PEMBUATAN HMI SCADA MENGGUNAKAN · PDF file... dengan konfigurasi sebuah CPU dengan modul...
-
Upload
trannguyet -
Category
Documents
-
view
233 -
download
3
Transcript of PEMBUATAN HMI SCADA MENGGUNAKAN · PDF file... dengan konfigurasi sebuah CPU dengan modul...
1
PEMBUATAN HMI SCADA MENGGUNAKAN PEMROGRAMAN DELPHIDENGAN RTU PLC SIEMENS S7-400 BERBASIS JARINGAN ETHERNET
Moh. Imam Afandi
Puslit KIM-LIPI, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314
INTISARI
Pemrograman HMI (Human Machine Interface) SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)
menggunakan perangkat lunak Delphi sudah diujicobakan pada plant sistem pengendalian proses dengan
RTU (Remote Terminal Unit) PLC Siemens S7-400 berbasis jaringan ethernet. HMI SCADA yang dibuat
ini menggunakan komponen opensource Libnodave untuk dapat mengakses modul komunikasi ethernet
CP-443 pada PLC Siemens S7-400. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa HMI SCADA menggunakan
pemrograman Delphi dengan komponen opensource Libnodave telah berhasil melakukan komunikasi
dengan modul komunikasi ethernet CP-443 dan dapat mengakses I/O yang dibutuhkan pada PLC
Siemens S7-400.
Kata kunci : HMI SCADA, pemrograman Delphi, komponen opensource Libnodave, modul komunikasi
ethernet CP-443, PLC Siemens S7-400.
ABSTRACT
The programming of HMI (Human Machine Interface) SCADA (Supervisory Control and Data
Acquisition) using Delphi software has been tested and evaluated for plant process control system with
RTU PLC Siemens S7-400 based on ethernet networking. it is also use opensource delphi component
Libnodave to communicate with CP-443 ethernet module in Siemens PLC S7-400. The results is HMI
SCADA using Delphi programming with Libnodave opensource component has been succeed to
communicate with CP-443 ethernet module and make access the necessary I/O for Siemens PLC S7-400.
Keywords : HMI SCADA, Delphi programming, Libnodave opensource component, CP-443 ethernet
module, Siemens PLC S7-400.
PENDAHULUAN
Penggunaan perangkat lunak HMI (Human Machine Interface) SCADA
(Supervisory Control and Data Acquisition) pada suatu sistem pengendalian plant
sekarang ini sangatlah memegang peranan yang cukup penting. Perangkat lunak HMI
ini sangat memudahkan pengguna untuk mengendalikan sistem plant dari master
control yang dapat melakukan tugas sebagai supervisi plant, akuisisi data dan
2
pengendalian plant dengan fasilitas tampilan visual yang menggambarkan kondisi plant
yang sebenarnya.
Perangkat lunak HMI SCADA sebenarnya juga bukan merupakan hal yang asing
bagi kalangan praktisi otomasi dan insinyur industri. Tipenya banyak sekali dan ada
beberapa yang sudah sangat terkenal, seperti misalnya Wonderware Intouch, Citect,
Intellution Fix, WinCC, RSView, dsb. Perangkat lunak HMI ada yang sifatnya universal
yang mendukung semua tipe PLC dan protokol komunikasi dan ada juga yang
didedikasikan hanya untuk tipe PLC tertentu dan protokol komunikasi yang terbatas.
Semua perangkat lunak HMI yang bersifat komersial di atas sangat memudahkan
penggunanya dalam melakukan pemrograman secara visual, mengakses alamat I/O dan
melakukan animasi dari setiap komponen yang akan dibuatnya. Sehingga menjadi
kompensasi bahwa HMI yang sudah komersial dan sudah terkenal tersebut terbilang
cukup mahal karena sebanding dengan fasilitas kemudahan pemrograman dan jumlah
akses perangkat keras PLC serta protokol komunikasi yang diberikan. Namun
sebenarnya juga tidak menutup kemungkinan bagi kita membuat perangkat lunak HMI
sendiri yang dapat mengakses secara langsung menggunakan driver PLC/protokol
komunikasi atau secara tidak langsung dengan menggunakan OPC Server untuk
mengakses driver PLC/protokol komunikasi sebagai suatu solusi murah tanpa
bergantung dari perangkat lunak HMI komersial seperti yang telah disebutkan
sebelumnya.
Menindaklanjuti solusi murah pembuatan perangkat lunak HMI tanpa bergantung
dari HMI yang sudah komersial di atas, maka telah dilakukan pembuatan HMI
menggunakan pemrograman Delphi, dimana dalam tulisan ini memanfaatkan plant
sistem pengendalian proses level, aliran, tekanan dan temperatur yang ada di ruang
laboratorium proses bidang instrumentasi KIM-LIPI dengan RTU(Remote Terminal
Unit) PLC Siemens S7-400 berbasis jaringan ethernet. HMI SCADA yang dibuat ini
menggunakan komponen opensource Libnodave untuk dapat mengakses modul
komunikasi ethernet CP-443 pada PLC Siemens S7-400.
