisa karena dianggap berbahaya atau tidak praktis - konsekuensi logis adalah PHK), dan biasanya merupakan proses-proses yang melibatkan faktor-faktor kontrol yang lebih banyak, faktor-faktor kontrol gerakan-cepat yang lebih banyak, dan lain sebagainya, dimana pengontrolan oleh manusia menjadi tidak nyaman lagi.

Sebagai contoh, SCADA digunakan di seluruh dunia misalnya untuk…

• Penghasil, transmisi dan distribusi listrik: SCADA digunakan untuk mendeteksi besarnya arus dan tegangan, pemantauan operasional circuit breaker, dan untuk mematikan/menghidupkan the power grid;
• Penampungan dan distribusi air: SCADA digunakan untuk pemantauan dan pengaturan laju aliran air, tinggi reservoir, tekanan pipa dan berbagai macam faktor lainnya;
• Bangunan, fasilitas dan lingkungan: Manajer fasilitas menggunakan SCADA untuk mengontrol HVAC, unit-unit pendingin, penerangan, dan sistem keamanan.
• Produksi: Sistem SCADA mengatur inventori komponen-komponen, mengatur otomasi alat atau robot, memantau proses dan kontrol kualitas.
• Transportasi KA listrik: menggunakan SCADA bisa dilakukan pemantauan dan pengontrolan distribusi listrik, otomasi sinyal trafik KA, melacak dan menemukan lokasi KA, mengontrol palang KA dan lain sebagainya.
• Lampu lalu-lintas: SCADA memantau lampu lalu-lintas, mengontrol laju trafik, dan mendeteksi sinyals-sinyal yang salah.

Dan, tentunya, masih banyak lagi aplikasi-aplikasi potensial untuk sistem SCADA. SCADA saat ini digunakan hampir di seluruh proyek-proyek industri dan infrastruktur umum.

Intinya SCADA dapat digunakan dalam aplikasi-aplikasi yang membutuhkan kemudahan dalam pemantauan sekaligus juga pengontrolan, dengan berbagai macam media antarmuka dan komunikasi yang tersedia saat ini (misalnya, Komputer, PDA, Touch Screen, TCP/IP, wireless dan lain sebagainya).
 
MENGAPA HARUS PAKAI SCADA?

Coba sekarang pikirkan tanggung-jawab atau tugas Anda di perusahaan, berkaitan dengan segala macam operasi dan parameter-parameter yang akhirnya mempengaruhi hasil produksi:

• Apakah peralatan Anda membutuhkan Catu Daya, suhu yang terkontrol, kelembaban lingkungan yang stabil dan tidak pernah mati?
• Apakah Anda perlu tahu - secara real time - status dari berbagai macam komponen dan peralatan dalam sebuah sistem kompleks yang besar?
• Apakah Anda perlu tahu bagaimana perubahan masukan mempengaruhi luaran?
• Peralatan apa saja yang perlu Anda kontrol - secara real time - dari jarak jauh?
• Apakah Anda perlu tahu dimanakah terjadinya kesalahan/kerusakan dalam sistem sehingga mempengaruhi proses?

PEMANTAUAN DAN PENGONTROLAN SECARA REAL-TIME MENINGKATKAN EFISIENSI DAN MEMAKSIMALKAN KEUNTUNGAN

Coba anda tanyakan beberapa poin yang diatas tersebut, saya yakin Anda akan bisa memperkirakan dimanakah Anda bisa mengaplikasikan SCADA. Bisa jadi Anda akan berkata lagi “lantas ngapain? So What?”. Apa yang sebenarnya ingin Anda ketahui adalah hasil secara nyata yang bagaimanakah yang bisa Anda harapkan dengan mengaplikasikan SCADA?

Berikut ini beberapa hal yang bisa Anda lakukan dengan Sistem SCADA:

• Mengakses pengukuran kuantitatif dari proses-proses yang penting, secara langsung saat itu maupun sepanjang waktu.
• Mendeteksi dan memperbaiki kesalahan secara cepat.
• Mengukur dan memantau trend sepanjang waktu.
• Menemukan dan menghilangkan kemacetan (bottleneck) dan pemborosan (inefisiensi).
• Mengontrol proses-proses yang lebih besar dan kompleks dengan staf-staf terlatih yang lebih sedikit. 

