SCADA Menggunakan Sistem Komunikasi Sera

Tugas Makalah Sistem Komunikasi Digital
Muhammad Aziz (14520005)
Dosen : DR Ir Iwan Krisnadi MBA
SCADA Menggunakan Sistem Komunikasi Serat Optik
Untuk Monitoring dan Pengendalian Level Tangki
Abstrak
Penerapan sistem komunikasi digital untuk monitoring dan pengendalian jarak jauh
akan terus berkembang dan semakin banyak diterapkan, karena sistem ini sangat memudahkan
operator dalam memantau dan mengontrol plant pada kondisi jarak yang jauh atau pada
keadaan cuaca atau lingkungan yang kurang aman. Fiber optik adalah salah satu media
transmisi yang dapat menyalurkan informasi dengan kapasitas besar dengan kehandalan
keamanan yang tinggi.
Makalah ini akan membahas tentang pemantaun dan pengontrolan level tangki jarak
jauh dengan sistem SCADA. Hasil utama dari sistem yang diusulkan ini meliputi pengukuran
optical power yang diterima pada detektor, menghitung signal to noise ratio pada penerima
optik, dan mencari nilai BER. Pekerjaan ini meliputi penggunaan serat optik dengan sepuluh
sambungan, yang masing-masing memiliki panjang 2 km.
Kata kunci - SCADA, Ethernet, PLC, Fiber Optik, Laser Diode.
1. Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
Manfaat otomasi terlihat di semua

bidang industri maupun di kehidupan seharihari. Otomatisasi menjadikan kontrol proses
menjadi
lebih
efisien,
meningkatkan
produktivitas kerja dan kualitas produksi,
serta mengurangi biaya produksi. Otomatisasi
terus dikembangkan sehingga hal ini bisa
berhasil dalam mengisi semua persyaratan
dari kemajuan teknis hari ini. Peran
komunikasi kontrol adalah untuk bertukar
koneksi antara komputer dan PLC untuk
mengkonfigurasi
program
PLC
dan
mengirimkan data ke tingkat level yang lebih
tinggi untuk kebutuhan operator dalam
memonitoring dan mengontrol suatu plant.
Penggunaan serat optik di sistem

SCADA (Supervisory Control dan Data
Acquisition) meningkat karena keunggulan
penggunaan serat optik. Kecepatan data yang
tinggi dapat dipertahankan tanpa ada
gangguan elektromagnetik atau radio
frekuensi (EMI / RFI). Jarak komunikasi yang

lebih
jauh
dapat
dicapai
daripada
menggunakan kabel tembaga. Ethernet akan
berfungsi dengan baik atas serat optik jika
mengikuti aturan sederhana dalam instalasi
serat optik.
Paper ini menyiratkan
pelaksanaan
sistem
SCADA

yang
memanfaatkan jaringan serat optik untuk
komunikasi antara pusat SCADA dan plant
industri
1.2. Tujuan
Tujuan dari penulisan makalah ini adalah:
1. Untuk mempelajari aplikasi fiber optik
dalam penerapan di sistem SCADA
2. Untuk mempelajari perancangan sistem
monitoring dan pengendalian level tangki
jarak jauh dengan sistem SCADA
3. Penggunaan fiber optik sebagai
infrastruktur untuk sistem SCADA
4. Menghitung nilai Bit of Error (BER) dan
signal to noise ratio (SNR) pada jalur
serat optik.
1.3 Batasan Masalah

Untuk memperjelas ruang lingkup dan
analisa, maka permasalahan lebih ditekankan

pada fungsi Fiber Optik untuk monitoring dan
pengendalian level tangki pada sistem SCADA.
2. Sistem SCADA dan Media Komunikasi
Pengontrolan digital jarak jauh
menggunakan Supervisory Control And Data
Acquisition (SCADA) untuk memantau
perangkat alat ukur dan mengendalikan suatu
sistem. Remote Terminla Unit (RTU) dan
Programmable Logic Control (PLC) merupakan
bagian dari sistem SCADA yang digunakan
untuk memantau perangkat alat ukur dan
sebagai pengendali dalam suatu sistem.
Sistem SCADA digunakan untuk
memantau dan mengontrol plant atau pabrik
seperti sistem pengolahan air, pengendalian
limbah,
energi,
penyulingan
minyak,
penyaluran gas, sistem transportasi atau

fasilitas lainnya. Sistem ini akan melakukan
transfer data antara host komputer SCADA
dengan sejumlah Remote Terminal Unit (RTU)
dan/atau Programmable Logic Controller
(PLC).
Sistem
infrastruktur
monitoring
SCADA dapat menggunakan Local Area
Network (LAN)/Wide Area Network (WAN).
Dan belakang ini sistem SCADA dengan
nirkabel (wireless) semakin banyak digunakan
sebagai infrastruktur untuk jarak yang lebih
jauh.
Sistem SCADA terdiri dari satu atau
lebih perangkat interface data yang dipasang
dilapangan, misalnya RTUs, PLC, yang
terkoneksi ke perangkat sensor dan control
valves [1], [4], [5].


