Master Station

Software System Of SCADA 1

THE MASTER STATION

Stasion master dapat diakses oleh banyak operator yang terhubung dengan

system komunikasi yang digunakan. System komunikasi yang digunakan dapat

berupa modem dan radio transmitter/receiver. Komunikasi semacam ini dapat

menggunakan sistem jaringan kabel bawah tanah (landline system). Pada umunya

tidak ada modul input/output yang tersambung secara fisik dengan master station,

meskipun lokasi RTU (receiver transmitter unit) berada didekat ruang control

utama/master station. Kelebihan yang dimiliki stasiun master antara lain:

• Operator dapat mengetahui status RTU dan kerja dari operator control

• Dapat memasukan data dari RTU

• Dapat menseting alarm dari RTU

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

• Tempat pengolahan data dari RTU dan submaster station

• Sebagai alat pengontrol pada station lain

Bentuk penyambungan untuk jaringan master station dapat dilihat pada gambar

berikut:


Pensetingan pada submaster station merupakan hal penting, karena

submaster station adalah pengontrol langsung pada alat-alat yang berada

ditempatnya masing-masing. Fungsi dari submaster station adalah sebagai berikut:

• Mengolah data dari RTU yang berhubungan dengan submaster station

yang dimaksud

• Memperlihatkan data kerja yang telah dilakukan operator station local

• Mengembalikan data ke station master

• Meneruskan perintah dari station master ke RTU yang dimaksud

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


Submaster station memiliki fungsi khusus yaitu:

1. Pengontrol komunikasi yang mandiri

• Melakukan konfigurasi pada masing-masig RTU

• Menginisialisasi tiap RTU dengan input/output yang dimilikinya

• Memberi perintah dan mengakuisisi data pada tiap RTU

2. Link komunikasi

• Meneruskan komunikasi dari RTU ke master station dan sebaliknya,

dati master station ke RTU.

• Memperlihatkan informasi kerja alarm dan informasi kerja pada hard

disk

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

berbeda

3. Diagnostic

• Sebagai serever pengolah informasi jika RTU terjadi eror

• Memprediksi masalah penting seperti kelebihan data

A. Software Master Station

Ada 3 buah komponen untuk bisa membentuk software pada master station:

• OS software

• System SCADA

• Aplikasi software SCADA

Selain 3 komponen tersebut, masih ada komponen lain yang sangat penting,

yaitu firmware seperti BIOS yang berfungsi sebagai antar muka antara OS

dengan hardware computer. Contoh dari operating system yang dapat

digunaan adalah DOS, windows, windows NT, dan operation system lainya.

B. System SCADA Software

Hal ini mengacu pada software yang support dengan system SCADA. Secara

umum system software SCADA, terdiri dari 4 bagian utama, yaitu:

• Bagian akuisisi data


• Bagian pengontrol

• Bagain penyimpanan

• Bagian interface dengan manusia atau mesin

C. Local Area Network

Untuk membentuk suatu system komunikasi antara master station,

submaster station dan RTU dapat menggunakan LAN. Dimana master station

merupakan master servernya, submaster station merupakan client dari master

station, sedangkan RTU dikontrol oleh submaster station/berantarmuka

dengan submaster station. Macam-macam dari LAN yaitu Ethernet (802.3),

token bus (802.4), token ring (802.5). Yang paling banyak digunakan untuk

kepentingan industry adalah Ethernet dan token bus, karena pada Ethernet

dan token bus tidak membutuhkan master station. Setiap jenis jaringan akan

dibahas pada bab berikutnya, yaitu:

• Ethernet (CSMA/CD)

• Token ring (IBM token ring)

• Token bus (MAP/PLC type indusrial system)

D. Ethernet

Pertama kali Ethernet dikembangkan oleh Dr. Robert M. Melcalfe pada

tahun 1970an. Pada awalnya kecepatan Ethernet hanya 3 Mbps yang dikenal

dengan sebutan experimentai Ethernet. Kini Ethernet mendukung kecepatan

10Mbps (IEE 802.3). Dalam perkembanganya kecepatan Ethernet meningkat

sangat pesat yaitu fast Ethernet (IEE 802.3u) dengan kecepatan 100Mbps,

giga byte Ethernet (802.3z/802.3ab) dengan kecepatan 100Mbps, dan gigabit

Ethernet (802.3ae) dengan kecepatan 100Mbps. Pada umumnya Ethernet

yang digunakan dalam industry memiliki kecepatan transfer 10Mbps dengan

menggunakan jaringan kabel coaxial. Cara pengaksesan (MAC/Media Access

Control) pada system Ethernet adalah dengan menggunakan Carier Sense

Multiple Access (CSMA) dan collition detection (CD).


