Komunikasi PLC ke DCS atau ke Sesama PLC

Rangkuman Diskusi KBK Instrumentasi 21 September 2006 ndash 6 Oktober 2006 Milis Migas Indonesia httpgroupsyahoocomgroupMigas_Indonesia Migas Indonesia Online httpwwwmigas-indonesiacom Migas Indonesia Network httpwwwmigas-indonesianet

Editor 1048707Windra Gumilar 1048707Swastioko Budhi Suryanto 1048707Moderator KBK Instrumentasi

Muchamad Nurul Hudha ndash Jetec Indonesia

Rekan-rekan minta pencerahan tentang media komunikasi PLC ke DCS atau ke PLC lain vendor keuntungan-keuntungannya serta kerugiannya apa ya Misalnya RS-232 RS-422 RS-485 Foundation Fieldbus dsb

Priyo Adi Sesotyo - Freeport Indonesia

Pak Nurul sebenarnya kalau keuntungan dan kerugiannya tergantung dari brand PLCDCS tersebut Sepertinya masing-masing brand memiliki media komunikasi sendiri Contoh seperti PLC merek Siemens karena dia Europe minded jadi memakai Profibus Atau AB dia punya banyak media komunikasi untuk berbagai tipe PLC keluaran dia sendiri Sebenarnya media komunikasi yang paling umum itu Modbus Namun modbus memiliki tingkat kesukaran yang lebih tinggi karena ada banyak hal yang harus diset Saya rasa berhubung anda satu kantor dengan Ibu Enung bisa ditanyakan lebih detail padanya yang setahu saya spesialis dalam bidang AB Apalagi saya dengar Jetec juga punya proyek menggunakan Yokogawa Untuk Yokogawa DCS dia punya modul komunikasi khusus yang support Modbus walau dia punya media komunikasi yang dedicated untuk sistem miliknya Mohon tambahan dan koreksinya dari rekan-rekan yang lebih expert di bidang ini

Muhammad Padli - Asia Karsa Indah

Setahu saya biasanya setiap PLCDCS keluaran tahun 2000-an sudah support ethernet communication Jadi sebenarnya komunikasi tersebut sudah bukan masalah lagi Komunikasi serial (RS232 dll) jelas memiliki kemampuan transfer data yang terbatas sehingga tidak disarankan untuk aplikasi-aplikasi critical

Arief Rahman Thanura ndash VICO Indonesia

1

Menurut saya mesti jelas dulu yang dimaksud pertanyaannya akan dibatasi hanya pada Physical Layer atau maksudnya Data Communication secara umum RS-232 RS-485 setahu saya adalah Physical Layer sementara kalau Fieldbus sudah cover hampir semua OSI Layer Jadi membandingkan RS-232 RS-485 dan Fieldbus akan sulit karena tidak apple-to-apple Lalu keuntungan dan kerugiannya in terms of apa Cost Speed of Response Openness Mungkin kalau menunjukkan aplikasinya untuk apa akan lebih mudah membuat perbanding advantage amp disadvantage Pakarnya yang beginian Pak Waskita tuh Kalau saya tahunya cuma kulit-kulitnya saja jadi sorry kalau ngasih masukannya juga kulit-kulitnya saja He he

Maison Des Arnoldi ndash Pertamina Unit Pengolahan II Dumai

Menggunakan modbus sejauh ini masih lebih unggul untuk PLC ke DCS dan sebaliknya untuk PLC satu ke vendor PLC lainnya Pertanyaannya untuk apa dikomunikasikan apa yang mau disharing Mungkin yang bisa disatukan pada level MMI-nya tetapi dari masing-masing PLCnya ke network sebaiknya menggunakan modbus lagi

Adi Harianto ndash Yokogawa Indonesia

Mungkin saat ini masih banyak yang menggunakan Modbus untuk komunikasi antar process control (PLCDCS) namun lambat laun mungkin sudah kurang digunakan mengingat sudah banyak equipment yang support OPC Bisa juga sih disatukan di level MMI namun yang harus diingat apakah MMI dengan PLC sudah bisa integrated alias bisa langsung mengambil data-data IO-nya Yang sulit kadangkala adalah ketika ada penambahan dan PLC existing harus di integrasikan juga bersama dengan system baru mau nggak mau modbus kembali digunakan RS-232 RS-422 RS-485 ==gt modbus ASCII RTU Ethernet ==gt modbus TCP (kecepatan lebih tinggi dari modbus ASCII RTU) Fieldbus ==gt ini biasa digunakan untuk komunikasi dengan field instrument (full digital) dan keuntungannya hemat kabel namun systemnya cukup mahal juga sih

Waskita Indrasutanta - Wifgasindo Dinamika Instrument Engineering

Maaf baru ikut nimbrung karena sebelumnya tidak keperhatian dan kini saya tambahkan bidang Keahlian (instr) pada email subject seperti ketentuan Moderator Milis agar anggota bisa memilah topik menarik yang akan dibaca Modbus protocol (berasal dari singkatan Modicon Bus) yang awalnya dikembangkan oleh Modicon (kini Schneider Automation) pada akhir dekade 1970-an telah mengalami perkembangan mulai dari Modbus dimana ada satu yang bertindak sebagai Modbus Master dan lainnya adalah Modbus Slave (sering disebut sebagai Modbus RTU) Karena diperlukan komunikasi dalam bentuk teks maka dibuat pula Modbus ASCII yang kemudian karena tuntutan kecepatan dikembangkan pula Modbus Plus Dengan perkembangan teknologi jaringan yang menggunakan Ethernet dan TCPIP maka Modbus dibungkus (encapsulated) untuk bisa ditransmisikan melalui Ethernet dan muncul dengan nama ModbusTCP