Sistem komunikasi yang digunakan untuk
mentransfer data antara perangkat field
data interface dan perangkat kontrol
dengan komputer di SCADA central host.
Sistem ini bisa menggunakan komunikasi
radio, telepon, kabel, satelit, dll, atau
kombinasi dari ini semua.




Central host computer center disebut juga
sebagai SCADA Pusat, stasiun master, atau
Master Terminal Unit (MTU)
Perangkat lunak/software untuk sistem
SCADA disebut sebagai Human Machine
Interface (HMI) atau Man Machine
Interface (MMI), software yang digunakan
untuk membangun sistem SCADA central

host dan aplikasi terminal operator yang
mendukung
sistem
komunikasi,
memantau dan mengontrol jarak jauh[1],
[9].

Serat optik adalah salah satu pilihan
yang dapat digunakan untuk mentransfer
data antara perangkat field data interface
dan unit kontrol dan komputer di SCADA
central host. Karena teknologi serat optik
memberikan kekebalan terhadap interferensi
elektromagnetik dan interferensi frekuensi
radio, tidak menimbulkan bahaya percikan
api/listrik, tahan terhadap grounding fault
dan transien, peningkatan kapasitas sinyal,
transmisi aman dan koefisien atenuasi sangat
rendah dibandingkan dengan media lainnya
yang jarak transmisi yang lebih besar [1] .

Oleh karena itu serat optik dapat
memberikan cost yang efektif untuk
mengirimkan informasi lebih lanjut untuk
jarak yang lebih jauh dengan keselamatan
terjamin. Jaringan optik dapat beroperasi
pada tingkat low error yang dapat diterima
hanya jika daya optik pada penerima melebihi
some minimum level PR yang disebut sebagai
receiver sensitivity. Batas loss maximum
untuk transmisi jarak Lmax diberikan dengan
persamaan berikut [6], [7]
Lmax   PT  PR  Lc  splice loss 
margin
(1)
Nilai SNR untuk PIN photodiode receiver
dapat dihitung dengan persamaan berikut (7)

Kriteria kinerja untuk receiver
digital diatur oleh bit errore rate (BER). BER

didefinisikan sebagai probabilitas dari
kesalahan identifikasi pada bit by the decision
circuit of receiver [6]. Pada umumnya
receiver optik membutuhkan BER ≤ 1 * 10-9
[8].
BER dengan pengaturan optimal dari decision
thershold diperoleh seperti pada persamaan
berikut [7]:

Sensitivitas receiver kemudian didefinisikan
sebagai nilai minimum rata-rata power Prec
yang terima yang diperlukan receiver untuk
beroperasi pada BER 10 - 9.
3. Deskripsi Sistem
Kemampuan untuk memantau level
tangki air dari lokasi yang jauh akan sangat
berguna dalam situasi tertentu. Hal ini
terutama berlaku jika terdapat beberapa
tangki, atau jika tangki sulit untuk diakses
karena lokasi yang jauh, atau jika ingin

memasang kontrol pompa otomatis.
Diagram blok dari sistem yang
diterapkan ditunjukkan dalam Gambar (1).
PLC yang digunakan dalam pekerjaan ini
adalah CM3-SP32MDTE yang memiliki fitur
maksimal tiga port komunikasi data yang bisa
bekerja secara bersamaan [Ethernet. RS232
andRS485], Cimon HMI, Modbus RTU-TCP,
PLC Link. Link Ethernet terlalu pendek.
Jarak maksimum untuk ethernet adalah tidak
bisa lebih dari 100 meter. Hal ini tidak cukup
dalam berbagai aplikasi. Kontrol pompa dapat
dikendalikan oleh PLC sesuai dengan status
pompa dan kebutuhan proses.
Perangkat human
detect
system
mendeteksi keberadaan orang di sekitar
pompa. Perangkat ini menggunakan dua
detektor gerak (AMN11112) di pintu masuk

lokasi dan mencatat/record jika ada yang
masuk. Sensor ini dipisahkan satu meter
antara satu sama lainnya, dan terisolasi sangat
baik untuk mendeteksi orang yang lewat.
Sensor ini mendeteksi inframerah (sensor
panas) emisi tubuh dan mendeteksi perubahan