Ethernet berasal dari percobaan radio transmisi yang memiliki banyak

pemancar dengan tujuan untuk dapat berkomunikai dengan siapa saja dan

kapan saja. Prinsip kerja dari Ethernet adalah sebelum station pengirim

mendapatkan pesan dari station lain, bus-bus (radio/cable) akan aktif. Jika

bus-bus yang aktif ini ditangkap/terdeteksi oleh station lain, maka station ini

akan mengirimkan pesan. Kedua station tersebut dalam lalu lintas pengiriman

dan penerimaan pesan terjadi sangat cepat. Tetapi jika terjadi tumbukan

(collition) kedua station tersebut akan off, kemudian keduanya akan on lagi

dan mencoba mengirimkan sinyal kembali. Konstruksi dari MAC (media

access control) dari Ethernet dapat dilihat pada gambar berikut:

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

• Unit transceiver yang berfungsi sebagai pengirim dan penerima data,

pemeriksa terjadinya tumbukan (collisions), serever isolasi electric,

dan pelindung bus dari kesalahan.

• Sebuah tap yang berfungsi untuk penyambungan kabel coaxial.

Controller card disambung dengan transceiver mengunakan kabel yang

memiliki pelindung (shielded cable). Controller card terdiri dari unit MAC


yang berungsi sebagai pembingkai dari pesan eror, dan mikroprosesor yang

berfungsi untuk mengontrol lalu lintas jaringan. Tipe dari kabel yang

digunakan tersebut adalah kabel koaksial. Kabel standard untuk Ethernet

adalah kabel koaksial dengan tipe 10BASE2, 10BASE5 dan 10BASET.

Standard dari kabel ethernet yang berukuran tebal berdasarkan standard

ISO 8802.3 adalah 10BASE5. 10BASE5 berarti dengan panjang kabel

maksimum 500 m, kecepatan komunikasi yang dihasilkan sebesar 10 Mbps.

Panjang 500 m itu adalah panjang maksimum yang telah direkomendasikan

yang terdiri dari 5 segmen, dengan panjang tiap segmen 100m.

10BASE5 merupakan kabel koaksial yang mempunyai hambatan 5 ohm

dengan diameter 10,28mm. Dengan menggunakan kabel koaksial tersebut

penyambunganya dapat menggunakan tap. Cara penyambungan pada kabel

Ethernet 10BASE5 dapat menggunakan penymbungan tipe N. Pada

penyambungan type N, terdiri dari 2 female konektor dan 1 buah male

konektor. Male connector berfungsi untuk menyambung dua buah female

konektor, jadi posisi dari male konektor berada ditengah-tengah dari female

konektor. Untuk AUI (attachment unit interface) menggunakan 15 konduktor

kabel shielded yang terdiri dari 5 konduktor tiap pasangan kabel shielded.

Setiap ujung segment harus disambung menggunakan terminal N konektor 50

ohm.

MAU (Medium Attachment Unit) terdiri dari dua bentuk, yaitu:

• Vampire tap

Vampire tap dapat digunakan untuk menyambung kabel koaksial

dengan mudah. Yaitu dengan cara sebuah pin disambung ditengah

konduktor (kabel dapat dilubangi dengan menggunakan bor),

sedangkan pin lainya disambung pada shield (pelindung kabel).

• Konektor type N

N konektor terdiri dari 2 buah female konketor yang disambung

menggunakan male konektor.

Pada pabrik kecil, untuk penyambungan MAC lebih banyak menggunakan

vampire tap. Sambungan minimum MAC dapat dilihat pada gambar berikut :


Kabel standard Ethernet yang berukuran tipis/kecil adalah jenis 10BASE2.

Pemasangan 10BASE2 ini membutuhkan harga yang lebih murah dari pada

10BASE5. Panjang maksimum yang diijinkan pada10BASE2 adalah 185 m.

Sebutan lain untuk 10BASE2 adalah cheapernet atau kabel Ethernet tipis.

Kabel koaksial yang digunakan pada 10BASE2 adalah kabel tipe RG-58A/U

atau RG-58C/U yang memiliki impedansi 50 ohm. Trunk kabel koaksial pada

kabel Ethernet jenis ini tidak disambung. Kabel jenis ini dapat disambung

dengan interval jarak 0,5 m.

Kabel Ethernet standard yang jenis ketiga adalah 10BASET. Ini terdiri dari

jaringan type bintang dengan hub central yang menggunakan cabel twisted

(spiral) pada tiap terminalnya. Jarak maksimal yang dianjurkan adalah 100m

dari hub. Cara untuk mengurangi tumbukan pada jaringan Ethernet adalah:

• Pastikan kabel tidak terjadi hubungan pendek

• Pastikan sambungan kabel dengan benar

• Gunakan buffer yang lebih besar

• Matikan pemancar yang tidak penting

• Pastikan kabel ground tersambung dengan baik

E. Token Ring LAN

Type kedua dari jaringan LAN adalah system cincin (token Ring).