DASAR TEORI SISTEM SCADA
Berbicara mengenai teknologi SCADA sebenarnya sudah ada sejak awal tahun
60-an, sehingga pada perkembangannya sekarang ini sudah mengalami evolusi yang
cukup signifikan dalam penerapannya. Secara definisi menurut ISA(The
Instrumentation, Systems and Automation Society), SCADA merupakan teknologi yang
3
memberikan kemudahan bagi pengguna untuk mendapatkan data dari satu atau lebih
dari beberapa fasilitas yang berjauhan dan/atau mengirimkan beberapa instruksi
pengendalian ke beberapa fasilitas tersebut[1]. Kemudian jika dilihat secara arsitektur,
sistem SCADA mempunyai elemen-elemen penting, antara lain operator, HMI, MTU,
komunikasi dan RTU seperti yang diberikan pada gambar 1 berikut ini :
Gambar 1. Arsitektur Global Sistem SCADA
Khusus untuk HMI(Human Machine Interface) dalam sistem SCADA, terdapat
beberapa fungsi yang harus dipenuhi sebagai berikut[2] :
Overview plant with animation system Alarm handling acknowledgement Historical faults, alarms and events monitoring Real time data logging system Remote setpoint (optional) Spreadsheet Report generator
4
Archiving Charting and historical trending Security system
DESKRIPSI SISTEM
Sistem yang akan diintegrasikan menjadi sistem SCADA ini adalah seperangkat
PLC Siemens S7-400[3,4,5] dengan konfigurasi sebuah CPU dengan modul komunikasi
ethernet Siemens CP-443 serta modul-modul I/O yang dikoneksikan melalui jalur data
profibus karena mempunyai tipe slot S7-300. PLC Siemens S7-400 ini telah
diintegrasikan ke suatu plant sistem pengendalian proses level, aliran, tekanan dan
temperatur. Deskripsi sistem plant dapat diberikan seperti pada gambar 2 berikut ini :
Gambar 2. Deskripsi Sistem Plant
Dimana hubungan I/O yang dipakai oleh plant dengan PLC Siemens S7-400 dapat
diberikan pada tabel 1.berikut ini:
5
Tabel 1. Konfigurasi I/O yang dipakai oleh plantNo. Nama Komponen Plant I/O
1. Alarm MW50.0
2. Start/stop motor MW50.1
3. On/off stop valve MW50.2
4. Sensor level MD64
5. Limit level low MD40
6. Limit level high MD42
7. Sensor aliran MD62
8. Sensor temperatur MD58
9. Sensor tekanan level MD60
Selanjutnya untuk pemrograman HMI, dipilih pemrograman visual Borland
Delphi 7 Trial[6] dengan komponen opensource Libnodave[7] yang merupakan
komponen protokol komunikasi ke PLC Siemens yang dapat diperoleh secara gratis di
sourceforge.net.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Percobaan HMI SCADA menggunakan pemrograman Delphi dengan RTU PLC
Siemens S7-400 melalui komunikasi ethernet ini dilakukan dalam jaringan lokal
intranet KIM-LIPI. Dari sisi RTU, modul komunikasi ethernet CP-443 menggunakan
alamat IP 192.168.89.172 dengan alamat IP gateway 192.168.89.3. Selain itu, untuk
dapat berkomunikasi dengan PLC Siemens S7-400 dengan komunikasi ethernet, pada
komponen opensource Libnodave dipilih setting protokol “ISO over TCP” dengan
pemilihan CPU Rack 0 dan Slot 2. Selanjutnya hasil disain HMI menggunakan
pemrograman Delphi dapat diberikan seperti pada gambar 3 berikut ini :
6
Gambar 3. Tampilan Overview Plant HMI SCADA
Hasil disain HMI yang diberikan pada gambar 2 merupakan fasilitas overview
plant dimana dapat dilihat bahwa terdapat suatu motor pompa yang dikendalikan secara
on/off untuk menghisap air dari suatu bak penampung dan air dipompakan ke atas
melalui percabangan, yang satu ke arah rotameter dan yang satunya dikembalikan lagi
ke bak penampung. Dari rotameter, air kemudian dialirkan melalui orifice dan flow
transmitter yang selanjutnya ke control valve dengan terkoneksi PID kontroler yang
dikendalikan secara lokal dan setelah itu air dialirkan masuk ke tangki. Dari tangki,
ketinggian air yang masuk dideteksi oleh differential pressure transmitter dan di bagian
bawah tangki juga diberi fasilitas stop valve yang dikendalikan secara on/off dan kran
manual untuk pembuangan air dari tangki ke bak penampung. Keluaran I/O untuk setiap
sensor sudah diskalakan menjadi satuan ukurnya, dimana untuk sensor level
menggunakan satuan %, untuk sensor aliran menggunakan satuan l/mnt, sensor tekanan
level menggunakan satuan mmH20 dan sensor temperatur menggunakan satuan 0C.