2

Modicon membuka teknologinya secara cuma-cuma dan teknologi ini mendapat sambutan yang sangat baik sebagai industrial protocol pada zaman itu Banyak vendor menggunakan Modbus untuk peralatan mereka sehingga memudahkan integrasi dari satu sistem dengan sistem lainnya Dengan demikian Modbus mengklaim dirinya sebagai standard de facto untuk industrial protocol yang sampai saat ini masih banyak dipergunakan Teknologi industrial data communication juga terus berkembang dengan munculnya OPC (OLE for Process Control OLE = Object Linking amp Embedding) yang mendukung V-T-Q (Value-Time-Quality) Industrial protocol yang lama seperti Modbus hanya mengkomunikasikan Value (parity check optional) sehingga Modbus OPC Server melakukan time stamping dengan menggunakan dari RTC (Real Time Clock) pada PC dimana OPC Server tersebut dijalankan dan Quality atau status flag diberikan berdasarkan komunikasi Kalau komunikasi normal maka diberikan status good sedangkan pada keadaan communication error diberikan status bad FOUNDATION FieldbusTM (FF) dan Profibus PA (keduanya Fieldbus) menggunakan Physical Layer dan Data Link Layer dari OSI (Open System Interconnect) Model yang sama dengan kecepatan 3125 kbps sedangkan lapisan diatasnya berbeda Selain Value peralatan FOUNDATION FieldbusTM juga mengirimkan StatusQuality berdasarkan keluaran fasilitas FF Device internal diagnostics Jadi sinyal StatusQuality tidak hanya berdasarkan status komunikasi melainkan dari banyak hal yang dilakukan oleh fasilitas internal diagnostics sehingga integritas sinyal lebih terjamin dan kondisi peralatan FOUNDATION FieldbusTM bisa diketahui secara online Kita mengenal komunikasi synchronous dan asynchronous Saat ini FOUNDATION FieldbusTM adalah satu-satunya industrial protocol yang menggunakan komunikasi yang disebut dengan istilah baru iso-chronuos Komunikasi iso-chronous dilakukan dimana scanning dan eksekusi dibuat berurutan [input] --gt [function block] --gt [output] --gt [input] --gt [function block] --gt [output] --gt dst sehingga konsistensi algoritma kontrol terjamin Sebagai pembanding semua sistem yang lain masih melakukannya secara acak sesuai dengan arsitektur sistem dan desainnya IO Module melakukan scanning-nya sendiri dari IO Point 1 --gt 2 --gt --gt n --gt 1 --gt dst IO Bus juga melakukan scanning-nya sendiri dari Module 1 --gt 2 --gt --gt n --gt 1 --gt dst Eksekusi function block berbeda dari satu sistem dan lainnya Beberapa PLC bisa dikonfigurasikan berdasarkan Ladder Diagram dari atas ke bawah (kolom) --gt kolom kiri ke kolom kanan --gt dst Kesemuanya itu menghasilkan behaviour system yang berbeda-beda Kebanyakan vendor mengandalkan kecepatan sistem (orde millisecond) sehingga tidak terlihat oleh mata kita akan tetapi perbedaan bisa terdeteksi dari cara konfigurasi berbeda yang menghasilkan hasil yang berbeda (maaf agak sulit menjelaskannya secara tertulis dan singkat) Keuntungan dari komunikasi iso-chronous ini (konsistensi algoritma kontrol) tidak bisa didapatkan pada peralatan FOUNDATION FieldbusTM yang diintegrasikan dengan DCS atau PLC yang tidak iso-chronous Meskipun diatas kertas kelihatannya sistem FOUNDATION FieldbusTM menghemat kabel (satu FF-H1 network untuk beberapa peralatan FOUNDATION FieldbusTM) tetapi kenyatannya tidaklah memberikan penghematan yang substantial karena kita harus menambahkan beberapa aksesories Saya kurang setuju dengan pendapat namun sistemnya cukup mahal juga pada email dari Adi Harianto karena sebenarnya sistem FOUNDATION Fieldbus TM yang baik adalah yang menggunakan sistem arsitektur FCS (Field Control System) atau sementara orang menyebut sebagai CIF (Control In the Field) di mana sebanyak mungkin function block berada dan berjalan di peralatan FOUNDATION FieldbusTM Sistem FOUNDATION FieldbusTM dengan arsitektur FCS atau CIF menggunakan Lingking Device (peralatan penghubung) yang juga bisa difungsikan sebagai pengontrol (menggunakan FOUNDATION FieldbusTM function blocks) yang harganya jauh lebih murah dibandingkan pengontrol DCS Jadi kalau sistem seperti yang

3

dikatakan oleh Adi Harianto Fieldbus ==gt Ini biasa digunakan untuk komunikasi dengan field instrument (full digital) maka kita tidak mendapatkan semua keuntungan dari teknologi ini Selain komunikasi digital FOUNDATION Fieldbus TM juga sebagai semacam programming language untuk strategi kontrol dimana peralatan FOUNDATION FieldbusTM bersama Host System merupakan kesatuan yang tidak bisa dipisahkan Saya membuat satu ilustrasi perbandingan harga DCS dan sistem FOUNDATION FieldbusTM FF (system FCS) yang akan saya posting di milis sebagai referensi anda Harga peralatan FOUNDATION FieldbusTM lebih mahal sekitar 10~15 (berbeda dari satu vendor dan lainnya) dibandingkan Smart Conventional Field Device Harga komponen-komponen DCS saya kutip dari salah satu publikasi di majalah (dapat kiriman dari rekan Pertamina) harga komponen FCS Host System saya ambil dari price list principal yang kami ageni Selain itu dengan komunikasi secara full digital sistem FOUNDATION FieldbusTM tidak lagi menggunakan AD dan DA converter yang menambahkan error atau uncertainty pada sinyal sehingga dari sensor - transmisi - function block ndash actuator semuanya digital tanpa adanya penambahan error atau uncertainty sepanjang proses Kembali pada pertanyaan awal dari diskusi ini Pak Arief Thanura sudah mempertanyakan maksud dari pertanyaan ini dan menjelaskan beberapa hal seperti RS-232 RS-422 RS-485 hanyalah physical layer bukan protocol Interoperability hanya terjadi kalau keseluruhan OSI Model dari Physical Layer sampai dengan User Layer adalah interoperable Seseorang tidak bisa mengklaim sistemnya adalah open kalau hanya berdasarkan adanya Ethernet port dan mendukung TCPIP --gt ini hanyalah sebagian Layers dari OSI Model Ethernet berada di Physical Layer dan bukan protocol Ethernet adalah protocol yang independen (bukan ModbusTCP saja) dan bisa membawa multiple protocol (lebih dari satu protocol melalui Ethernet yang sama) Tidak ada jawaban pasti tetapi keuntungan dan kerugiannya tergantung dari aplikasi penggunaan dan kepentingannya (dengan proses dan kondisi masing-masing) Modbus Modbus Plus dan ModbusTCP banyak dipergunakan untuk integrasi satu sistem dan lainnya tetapi hanya untuk sistems yang mendukung protocol Modbus tersebut FF-H1 hanya untuk integrasi antar peralatan FOUNDATION FieldbusTM FF-HSE hanya untuk integrasi (FF Link) dari Host System FOUNDATION Fieldbus TM FF-H1 dan FF Host System Baik FF-H1 maupun FF-HSE meskipun bisa tetapi kurang tepat untuk dipergunakan sebagai media komunikasi antar PLC dengan DCS atau PLC dengan PLC Untuk aplikasi-aplikasi yang berhubungan dengan Safety Network dan protocol yang dipergunakan harus mendapatkan sertifikasi dan persetujuan dari pihak yang berwenang Semoga informasi ini berguna Maaf agak berkepanjangan tetapi baik agar bisa dirangkum untuk kelengkapan library kita semua Apabila ada yang ingin memberikan komentar atau berdiskusi lebih lanjut silahkan posting untuk memperkaya pengetahuan kita semua