Pada intinya, sebuah sistem SCADA memberikan Anda keleluasaan mengatur maupuan mengkonfigurasi sistem. Anda bisa menempatkan sensor dan kontrol di setiap titik kritis di dalam proses yang Anda tangani (seiring dengan teknologi SCADA yang semakin baik, Anda bisa menempatkan lebih banyak sensor di banyak tempat). Semakin banyak hal yang bisa dipantau, semakin detil operasi yang bisa Anda lihat, dan semuanya bekerja secara real-time. Tidak peduli sekompleks apapun proses yang Anda tangani, Anda bisa melihat operasi proses dalam skala besar maupun kecil, dan Anda setidaknya bisa melakukan penelusuran jika terjadi kesalahan dan sekaligus meningkatkan efisiensi. Dengan SCADA, Anda bisa melakukan banyak hal, dengan ongkos lebih murah dan, tentunya, akan meningkatkan keuntungan besar!

 Contoh Arsitektur SCADA

Bagaimana SCADA bekerja?

Sebuah sistem SCADA memiliki 4 (empat) fungsi , yaitu:
1. Akuisisi Data,
2. Komunikasi data jaringan,
3. Peyajian data, dan
4. Kontrol (proses)

Fungsi-fungsi tersebut didukung sepenuhnya melalui 4 (empat) komponen SCADA, yaitu:

1. Sensor (baik yang analog maupun digital) dan relai kontrol yang langsung berhubungan dengan berbagai macam aktuator pada sistem yang dikontrol;
2. RTUs (Remote Telemetry Units). Merupakan unit-unit “komputer” kecil (mini), maksudnya sebuah unit yang dilengkapi dengan sistem mandiri seperti sebuah komputer, yang ditempatkan pada lokasi dan tempat-tempat tertentu di lapangan. RTU bertindak sebagai pengumpul data lokal yang mendapatkan datanya dari sensor-sensor dan mengirimkan perintah langsung ke peralatan di lapangan;
3. Unit master SCADA (Master Terminal Unit - MTU). Kalo yang ini merupakan komputer yang digunakan sebagai pengolah pusat dari sistem SCADA. Unit master ini menyediakan HMI (Human Machine Iterface) bagi pengguna, dan secara otomatis mengatur sistem sesuai dengan masukan-masukan (dari sensor) yang diterima;
4. Jaringan komunikasi, merupakan medium yang menghubungkan unit master SCADA dengan RTU-RTU di lapangan.

SISTEM SCADA PALING SEDERHANA DI DUNIA!

Sistem SCADA yang paling sederhana yang mungkin bisa dijumpai di dunia adalah sebuah rangkaian tunggal yang memberitahu Anda sebuah kejadian (event). Bayangkan sebuah pabrik yang memproduksi pernak-pernik, setiap kali produk pernak-pernik berhasil dibuat, akan mengaktifkan sebuah saklar yang terhubungkan ke lampu atau alarm untuk memberitahukan bahwa ada satu pernak-pernik yang berhasil dibuat.
Tentunya, SCADA bisa melakukan lebih dari sekedar hal sederhana tersebut. Tetapi prinsipnya sama saja, Sebuah sistem SCADA skala-penuh mampu memantau dan (sekaligus) mengontrol proses yang jauh lebih besar dan kompleks.

 
AKUISISI DATA
 

Pada kenyataannya, Anda membutuhkan pemantauan yang jauh lebih banyak dan kompleks dari sekedar sebuah mesin yang menghasilkan sebuah produk (seperti contoh sebelumnya). Anda mungkin membutuhkan pemantauan terhadap ratusan hingga ribuan sensor yang tersebar di seluruh area pabrik. Beberapa sensor digunakan untuk pengukuran terhadap masukan (misalnya, laju air ke reservoir), dan beberapa sensor digunakan untuk pengukuran terhadap luaran (tekanan, massa jenis, densitas dan lain sebagainya).