dalam
spektrum
inframerah
dengan
menggunakan
quad-type
pyroelectric
element.
Sistem kemudian mengukur
indikasi heat tubuh manuasi yang lewat sesuai
dengan sequence of passages antara kedua
detector. The system then increases or
decreases
its counter according to the
sequence of passages between. Karena Pompa
diperlukan
untuk
dioperasikan,
PLC
memperhitungkan keberadaan manusia di
sekitar area pompa. Sistem akan memberikan
alarm audio dan visual, agar
ketika
mengoperasikan pompa dalam keadaan aman.
Sistem
monitoring
level
tangki
digunakan
untuk
memonitoring
dan
mengukur level fluida dalam tangki. Agar
dapat malakukan pengontrolan level pada
tangki, set point pompa akan disesuaikan
dengan pembacaan level tangki.
3.1. Link Komunikasi
Gambar (3 & 4) menunjukkan tata letak
link komunikasi dan diagram blok untuk
sistem full duplex dalam dua arah. Sinyal
listrik yang masuk dari Ethernet diubah
menjadi sinyal optik dengan menggunakan
dioda laser pada sisi pemancar. Kemudian
dikirim melalui serat optik. Pada sisi
penerima, replika dari sinyal listrik akan
dikonversikan kembali ke dalam bentuk
sinyal listrik.
Dioda laser digunakan sebagai optical
carrier generator dalam pemancaran dengan
emitted optical power adalah -10 dB dengan
panjang gelombang 1300 nm yang
dipancarkan ke serat pada tegangan tinggi.
Sistem komunikasi menggunakan modulasi
intensitas laser dioda di mana output daya
yang dipancarkan dari dioda bervariasi sesuai
dengan nilai input sinyal listrik yang
diterapkan, yang berasal dari output Ethernet
PLC.
Jenis deteksi langsung digunakan dalam
penerima, untuk mendeteksi sinyal optik yang
tiba di foto detektor. Dalam hal ini output
sinyal listrik dari detektor berbanding lurus
dengan sinyal optik insiden. InGaAs / INP
PIN Photodiode dengan responsif 0,36 A/W
pada 1300 nm yang digunakan pada sisi
penerima.

Sepuluh gulungan kabel serat optik
dengan type single mode memiliki jarak
komunikasi 2 km per gulungnya akan
digunakan dalam sistem jaringan komunikasi.
Jadi, total panjang serta optik adalah 20 km.
Sepuluh gulungan fiber optik ini akan
dihubungkan satu sama lain dengan splices.
Setiap sambungan memiliki kerugian
0.035dB.

Grapik yang ditunjukkan pada Gambar
(5) menunjukkan hubungan antara SNR ke
BER sistem. BER dihitung menggunakan
persamaan 3. Gambar (6) menunjukkan
perubahan SNR terhadap jarak transmisi yang
dihitung menurut persamaan 2. Perhitungan
power budget menunjukkan bahwa panjang
maksimum serat optik dapat mencapai
30.71.km.

4. Hasil
Hasil utama dari sistem yang diusulkan
adalah meliputi pengukuran optical power
yang diterima pada detektor, dan menghitung
signal to noise ratio pada penerima optik
kemudian mencari nilai BER sesuai dengan
persamaan yang disebutkan di atas. Pekerjaan
ini meliputi penggunaan serat optik sepuluh
sambungan, yang masing-masing memiliki
panjang 2 km. Jadi, total panjang menjadi 20
km.

5. Kesimpulan
Sistem yang disarankan ini menawarkan
peningkatan jarak
komunikasi karena
menggunakan serat optik sebagai media
transmisi dan memberikan alternatif yang
baik untuk sistem nirkabel dalam hal biaya
dan kompleksitas. Jaringan serat optik juga
dikenal dengan kehandalan sistem yang lebih
baik, sistem dapat beroperasi dengan baik,
dengan nilai BER yang bisa diterima seperti
yang ditunjukkan dalam grafik.

6. Daftar Pustaka
[1]
Dr. Salih Mohammed Salih, "
Practical Implementation of SCADA System
for Falluja Substation", Anbar Journal of
Engineering Sciences, AJES-2009, Vol. 2, No.
2.
[2]
Zhang De-fu, Haung Ming-Jian,
Xu Cui-cui and Tang Zhe “The principles PLC
and applications in n-juan, “constrsction
material industry”, Proceedings of the 2009
International Workshop on Information
Security and Application (IWISA 2009),
Qingdao,
China, November 21-22, 2009.
[3]
EnginOzdemir and
MevlutKaracor, “Mobile phone based
SCADA for industrial automation”, ISA
Transactions, Volume 45, Number 1, January
2006, pages 67–75.
[4]
Aretz, K., Haardt, M., Konhauser,
W., and Mohr W., The future wireless
communications beyond the third generation.
Comput.Netw. 37, 83–92 ,2001.

[5]
Warcuse, J., Menz, B., and Payne,
J. R., Servers in SCADA applications. IEEE
Trans. Ind. Appl. 9 (2), 1295–1334,1997.
[6]
Govind P Agrawal, 2002,
"Fiber Optic Communication Systems",
third edition, Willy interscience.
[7]
Max Ming-Kang Lu, 1996,
"Principles and Applications of Optical
Communication",IRWIN.
[8]
Donald H. Rice, Gerd E. Keiser,
"Applications of fiber optics to tactical
communication systems", IEEE
Communication Magazine, May, V-23, N5. 1985.
[9]
Communication Technologies, Inc.
“Supervisory Control and Data Acquisition
(SCADA) Systems”, October 2004.
http://www.ncs.gov/library/tech_bulletins/20
04/tib_04-1

Lampiran

Gambar1. Block diagram dari sistem yang diusulkan

Gambar 2. Proposed system layout based on wireles communications link

Gambar 3. Proposed system layout based on Fiber Optic communications link

Gambar 4. Block diagram of the Ethernet to optical fiber converter system

Gambar 5. BER versus SNR

Gambar 6. SNR versus length of optical fiber link