Tambahan dari Editor KBK Instrumentasi Milis Migas Indonesia

Industrial Data Communications ndash Fundamentals

This tutorial on the fundamentals of communications is broken down into the following sections

4

diams Communication Modes diams Synchronous versus Asynchronous diams Data Coding diams Open Systems Model

Communication Modes In any communications link connecting two devices data can either be sent in one of three communications modes

diams Simplex diams Half Duplex diams Duplex

These are indicated below

A simplex system is one that is designed for sending messages in one direction only This is illustrated in figure 1 This is of limited interest in an industrial communications system as feedback from the instrument is essential to confirm the action requested has indeed occurred

Half duplex communications occurs when data flows in both directions although in only one direction at a time Half duplex communications (as discussed later) is provided by the RS-485 physical standard (to be discussed later) where only one station can transmit at a time A protocol (which can be thought of as the pattern of bits and bytes) can be half duplex as well ndash an example here is Modbus

5

In a full duplex system the data can flow in both directions simultaneously Examples of hardware standards supporting full duplex are the physical standard EIA-232E (sometimes referred to as RS-232C)

Synchronous versus Asynchronous There are two approaches possible in transmitting data over a communications link The asynchronous approach is the more basic one used by EIA-232E which operates at a lower speed The higher speed Local Area Networks running at 10 Mbits operate using the more efficient synchronous communications An asychronous system is one in which each character or byte is sent within a frame The receiver does not start detection until it receives the first bit known as the start bit The start bit is in the opposite voltage state to the idle voltage and allows the receiver to synchronise to the bits following An asychronous frame may have the following format

diamsStart Bit Signals the start of the frame diams Data Usually 7 or 8 bits of data but can be 5 or 6 diams Parity Bit Optional Error detection bit diams Stop bits Usually 1 15 or 2 bits

Figure 5 - Asynchronous Frame Format

A synchronous system uses a string of bits to synchronise the receiver before the data is detected Synchronous systems detect bits by a change in voltage rather than by reading an absolute value as with asynchronous systems A typical synchronous system frame format is shown below in figure 6

diamsPreamble This comprises one or more bytes that allow the receiving unit to synchronise with the frame

diams SFD The start of frame delimiter signals the beginning of the frame

6

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

Menurut saya mesti jelas dulu yang dimaksud pertanyaannya akan dibatasi hanya pada Physical Layer atau maksudnya Data Communication secara umum RS-232 RS-485 setahu saya adalah Physical Layer sementara kalau Fieldbus sudah cover hampir semua OSI Layer Jadi membandingkan RS-232 RS-485 dan Fieldbus akan sulit karena tidak apple-to-apple Lalu keuntungan dan kerugiannya in terms of apa Cost Speed of Response Openness Mungkin kalau menunjukkan aplikasinya untuk apa akan lebih mudah membuat perbanding advantage amp disadvantage Pakarnya yang beginian Pak Waskita tuh Kalau saya tahunya cuma kulit-kulitnya saja jadi sorry kalau ngasih masukannya juga kulit-kulitnya saja He he

Maison Des Arnoldi ndash Pertamina Unit Pengolahan II Dumai

Menggunakan modbus sejauh ini masih lebih unggul untuk PLC ke DCS dan sebaliknya untuk PLC satu ke vendor PLC lainnya Pertanyaannya untuk apa dikomunikasikan apa yang mau disharing Mungkin yang bisa disatukan pada level MMI-nya tetapi dari masing-masing PLCnya ke network sebaiknya menggunakan modbus lagi

Adi Harianto ndash Yokogawa Indonesia

Mungkin saat ini masih banyak yang menggunakan Modbus untuk komunikasi antar process control (PLCDCS) namun lambat laun mungkin sudah kurang digunakan mengingat sudah banyak equipment yang support OPC Bisa juga sih disatukan di level MMI namun yang harus diingat apakah MMI dengan PLC sudah bisa integrated alias bisa langsung mengambil data-data IO-nya Yang sulit kadangkala adalah ketika ada penambahan dan PLC existing harus di integrasikan juga bersama dengan system baru mau nggak mau modbus kembali digunakan RS-232 RS-422 RS-485 ==gt modbus ASCII RTU Ethernet ==gt modbus TCP (kecepatan lebih tinggi dari modbus ASCII RTU) Fieldbus ==gt ini biasa digunakan untuk komunikasi dengan field instrument (full digital) dan keuntungannya hemat kabel namun systemnya cukup mahal juga sih

Waskita Indrasutanta - Wifgasindo Dinamika Instrument Engineering

Maaf baru ikut nimbrung karena sebelumnya tidak keperhatian dan kini saya tambahkan bidang Keahlian (instr) pada email subject seperti ketentuan Moderator Milis agar anggota bisa memilah topik menarik yang akan dibaca Modbus protocol (berasal dari singkatan Modicon Bus) yang awalnya dikembangkan oleh Modicon (kini Schneider Automation) pada akhir dekade 1970-an telah mengalami perkembangan mulai dari Modbus dimana ada satu yang bertindak sebagai Modbus Master dan lainnya adalah Modbus Slave (sering disebut sebagai Modbus RTU) Karena diperlukan komunikasi dalam bentuk teks maka dibuat pula Modbus ASCII yang kemudian karena tuntutan kecepatan dikembangkan pula Modbus Plus Dengan perkembangan teknologi jaringan yang menggunakan Ethernet dan TCPIP maka Modbus dibungkus (encapsulated) untuk bisa ditransmisikan melalui Ethernet dan muncul dengan nama ModbusTCP