Beberapa sensor bisa melakukan pengukuran kejadian secara sederhana yang bisa dideteksi menggunakan saklar ON/OFF, masukan seperti ini disebut sebagai masukan diskrit atau masukan digital. Misalnya untuk mengetahui apakah sebuah alat sudah bekerja (ON) atau belum (OFF), konveyornya sudah jalan (ON) atau belum (OFF), mesinnya sudah mengaduk (ON) atau belum (OFF), dan lain sebagainya. Beberapa sensor yang lain bisa melakukan pengukuran secara kompleks, dimana angka atau nilai tertentu itu sangat penting, masukan seperti ini disebut masukan analog, bisa digunakan untuk mendeteksi perubahan secara kontinu pada, misalnya, tegangan, arus, densitas cairan, suhu, dan lain sebagainya.

Untuk kebanyakan nilai-nilai analog, ada batasan tertentu yang didefinisikan sebelumnya, baik batas atas maupun batas bawah. Misalnya, Anda ingin mempertahankan suhu antara 30 dan 35 derajat Celcius, jika suhu ada di bawah atau diatas batasan tersebut, maka akan memicu alarm (baik lampu dan/atau bunyi-nya). Terdapat empat alarm batas untuk sensor analog: Major Under, Minor Under, Minor Over, dan Major Over Alarm.

 
KOMUNIKASI DATA

Dari contoh sederhana pabrik pernak-pernik, yang dimaksud ‘jaringan’ pada kasus tersebut adalah sekedar kabel yang menghubungkan saklar dengan panel lampu. Kenyataannya, seringkali Anda ingin memantau berbagai macam parameter yang berasal dari berbagai macam sensor di lapangan (pabrik), dengan demikian Anda membutuhkan sebuah jaringan komunikasi untuk melakukannya.
Pada awalnya, SCADA melakukan komunikasi data melalui radio, modem atau jalur kabel serial khusus. Saat ini data-data SCADA dapat disalurkan melalui jaringan Ethernet atau TCP/IP. Untuk alasan keamanan, jaringan komputer untuk SCADA adalah jaringan komputer lokal (LAN - Local Area Network) tanpa harus mengekspos data-data penting di Internet.

Komunikasi SCADA diatur melalui suatu protokol, jika jaman dahulu digunakan protokol khusus yang sesuai dengan produsen SCADA-nya, sekarang sudah ada beberapa standar protokol yang ditetapkan, sehingga tidak perlu khawatir masalah kecocokan komuninkasi lagi.

Karena kebanyakan sensor dan relai kontrol hanyalah peralatan listrik yang sederhana, alat-alat tersebut tidak bisa menghasilkan atau menerjemahkan protokol komunikasi. Dengan demikian dibutuhkan RTU yang menjembatani antara sensor dan jaringan SCADA. RTU mengubah masukan-masukan sensor ke format protokol yang bersangkutan dan mengirimkan ke master SCADA, selain itu RTU juga menerima perintah dalam format protokol dan memberikan sinyal listrik yang sesuai ke relai kontrol yang bersangkutan.

                          Gambar Contoh Jaringan pada Sistem SCADA

PENYAJIAN DATA

Untuk kasus pabrik pernak-pernik kita, satu-satunya tampilan adalah sebuah lampu yang akan menyala saat saklar diaktifkan. Ya, tentu saja kenyataannya bisa puluhan hingga ratusan lampu, bayangkan siapa yang akan Anda minta untuk mengawasi lampu-lampu tersebut, emangnya lampu hiasan? Bukan khan?
Sistem SCADA melakukan pelaporan status berbagai macam sensor (baik analog maupun digital) melalui sebuah komputer khusus yang sudah dibuatkan HMI-nya (Human Machine INterface) atau HCI-nya (Human Computer Interface). Akses ke kontrol panel ini bisa dilakukan secara lokal maupun melalui website. Bahkan saat ini sudah tersedia panel-panel kontrol yang TouchScreen. Perhatikan contoh-contoh gambar dan penjelasan pada STUDI KASUS.

Gambar Contoh akses SCADA melalui website KONTROL

Sayangnya, dalam contoh pabrik pernak-pernik kita tidak ada elemen kontrol. Baiklah, kita tambahkan sebuah kontrol. Misalnya, sekarang operator juga memiliki tombol pada panel kontrol. Saat dia klik pada tombol tersebut, maka saklar di pabrik juga akan ON.
Okey, jika kemudian Anda tambahkan semua kontrol pabrik ke dalam sistem SCADA melalui HMI-nya, maka Anda mendapatkan sebuah kontrol melalui komputer secara penuh, bahkan menggunakan SCADA yang canggih (hampir semua produk perangkat lunak SCADA saat ini sudah canggih-canggih) bisa dilakukan otomasi kontrol atau otomasi proses, tanpa melibatkan campur tangan manusia. Tentu saja, Anda masih bisa secara manual mengontrolnya dari stasion master.