Untuk tampilan charting and historical trending, dapat diberikan seperti pada
gambar 4 berikut ini:
7
Gambar 4. Tampilan Charting dan Historical Trending HMI SCADA
Pada gambar 4 dapat dilihat bahwa hasil grafik dari data empat besaran fisis
yang terdiri dari level, aliran, tekanan dan temperatur mengalami banyak spike
(loncatan) data yang tidak wajar. Hal ini disebabkan oleh ketidakkontinuan data yang
salah satunya dari jalur data komunikasi yang kurang bagus, grounding kabel data yang
kurang bagus, algoritma pemrograman yang kurang handal, dsb. Untuk mengatasi
permasalahan ini salah satunya bisa diselesaikan dengan memberikan nilai data buffer
yang menampung data sebelumnya. Sehingga jika terjadi loncatan data yang tidak wajar
dimana perbedaan data melebihi batas kecepatan perubahan sensor, maka perangkat
lunak HMI mengambil data buffer sebelumnya sebagai data sekarang. Pemanfaatan data
buffer ini dalam pemrograman HMI ini dapat diberikan seperti pada Gambar 5. berikut
ini :
8
Gambar 5. Tabel Data HMI SCADA
Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa data pengukuran dalam HMI SCADA
terdapat kolom data value, kolom data buffer, dan kolom data num error. Sudah
dijelaskan bahwa data buffer merupakan data value dari waktu cuplik sebelumnya.
Namun untuk kolom num error digunakan sebagai penghitung jumlah kecepatan
perubahan sensor yang melebihi batas yang ditetapkan dalam keadaan terus menerus.
Jika nilai num error melebihi jumlah yang ditetapkan maka sinyal data dari sensor
tersebut dapat dikatakan bad/rusak. Sehingga hasil grafik filter data pada HMI SCADA
dapat diberikan pada gambar 6 berikut ini :
9
Gambar 5. Hasil Grafik Filter Data HMI SCADA
Selain itu pula pada bagian header atas dari tampilan HMI yang dibuat juga
diberikan fasilitas untuk melihat kondisi tanggal dan waktu sekarang secara real-time
dalam orde detik, tabel historical alarm yang terjadi, tombol acknowledgement untuk
mematikan bunyi alarm, tombol untuk melihat historical data logging, tombol untuk
melihat data logging secara grafik, tombol untuk melihat tabel data sekarang, dan
tombol untuk melihat overview plant.
KESIMPULAN
Dari hasil pemrograman dan percobaan telah didapatkan bahwa pembuatan HMI
SCADA menggunakan pemrograman Delphi dengan komponen opensource Libnodave
telah berhasil melakukan komunikasi dengan modul komunikasi ethernet CP-443 dan
dapat mengakses I/O yang dibutuhkan pada PLC Siemens S7-400.
SARAN
Untuk langkah selanjutnya, hasil pemrograman ini akan disempurnakan lagi
menjadi lebih handal dengan tampilan visualisasi yang tidak kalah dengan HMI yang
sudah komersial. Alternatif lain dalam pemilihan pemrograman HMI ini bisa
10
menggunakan Lazarus IDE merupakan versi free dan opensource yang mempunyai
tampilan mirip dengan pemrograman Delphi. Sehingga biaya(cost) dalam pembuatan
HMI bisa menjadi berkurang dan menjadi solusi pembuatan HMI SCADA yang murah
bagi industri menengah dan industri kecil.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Krutz, Ronald L., 2006. Securing SCADA Systems, ISBN-13: 978-0-7645-9787-9, Wiley Publishing Inc.
[2] Bailey, David and Wright, Edwin. 2003. Practical SCADA for Industry, ISBN 07506 58053, IDC Technologies.
[3] ...., 2002. Simatic S7-400 : The Most Powerfull PLC, Product Brief, Siemens.
[4] ...., 2002. Siemens Simatic : Configuring Hardware and Communication Connections with STEP 7 V5.2, Manual book, Siemens.
[5] ...., 2002. Siemens Simatic : Working with STEP 7 V5.2, Manual book, Siemens.
[6] URL: http://www.borland.com/products/downloads/download_delphi.html
[7] URL: http://sourceforge.net/projects/libnodave