2

Modicon membuka teknologinya secara cuma-cuma dan teknologi ini mendapat sambutan yang sangat baik sebagai industrial protocol pada zaman itu Banyak vendor menggunakan Modbus untuk peralatan mereka sehingga memudahkan integrasi dari satu sistem dengan sistem lainnya Dengan demikian Modbus mengklaim dirinya sebagai standard de facto untuk industrial protocol yang sampai saat ini masih banyak dipergunakan Teknologi industrial data communication juga terus berkembang dengan munculnya OPC (OLE for Process Control OLE = Object Linking amp Embedding) yang mendukung V-T-Q (Value-Time-Quality) Industrial protocol yang lama seperti Modbus hanya mengkomunikasikan Value (parity check optional) sehingga Modbus OPC Server melakukan time stamping dengan menggunakan dari RTC (Real Time Clock) pada PC dimana OPC Server tersebut dijalankan dan Quality atau status flag diberikan berdasarkan komunikasi Kalau komunikasi normal maka diberikan status good sedangkan pada keadaan communication error diberikan status bad FOUNDATION FieldbusTM (FF) dan Profibus PA (keduanya Fieldbus) menggunakan Physical Layer dan Data Link Layer dari OSI (Open System Interconnect) Model yang sama dengan kecepatan 3125 kbps sedangkan lapisan diatasnya berbeda Selain Value peralatan FOUNDATION FieldbusTM juga mengirimkan StatusQuality berdasarkan keluaran fasilitas FF Device internal diagnostics Jadi sinyal StatusQuality tidak hanya berdasarkan status komunikasi melainkan dari banyak hal yang dilakukan oleh fasilitas internal diagnostics sehingga integritas sinyal lebih terjamin dan kondisi peralatan FOUNDATION FieldbusTM bisa diketahui secara online Kita mengenal komunikasi synchronous dan asynchronous Saat ini FOUNDATION FieldbusTM adalah satu-satunya industrial protocol yang menggunakan komunikasi yang disebut dengan istilah baru iso-chronuos Komunikasi iso-chronous dilakukan dimana scanning dan eksekusi dibuat berurutan [input] --gt [function block] --gt [output] --gt [input] --gt [function block] --gt [output] --gt dst sehingga konsistensi algoritma kontrol terjamin Sebagai pembanding semua sistem yang lain masih melakukannya secara acak sesuai dengan arsitektur sistem dan desainnya IO Module melakukan scanning-nya sendiri dari IO Point 1 --gt 2 --gt --gt n --gt 1 --gt dst IO Bus juga melakukan scanning-nya sendiri dari Module 1 --gt 2 --gt --gt n --gt 1 --gt dst Eksekusi function block berbeda dari satu sistem dan lainnya Beberapa PLC bisa dikonfigurasikan berdasarkan Ladder Diagram dari atas ke bawah (kolom) --gt kolom kiri ke kolom kanan --gt dst Kesemuanya itu menghasilkan behaviour system yang berbeda-beda Kebanyakan vendor mengandalkan kecepatan sistem (orde millisecond) sehingga tidak terlihat oleh mata kita akan tetapi perbedaan bisa terdeteksi dari cara konfigurasi berbeda yang menghasilkan hasil yang berbeda (maaf agak sulit menjelaskannya secara tertulis dan singkat) Keuntungan dari komunikasi iso-chronous ini (konsistensi algoritma kontrol) tidak bisa didapatkan pada peralatan FOUNDATION FieldbusTM yang diintegrasikan dengan DCS atau PLC yang tidak iso-chronous Meskipun diatas kertas kelihatannya sistem FOUNDATION FieldbusTM menghemat kabel (satu FF-H1 network untuk beberapa peralatan FOUNDATION FieldbusTM) tetapi kenyatannya tidaklah memberikan penghematan yang substantial karena kita harus menambahkan beberapa aksesories Saya kurang setuju dengan pendapat namun sistemnya cukup mahal juga pada email dari Adi Harianto karena sebenarnya sistem FOUNDATION Fieldbus TM yang baik adalah yang menggunakan sistem arsitektur FCS (Field Control System) atau sementara orang menyebut sebagai CIF (Control In the Field) di mana sebanyak mungkin function block berada dan berjalan di peralatan FOUNDATION FieldbusTM Sistem FOUNDATION FieldbusTM dengan arsitektur FCS atau CIF menggunakan Lingking Device (peralatan penghubung) yang juga bisa difungsikan sebagai pengontrol (menggunakan FOUNDATION FieldbusTM function blocks) yang harganya jauh lebih murah dibandingkan pengontrol DCS Jadi kalau sistem seperti yang