Tentunya, dengan bantuan SCADA, proses bisa lebih efisien, efektif dan meningkatkan profit perusahaan.

Bagaimana mengevaluasi Sistem dan Perangkat Keras SCADA?

Baiklah, sekarang persoalannya adalah petunjuk bagaimana memilih dan memilah sistem SCADA yang baik. Apalagi sistem SCADA akan Anda gunakan hingga 10 sampai 15 tahun yang akan datang, tentunya Anda harus mencari produk-produk yang terkenal reputasinya. Namun hal ini akan berdampak pada investasi yang harus dilakukan, sebuah produk dengan reputasi handal dan terkenal tentu harganya jauh lebih mahal dibandingkan produk-produk SCADA baru yang saat ini mulai banyak bermunculan.

Ada beberapa hal penting yang perlu Anda perhatikan, antara lain:

1. Anda bisa menghabiskan masa depan pabrik dengan ongkos berlebih yang tidak perlu;
2. Kadangkala setelah menghabiskan dana yang sangat besar, akhirnya Anda hanya mendapatkan sebuah sistem yang kurang atau bahkan tidak memenuhi apa yang diinginkan;
3. Atau barangkali saat ini sistem betul-betul memenuhi kebutuhan, tetapi tidak untuk pengembangan masa depan.

Catatan singkat mengenai Sensor dan Jaringan

Sensor dan relai kontrol merupakan komponen yang penting. Tentu saja, ada beberapa sensor yang lebih baik daripada lainnya, namun tersedianya data sheet untuk sebuah sensor akan membantu Anda mengenali lebih detil dari sensor yang bersangkutan, sehingga Anda bisa memilih mana yang terbaik.
Sebuah jaringan (LAN/WAN) berbasis TCP/IP merupakan jaringan yang mudah digunakan, dan jika pabrik Anda belum semuanya memiliki jaringan, transisi ke jaringan LAN bisa jadi merupakan tujuan jangka panjang perusahaan. Namun Anda tidak perlu langsung menerapkan jaringan LAN semuanya untuk mendapatkan keuntungan dari penggunaan SCADA. Sistem SCADA yang baik akan mendukung jaringan lama Anda dan jaringan LAN, sehingga Anda bisa melakukan transisi secara bertahap.

Berikut saya sampaikan beberapa petunjuk (dari pengalaman dan beberapa rujukan dari online maupun offline) dalam membangun sistem SCADA terutama masalah pemilihan RTU dan MTU.

Apa yang perlu Anda perhatikan dalam memilih SCADA RTU

SCADA RTU Anda harus mampu berkomunikasi dengan segala macam peralatan yang di pabrik dan bisa bertahan terhadap berbagai macam kondisi industri (panas, dingin, tekanan dan lain sebagainya). 

Berikut ceklis untuk pemilihan RTU yang berkualitas:

• Kapasitas yang cukup untuk mendukung berbagai macam peralatan di pabrik (dalam cakupan SCADA yang diinginkan), tetapi tidak lebih dari yang dibutuhkan. Jangan sampai Anda membeli RTU dengan kapasitas yang berlebih sedemikian hingga akhirnya tidak akan pernah digunakan, ini adalah pemborosan.
• Konstruksi yang tahan banting dan kemampuan bertahan terhadap suhu dan kelembaban yang ekstrim. Sudah jelas khan? Kalo tidak tahan banting dan tidak bisa bertahan buat apa pasang RTU tersebut? Bisa jadi hasil pengukuran menjadi tidak akurat dan alat jebol.
• Catu daya yang aman dan berlimpah. Sistem SCADA seringkali harus bekerja penuh 24 jam setiap hari. Seharusnya digunakan RTU yang mendukung penggunaan daya dari baterei, idealnya, ada dua sumber catu daya (listrik dan baterei). 
• Port komunikasi yang cukup. Koneksi jaringan sama pentingnya seperti catu daya. Port serial kedua atau modem internal bisa menjaga agar RTU tetap online walaupun jaringan saat itu sedang rusak atau gagal. Selain itu, RTU dengan port komunikasi beragam dapat mendukung strategi migrasi LAN. 
• Memori nonvolatile (NVRAM) untuk menyimpan firmware. NVRAM dapat menyimpan data walaupun catu daya dimatikan. Firmware baru (hasil modifikasi dan lain sebagainya) dapat diunduh ke penyimpan NVRAM melalui jaringan, sehingga kemampuan RTU akan selalu up-to-date (terbaharui) tanpa harus mengunjungi lokasi RTU yang bersangkutan.
• Kontrol cerdas. Sistem SCADA yang canggih saat ini bisa melakukan kontrol dengan sendirinya sesuai dengan program atau pengaturan yang dimasukkan, terutama tanggapan terhadap berbagai macam masukan sensor-sensor. Ini jelas tidak perlu untuk semua aplikasi, namun menawarkan kemudahan operasional.
• Jam waktu-nyata (real-time clock). untuk pencetakan tanggal/waktu pada laporan secara tepat dan akurat;
• Pewaktu watchdog yang memastikan RTU bisa start-ulang setelah terjadinya kegagalan daya (power failure).  

 Tipikal arsitetur RTU

Apa yang perlu Anda perhatikan dalam memilih SCADA MTU

SCADA master atau MTU harus mampu menampilkan berbagai informasi dalam bentuk yang familiar bagi pengguna atau operator-nya. Beberapa hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan SCADA MTU:

• Fleksibel, tanggapan terhadap sensor bisa diprogram. Cari sistem yang menyediakan perangkat yang mudah untuk memprogram soft alarm (laporan kejadian yang kompleks yang merupakan kombinasi antara masukan sensor dan pernyataan tanggal/jam) dan soft control (tanggapan terhadap sensor yang bisa diprogram).
• Bekerja penuh 24/7, peringatan melalui SMS (pager) dan pemberitahuan email secara otomatis. Anda tidak perlu mempekerjakan orang untuk mengamati papan pemantauan 24 jam sehari. Jika peralatan membutuhkan campur tangan manusia, maka secara otomatis sistem akan mengirimkan peringatan melalui SMS atau email ke penanggung-jawab yang bersangkutan.
• Tampilan informasi secara detil. Tentunya Anda ingin sebuah sistem yang menampilkan dalam bahasa harian Anda (Inggris, Indonesia, dll) yang jelas dan sederhana, dengan penjelasan yang lengkap terhadap aktivitas yang sedang terjadi dan bagaimana Anda seharusnya menangani atau menanggapinya. 
• Tapis untuk alarm mengganggu (tidak perlu). Alarm-alarm yang mengganggu akan membuat para staff menjadi tidak peka lagi terhadap pelaporan alarm, dan mereka mulai percaya bahwa semua alarm merupakan alarm menganggu. Akhirnya mereka akan berhenti menanggapi semua alarm termasuk alarm yang kritis (alarm yang benar-benar harus mendapatkan perhatian). Gunakan SCADA yang dapat menapis dan memilah-milah alarm-alarm mana yang mengganggu dan yang kritis.
• Kemampuan pengembangan kedepan. Sebuah sistem SCADA merupakan investasi jangka panjang (10 hingga 15 tahun). Sehingga Anda perlu memastikan kemampuan SCADA untuk pengembangan dalam jangka waktu 15 tahun kedepan.
• Pencadangan yang beragam. Sistem SCADA yang baik mendukung berbagai macam pencadangan master, di beberapa lokasi. Jika master SCADA utama gagal, master yang kedua dalam jaringan akan mengambil alih secara otomatis, tanpa adanya interupsi fungsi pemantauan dan pengontrolan.
• Mendukung berbagai macam tipe protokol dan peralatan. Jika jaman dulu SCADA hanya dbuat untuk protokol-protokol tertentu yang tertutup. Solusi vendor tunggal bukan merupakn ide yang bagus - seringkali vendor tidak lagi menyediakan dukungan untuk produk-produk mereka. Dukungan terhadap berbagai macam protokol yang terbuka akan mengamankan sistem SCADA Anda dari keusangan yang tak-terencana. 

 

Tipikal Arsitektur MTU

Artikel terkait :