3

dikatakan oleh Adi Harianto Fieldbus ==gt Ini biasa digunakan untuk komunikasi dengan field instrument (full digital) maka kita tidak mendapatkan semua keuntungan dari teknologi ini Selain komunikasi digital FOUNDATION Fieldbus TM juga sebagai semacam programming language untuk strategi kontrol dimana peralatan FOUNDATION FieldbusTM bersama Host System merupakan kesatuan yang tidak bisa dipisahkan Saya membuat satu ilustrasi perbandingan harga DCS dan sistem FOUNDATION FieldbusTM FF (system FCS) yang akan saya posting di milis sebagai referensi anda Harga peralatan FOUNDATION FieldbusTM lebih mahal sekitar 10~15 (berbeda dari satu vendor dan lainnya) dibandingkan Smart Conventional Field Device Harga komponen-komponen DCS saya kutip dari salah satu publikasi di majalah (dapat kiriman dari rekan Pertamina) harga komponen FCS Host System saya ambil dari price list principal yang kami ageni Selain itu dengan komunikasi secara full digital sistem FOUNDATION FieldbusTM tidak lagi menggunakan AD dan DA converter yang menambahkan error atau uncertainty pada sinyal sehingga dari sensor - transmisi - function block ndash actuator semuanya digital tanpa adanya penambahan error atau uncertainty sepanjang proses Kembali pada pertanyaan awal dari diskusi ini Pak Arief Thanura sudah mempertanyakan maksud dari pertanyaan ini dan menjelaskan beberapa hal seperti RS-232 RS-422 RS-485 hanyalah physical layer bukan protocol Interoperability hanya terjadi kalau keseluruhan OSI Model dari Physical Layer sampai dengan User Layer adalah interoperable Seseorang tidak bisa mengklaim sistemnya adalah open kalau hanya berdasarkan adanya Ethernet port dan mendukung TCPIP --gt ini hanyalah sebagian Layers dari OSI Model Ethernet berada di Physical Layer dan bukan protocol Ethernet adalah protocol yang independen (bukan ModbusTCP saja) dan bisa membawa multiple protocol (lebih dari satu protocol melalui Ethernet yang sama) Tidak ada jawaban pasti tetapi keuntungan dan kerugiannya tergantung dari aplikasi penggunaan dan kepentingannya (dengan proses dan kondisi masing-masing) Modbus Modbus Plus dan ModbusTCP banyak dipergunakan untuk integrasi satu sistem dan lainnya tetapi hanya untuk sistems yang mendukung protocol Modbus tersebut FF-H1 hanya untuk integrasi antar peralatan FOUNDATION FieldbusTM FF-HSE hanya untuk integrasi (FF Link) dari Host System FOUNDATION Fieldbus TM FF-H1 dan FF Host System Baik FF-H1 maupun FF-HSE meskipun bisa tetapi kurang tepat untuk dipergunakan sebagai media komunikasi antar PLC dengan DCS atau PLC dengan PLC Untuk aplikasi-aplikasi yang berhubungan dengan Safety Network dan protocol yang dipergunakan harus mendapatkan sertifikasi dan persetujuan dari pihak yang berwenang Semoga informasi ini berguna Maaf agak berkepanjangan tetapi baik agar bisa dirangkum untuk kelengkapan library kita semua Apabila ada yang ingin memberikan komentar atau berdiskusi lebih lanjut silahkan posting untuk memperkaya pengetahuan kita semua

Tambahan dari Editor KBK Instrumentasi Milis Migas Indonesia

Industrial Data Communications ndash Fundamentals

This tutorial on the fundamentals of communications is broken down into the following sections

4

diams Communication Modes diams Synchronous versus Asynchronous diams Data Coding diams Open Systems Model

Communication Modes In any communications link connecting two devices data can either be sent in one of three communications modes

diams Simplex diams Half Duplex diams Duplex

These are indicated below

A simplex system is one that is designed for sending messages in one direction only This is illustrated in figure 1 This is of limited interest in an industrial communications system as feedback from the instrument is essential to confirm the action requested has indeed occurred

Half duplex communications occurs when data flows in both directions although in only one direction at a time Half duplex communications (as discussed later) is provided by the RS-485 physical standard (to be discussed later) where only one station can transmit at a time A protocol (which can be thought of as the pattern of bits and bytes) can be half duplex as well ndash an example here is Modbus

5

In a full duplex system the data can flow in both directions simultaneously Examples of hardware standards supporting full duplex are the physical standard EIA-232E (sometimes referred to as RS-232C)

Synchronous versus Asynchronous There are two approaches possible in transmitting data over a communications link The asynchronous approach is the more basic one used by EIA-232E which operates at a lower speed The higher speed Local Area Networks running at 10 Mbits operate using the more efficient synchronous communications An asychronous system is one in which each character or byte is sent within a frame The receiver does not start detection until it receives the first bit known as the start bit The start bit is in the opposite voltage state to the idle voltage and allows the receiver to synchronise to the bits following An asychronous frame may have the following format

diamsStart Bit Signals the start of the frame diams Data Usually 7 or 8 bits of data but can be 5 or 6 diams Parity Bit Optional Error detection bit diams Stop bits Usually 1 15 or 2 bits

Figure 5 - Asynchronous Frame Format

A synchronous system uses a string of bits to synchronise the receiver before the data is detected Synchronous systems detect bits by a change in voltage rather than by reading an absolute value as with asynchronous systems A typical synchronous system frame format is shown below in figure 6

diamsPreamble This comprises one or more bytes that allow the receiving unit to synchronise with the frame

diams SFD The start of frame delimiter signals the beginning of the frame

6

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

Modicon membuka teknologinya secara cuma-cuma dan teknologi ini mendapat sambutan yang sangat baik sebagai industrial protocol pada zaman itu Banyak vendor menggunakan Modbus untuk peralatan mereka sehingga memudahkan integrasi dari satu sistem dengan sistem lainnya Dengan demikian Modbus mengklaim dirinya sebagai standard de facto untuk industrial protocol yang sampai saat ini masih banyak dipergunakan Teknologi industrial data communication juga terus berkembang dengan munculnya OPC (OLE for Process Control OLE = Object Linking amp Embedding) yang mendukung V-T-Q (Value-Time-Quality) Industrial protocol yang lama seperti Modbus hanya mengkomunikasikan Value (parity check optional) sehingga Modbus OPC Server melakukan time stamping dengan menggunakan dari RTC (Real Time Clock) pada PC dimana OPC Server tersebut dijalankan dan Quality atau status flag diberikan berdasarkan komunikasi Kalau komunikasi normal maka diberikan status good sedangkan pada keadaan communication error diberikan status bad FOUNDATION FieldbusTM (FF) dan Profibus PA (keduanya Fieldbus) menggunakan Physical Layer dan Data Link Layer dari OSI (Open System Interconnect) Model yang sama dengan kecepatan 3125 kbps sedangkan lapisan diatasnya berbeda Selain Value peralatan FOUNDATION FieldbusTM juga mengirimkan StatusQuality berdasarkan keluaran fasilitas FF Device internal diagnostics Jadi sinyal StatusQuality tidak hanya berdasarkan status komunikasi melainkan dari banyak hal yang dilakukan oleh fasilitas internal diagnostics sehingga integritas sinyal lebih terjamin dan kondisi peralatan FOUNDATION FieldbusTM bisa diketahui secara online Kita mengenal komunikasi synchronous dan asynchronous Saat ini FOUNDATION FieldbusTM adalah satu-satunya industrial protocol yang menggunakan komunikasi yang disebut dengan istilah baru iso-chronuos Komunikasi iso-chronous dilakukan dimana scanning dan eksekusi dibuat berurutan [input] --gt [function block] --gt [output] --gt [input] --gt [function block] --gt [output] --gt dst sehingga konsistensi algoritma kontrol terjamin Sebagai pembanding semua sistem yang lain masih melakukannya secara acak sesuai dengan arsitektur sistem dan desainnya IO Module melakukan scanning-nya sendiri dari IO Point 1 --gt 2 --gt --gt n --gt 1 --gt dst IO Bus juga melakukan scanning-nya sendiri dari Module 1 --gt 2 --gt --gt n --gt 1 --gt dst Eksekusi function block berbeda dari satu sistem dan lainnya Beberapa PLC bisa dikonfigurasikan berdasarkan Ladder Diagram dari atas ke bawah (kolom) --gt kolom kiri ke kolom kanan --gt dst Kesemuanya itu menghasilkan behaviour system yang berbeda-beda Kebanyakan vendor mengandalkan kecepatan sistem (orde millisecond) sehingga tidak terlihat oleh mata kita akan tetapi perbedaan bisa terdeteksi dari cara konfigurasi berbeda yang menghasilkan hasil yang berbeda (maaf agak sulit menjelaskannya secara tertulis dan singkat) Keuntungan dari komunikasi iso-chronous ini (konsistensi algoritma kontrol) tidak bisa didapatkan pada peralatan FOUNDATION FieldbusTM yang diintegrasikan dengan DCS atau PLC yang tidak iso-chronous Meskipun diatas kertas kelihatannya sistem FOUNDATION FieldbusTM menghemat kabel (satu FF-H1 network untuk beberapa peralatan FOUNDATION FieldbusTM) tetapi kenyatannya tidaklah memberikan penghematan yang substantial karena kita harus menambahkan beberapa aksesories Saya kurang setuju dengan pendapat namun sistemnya cukup mahal juga pada email dari Adi Harianto karena sebenarnya sistem FOUNDATION Fieldbus TM yang baik adalah yang menggunakan sistem arsitektur FCS (Field Control System) atau sementara orang menyebut sebagai CIF (Control In the Field) di mana sebanyak mungkin function block berada dan berjalan di peralatan FOUNDATION FieldbusTM Sistem FOUNDATION FieldbusTM dengan arsitektur FCS atau CIF menggunakan Lingking Device (peralatan penghubung) yang juga bisa difungsikan sebagai pengontrol (menggunakan FOUNDATION FieldbusTM function blocks) yang harganya jauh lebih murah dibandingkan pengontrol DCS Jadi kalau sistem seperti yang

3

dikatakan oleh Adi Harianto Fieldbus ==gt Ini biasa digunakan untuk komunikasi dengan field instrument (full digital) maka kita tidak mendapatkan semua keuntungan dari teknologi ini Selain komunikasi digital FOUNDATION Fieldbus TM juga sebagai semacam programming language untuk strategi kontrol dimana peralatan FOUNDATION FieldbusTM bersama Host System merupakan kesatuan yang tidak bisa dipisahkan Saya membuat satu ilustrasi perbandingan harga DCS dan sistem FOUNDATION FieldbusTM FF (system FCS) yang akan saya posting di milis sebagai referensi anda Harga peralatan FOUNDATION FieldbusTM lebih mahal sekitar 10~15 (berbeda dari satu vendor dan lainnya) dibandingkan Smart Conventional Field Device Harga komponen-komponen DCS saya kutip dari salah satu publikasi di majalah (dapat kiriman dari rekan Pertamina) harga komponen FCS Host System saya ambil dari price list principal yang kami ageni Selain itu dengan komunikasi secara full digital sistem FOUNDATION FieldbusTM tidak lagi menggunakan AD dan DA converter yang menambahkan error atau uncertainty pada sinyal sehingga dari sensor - transmisi - function block ndash actuator semuanya digital tanpa adanya penambahan error atau uncertainty sepanjang proses Kembali pada pertanyaan awal dari diskusi ini Pak Arief Thanura sudah mempertanyakan maksud dari pertanyaan ini dan menjelaskan beberapa hal seperti RS-232 RS-422 RS-485 hanyalah physical layer bukan protocol Interoperability hanya terjadi kalau keseluruhan OSI Model dari Physical Layer sampai dengan User Layer adalah interoperable Seseorang tidak bisa mengklaim sistemnya adalah open kalau hanya berdasarkan adanya Ethernet port dan mendukung TCPIP --gt ini hanyalah sebagian Layers dari OSI Model Ethernet berada di Physical Layer dan bukan protocol Ethernet adalah protocol yang independen (bukan ModbusTCP saja) dan bisa membawa multiple protocol (lebih dari satu protocol melalui Ethernet yang sama) Tidak ada jawaban pasti tetapi keuntungan dan kerugiannya tergantung dari aplikasi penggunaan dan kepentingannya (dengan proses dan kondisi masing-masing) Modbus Modbus Plus dan ModbusTCP banyak dipergunakan untuk integrasi satu sistem dan lainnya tetapi hanya untuk sistems yang mendukung protocol Modbus tersebut FF-H1 hanya untuk integrasi antar peralatan FOUNDATION FieldbusTM FF-HSE hanya untuk integrasi (FF Link) dari Host System FOUNDATION Fieldbus TM FF-H1 dan FF Host System Baik FF-H1 maupun FF-HSE meskipun bisa tetapi kurang tepat untuk dipergunakan sebagai media komunikasi antar PLC dengan DCS atau PLC dengan PLC Untuk aplikasi-aplikasi yang berhubungan dengan Safety Network dan protocol yang dipergunakan harus mendapatkan sertifikasi dan persetujuan dari pihak yang berwenang Semoga informasi ini berguna Maaf agak berkepanjangan tetapi baik agar bisa dirangkum untuk kelengkapan library kita semua Apabila ada yang ingin memberikan komentar atau berdiskusi lebih lanjut silahkan posting untuk memperkaya pengetahuan kita semua

Tambahan dari Editor KBK Instrumentasi Milis Migas Indonesia

Industrial Data Communications ndash Fundamentals

This tutorial on the fundamentals of communications is broken down into the following sections

4

diams Communication Modes diams Synchronous versus Asynchronous diams Data Coding diams Open Systems Model

Communication Modes In any communications link connecting two devices data can either be sent in one of three communications modes

diams Simplex diams Half Duplex diams Duplex

These are indicated below

A simplex system is one that is designed for sending messages in one direction only This is illustrated in figure 1 This is of limited interest in an industrial communications system as feedback from the instrument is essential to confirm the action requested has indeed occurred

Half duplex communications occurs when data flows in both directions although in only one direction at a time Half duplex communications (as discussed later) is provided by the RS-485 physical standard (to be discussed later) where only one station can transmit at a time A protocol (which can be thought of as the pattern of bits and bytes) can be half duplex as well ndash an example here is Modbus

5

In a full duplex system the data can flow in both directions simultaneously Examples of hardware standards supporting full duplex are the physical standard EIA-232E (sometimes referred to as RS-232C)

Synchronous versus Asynchronous There are two approaches possible in transmitting data over a communications link The asynchronous approach is the more basic one used by EIA-232E which operates at a lower speed The higher speed Local Area Networks running at 10 Mbits operate using the more efficient synchronous communications An asychronous system is one in which each character or byte is sent within a frame The receiver does not start detection until it receives the first bit known as the start bit The start bit is in the opposite voltage state to the idle voltage and allows the receiver to synchronise to the bits following An asychronous frame may have the following format

diamsStart Bit Signals the start of the frame diams Data Usually 7 or 8 bits of data but can be 5 or 6 diams Parity Bit Optional Error detection bit diams Stop bits Usually 1 15 or 2 bits

Figure 5 - Asynchronous Frame Format

A synchronous system uses a string of bits to synchronise the receiver before the data is detected Synchronous systems detect bits by a change in voltage rather than by reading an absolute value as with asynchronous systems A typical synchronous system frame format is shown below in figure 6

diamsPreamble This comprises one or more bytes that allow the receiving unit to synchronise with the frame

diams SFD The start of frame delimiter signals the beginning of the frame

6

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

dikatakan oleh Adi Harianto Fieldbus ==gt Ini biasa digunakan untuk komunikasi dengan field instrument (full digital) maka kita tidak mendapatkan semua keuntungan dari teknologi ini Selain komunikasi digital FOUNDATION Fieldbus TM juga sebagai semacam programming language untuk strategi kontrol dimana peralatan FOUNDATION FieldbusTM bersama Host System merupakan kesatuan yang tidak bisa dipisahkan Saya membuat satu ilustrasi perbandingan harga DCS dan sistem FOUNDATION FieldbusTM FF (system FCS) yang akan saya posting di milis sebagai referensi anda Harga peralatan FOUNDATION FieldbusTM lebih mahal sekitar 10~15 (berbeda dari satu vendor dan lainnya) dibandingkan Smart Conventional Field Device Harga komponen-komponen DCS saya kutip dari salah satu publikasi di majalah (dapat kiriman dari rekan Pertamina) harga komponen FCS Host System saya ambil dari price list principal yang kami ageni Selain itu dengan komunikasi secara full digital sistem FOUNDATION FieldbusTM tidak lagi menggunakan AD dan DA converter yang menambahkan error atau uncertainty pada sinyal sehingga dari sensor - transmisi - function block ndash actuator semuanya digital tanpa adanya penambahan error atau uncertainty sepanjang proses Kembali pada pertanyaan awal dari diskusi ini Pak Arief Thanura sudah mempertanyakan maksud dari pertanyaan ini dan menjelaskan beberapa hal seperti RS-232 RS-422 RS-485 hanyalah physical layer bukan protocol Interoperability hanya terjadi kalau keseluruhan OSI Model dari Physical Layer sampai dengan User Layer adalah interoperable Seseorang tidak bisa mengklaim sistemnya adalah open kalau hanya berdasarkan adanya Ethernet port dan mendukung TCPIP --gt ini hanyalah sebagian Layers dari OSI Model Ethernet berada di Physical Layer dan bukan protocol Ethernet adalah protocol yang independen (bukan ModbusTCP saja) dan bisa membawa multiple protocol (lebih dari satu protocol melalui Ethernet yang sama) Tidak ada jawaban pasti tetapi keuntungan dan kerugiannya tergantung dari aplikasi penggunaan dan kepentingannya (dengan proses dan kondisi masing-masing) Modbus Modbus Plus dan ModbusTCP banyak dipergunakan untuk integrasi satu sistem dan lainnya tetapi hanya untuk sistems yang mendukung protocol Modbus tersebut FF-H1 hanya untuk integrasi antar peralatan FOUNDATION FieldbusTM FF-HSE hanya untuk integrasi (FF Link) dari Host System FOUNDATION Fieldbus TM FF-H1 dan FF Host System Baik FF-H1 maupun FF-HSE meskipun bisa tetapi kurang tepat untuk dipergunakan sebagai media komunikasi antar PLC dengan DCS atau PLC dengan PLC Untuk aplikasi-aplikasi yang berhubungan dengan Safety Network dan protocol yang dipergunakan harus mendapatkan sertifikasi dan persetujuan dari pihak yang berwenang Semoga informasi ini berguna Maaf agak berkepanjangan tetapi baik agar bisa dirangkum untuk kelengkapan library kita semua Apabila ada yang ingin memberikan komentar atau berdiskusi lebih lanjut silahkan posting untuk memperkaya pengetahuan kita semua

Tambahan dari Editor KBK Instrumentasi Milis Migas Indonesia

Industrial Data Communications ndash Fundamentals

This tutorial on the fundamentals of communications is broken down into the following sections

4

diams Communication Modes diams Synchronous versus Asynchronous diams Data Coding diams Open Systems Model

Communication Modes In any communications link connecting two devices data can either be sent in one of three communications modes

diams Simplex diams Half Duplex diams Duplex

These are indicated below

A simplex system is one that is designed for sending messages in one direction only This is illustrated in figure 1 This is of limited interest in an industrial communications system as feedback from the instrument is essential to confirm the action requested has indeed occurred

Half duplex communications occurs when data flows in both directions although in only one direction at a time Half duplex communications (as discussed later) is provided by the RS-485 physical standard (to be discussed later) where only one station can transmit at a time A protocol (which can be thought of as the pattern of bits and bytes) can be half duplex as well ndash an example here is Modbus

5

In a full duplex system the data can flow in both directions simultaneously Examples of hardware standards supporting full duplex are the physical standard EIA-232E (sometimes referred to as RS-232C)

Synchronous versus Asynchronous There are two approaches possible in transmitting data over a communications link The asynchronous approach is the more basic one used by EIA-232E which operates at a lower speed The higher speed Local Area Networks running at 10 Mbits operate using the more efficient synchronous communications An asychronous system is one in which each character or byte is sent within a frame The receiver does not start detection until it receives the first bit known as the start bit The start bit is in the opposite voltage state to the idle voltage and allows the receiver to synchronise to the bits following An asychronous frame may have the following format

diamsStart Bit Signals the start of the frame diams Data Usually 7 or 8 bits of data but can be 5 or 6 diams Parity Bit Optional Error detection bit diams Stop bits Usually 1 15 or 2 bits

Figure 5 - Asynchronous Frame Format

A synchronous system uses a string of bits to synchronise the receiver before the data is detected Synchronous systems detect bits by a change in voltage rather than by reading an absolute value as with asynchronous systems A typical synchronous system frame format is shown below in figure 6

diamsPreamble This comprises one or more bytes that allow the receiving unit to synchronise with the frame

diams SFD The start of frame delimiter signals the beginning of the frame

6

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

diams Communication Modes diams Synchronous versus Asynchronous diams Data Coding diams Open Systems Model

Communication Modes In any communications link connecting two devices data can either be sent in one of three communications modes

diams Simplex diams Half Duplex diams Duplex

These are indicated below

A simplex system is one that is designed for sending messages in one direction only This is illustrated in figure 1 This is of limited interest in an industrial communications system as feedback from the instrument is essential to confirm the action requested has indeed occurred

Half duplex communications occurs when data flows in both directions although in only one direction at a time Half duplex communications (as discussed later) is provided by the RS-485 physical standard (to be discussed later) where only one station can transmit at a time A protocol (which can be thought of as the pattern of bits and bytes) can be half duplex as well ndash an example here is Modbus

5

In a full duplex system the data can flow in both directions simultaneously Examples of hardware standards supporting full duplex are the physical standard EIA-232E (sometimes referred to as RS-232C)

Synchronous versus Asynchronous There are two approaches possible in transmitting data over a communications link The asynchronous approach is the more basic one used by EIA-232E which operates at a lower speed The higher speed Local Area Networks running at 10 Mbits operate using the more efficient synchronous communications An asychronous system is one in which each character or byte is sent within a frame The receiver does not start detection until it receives the first bit known as the start bit The start bit is in the opposite voltage state to the idle voltage and allows the receiver to synchronise to the bits following An asychronous frame may have the following format

diamsStart Bit Signals the start of the frame diams Data Usually 7 or 8 bits of data but can be 5 or 6 diams Parity Bit Optional Error detection bit diams Stop bits Usually 1 15 or 2 bits

Figure 5 - Asynchronous Frame Format

A synchronous system uses a string of bits to synchronise the receiver before the data is detected Synchronous systems detect bits by a change in voltage rather than by reading an absolute value as with asynchronous systems A typical synchronous system frame format is shown below in figure 6

diamsPreamble This comprises one or more bytes that allow the receiving unit to synchronise with the frame

diams SFD The start of frame delimiter signals the beginning of the frame

6

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

In a full duplex system the data can flow in both directions simultaneously Examples of hardware standards supporting full duplex are the physical standard EIA-232E (sometimes referred to as RS-232C)

Synchronous versus Asynchronous There are two approaches possible in transmitting data over a communications link The asynchronous approach is the more basic one used by EIA-232E which operates at a lower speed The higher speed Local Area Networks running at 10 Mbits operate using the more efficient synchronous communications An asychronous system is one in which each character or byte is sent within a frame The receiver does not start detection until it receives the first bit known as the start bit The start bit is in the opposite voltage state to the idle voltage and allows the receiver to synchronise to the bits following An asychronous frame may have the following format

diamsStart Bit Signals the start of the frame diams Data Usually 7 or 8 bits of data but can be 5 or 6 diams Parity Bit Optional Error detection bit diams Stop bits Usually 1 15 or 2 bits

Figure 5 - Asynchronous Frame Format

A synchronous system uses a string of bits to synchronise the receiver before the data is detected Synchronous systems detect bits by a change in voltage rather than by reading an absolute value as with asynchronous systems A typical synchronous system frame format is shown below in figure 6

diamsPreamble This comprises one or more bytes that allow the receiving unit to synchronise with the frame

diams SFD The start of frame delimiter signals the beginning of the frame

6

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

diamsDestination The address to which the frame is sent diams Source The address from which the frame is sent diams Length Indicates the number of bytes in the data field diams Data The actual message diams FCS The Frame Check Sequence is for error detection

Figure 6 - Typical Synchronous System Frame Format

Data Coding An agreed standard code allows the receiver to understand the messages sent by a transmitter The number of bits in the code determines the maximum number of unique characters or symbols that can be represented The most common character set in the Western World is the American Standard Code for Information Interchange (or ASCII)

For example in the table lsquoDrsquo = ASCII code in binary 1000100

Open Systems Model In digital data communications wiring together of two or more devices is one of the first steps in establishing a network As well as this hardware requirement software must also be addressed The OSI reference Model consists of the following seven layers

7

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

diamsLayer 1 Physical Layer Electrical and Mechanical definition of the system diams Layer 2 Data Link Layer Framing and Error correction format of the data diams Layer 3 Network Layer Optimum routing of messages from one network to

another diams Layer 4 Transport Layer Channel for transfer of messages of one application

process to another diams Layer 5 Session Layer Organisation and synchronisation of the data exchange diams Layer 6 Presentation Layer Data format or representation diams Layer 7 Application Layer File Transfer message exchange

The OSI Model can be visualised as a collection of entities such as software programs situated at each of the seven layers It provides an overall framework for the vendor in which to package their communications solutions comprising the hardware communications links and the protocols In the world of instrumentation this OSI model is often simplified to use only three layers

diams Layer 1 Physical Layer diams Layer 2 Data Link Layer diams Layer 3 Application Layer

8

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

This simplifies the operation of the overall system significantly You will notice that there is another layer mentioned in the three layer model above entitled User layer This is not part of the OSI model but is a critical part of the overall system and will be discussed later under Fieldbus systems

Examples of how these layers are applied

diams RS-232 and RS-485 are examples of the Physical Layer diams The Modbus Protocol is an example of the Data Link Layer diams Ethernet comprises the Physical and Data Link Layers diams The HART smart instrumentation protocol comprises the Physical Data Link and

Application Layers diams Profibus and Foundation FieldbusTM comprise the Physical Data Link and Application

Layers

9

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10

Figure 9 ndash OSI ndash Fieldbus Model

Daftar Pustaka 1 httpwwwidc-onlinecom 2 For want to know more about Industrial Ethernet Network please visit

http

10