Jaringan tipe ini pertama kali dibuat oleh IBM pada tahun 1980an. Type ini

lebih banyak digunakan di perkantoran dari pada untuk sysem industry.


System ini menggunakan pesan untuk mengontrol dari satu station ke station

lain. Prinsip kerja dari sistem ring ini adalah pesan dari master station dikirim

kestation lain, kemudian di stasiun tersebut diperiksa apakah pesan itu tertuju

pada aamatnya atau bukan. Jika bukan, station tersebut meneruskan

pengiriman pesan kestatiun lain, sampai pada stasiun yang dituju. Pengiriman

pesan dalam jaringan ini diatur sedemikian rupa sehingga jarak komunikasi

antara station pengirim dan penerima menjadi yang paling dekat sehingga

waktu yang dibutuhkan untuk mengirim dan menerima pesan lebih singkat.

Jika waktu yang digunakan terlalu lama, jaringan akan melewati station

tersebut dan berpindah kestatiun selanjutnya. Dengan kata lain, jika suatu

station tidak menerima pesan untuk mengirim, maka jaringan akan berpindah

ke station selanjutnya.

F. Token Bus Network

Jaringan type ini lebih banyak digunakan dalam industry. Prinsip kerjanya

adalah semua station dapat menerima acces ke suatu bus dengan diberi

batasan waktu tertentu. Prinsip ini hampir sama dengan prinsip pada jaringan

menggunakan system cincin. Dengan menggunakan sebuah kabel akan

menghubungkan seluruh statiun dengan master station. Kelebihan dari sistem

jaringan ini adalah penambahan jaringan/statiun baru dapat dilakuakan

dengan mudah tanpa mengganggu statiun lain. Sedangkan kelemahanya bila

terdapat gangguan di kabel pusat, maka seluruh statiun akan mengalami

gangguan.


Keunggulan Dari SCADA

Komponen SCADA system dirancang agar dapat digunakan pada semua

jenis pengontrolan. Sebuah master station merupakan salah satu bagian dari

SCADA system. Kehandalan dari station master mempengaruhi kehandalan dari

SCADA system. Hal yang harus diperhatikan dalam menentukan kehandalan

maser station adalah sebagai berikut:

• CPU / control processing unit

• Memory utama dan besar buffernya

• Dish drive dan kesesuainya dengan controller card

• Komunikasi antar muka

Konfigurasi Master Station

Ada dua macam dalam konfigurasi master station. Prinsip konfigurasi

yang paling sederhana yaitu cold standby, ketika master station dalam posisi

standby, sakelar berpindah dari posisi primer ke posisi sekunder. Berikut ini

adalah gambar dari konfigurasi cold standby:


Jenis konfigurasi pada master station yang kedua adalah hot standby. Pada

hot standby, watchdog timer (WDT) akan aktif jika CPU primer dalam keadaan

reset atau tidak di update. Pada saat watchdog timer aktif, saklar berpinddah dari

posisi primer ke posisi sekunder dalam CPU. Pada saat itu juga memory sekunder

CPU akan update. Memory sekunder CPU ini berisi status data terakhir (saat

WDT mengaktifkan posisi sekunder). Berikut ini adalah gambar dari konfigurasi

hot standby:


ARSITEKTUR DAN METODE KOMUNIKASI

A. Arsitektur Komunikasi

• Point to point (dua station)

Bentuk dari komunikasi jenis ini sangat sederhana, yaitu terjadi pertukaran

data/komunikasi pada dua buah station. Satu station berfungsi sebagai

master sedangkan station yang lain berfungsi sebagai slave. Pada

komunikasi jenis ini berarti dua buah station dapat melakukan komunikasi

mode fullduplex diamana frekuensi pengiriman data berbeda dengan

freuensi penerimaan data ataupun mode simplex dimana frekuensi

pengiriman dan frekuensi peneriman tidak terpisah.

• Multipoint (lebih dari 2 station)

Pada bentuk komunikasi semacam ini, satu station berfungsi sebagai

master, sedangkan station lainya berungsi sebagai slave. Pada umumnya

data dikirim dari master ke masing-masing slave. Tetapi jika terdapat slave

yang akan mengirim data ke slave lainya, slave tersebut mengirim data ke

master terlebih dahulu. Kemudian station master mengirimkan data ke

masing-masing slave. Alternative lainya, setiap station slave dapat

berkomunikasi dengan cara peer to peer. Tetapi dengan cara ini berarti

lalulintas komunikasi akan semakin complex, sehingga kemungkinan

terjadi tumbukan akan lebih besar.


• Relay station

Ada dua cara komunikasi dalam relay station, yaitu:

• Menyimpan dan meneruskan operasi (store and forward)

Mode komunikasi semacam ini terjadi pada banyak station. Cara

kerja dari mode ini adalah station master mengirimkan pesan ke

sejumlah station slave. Kemudian station slave mengirimkan

kestation slave yang tidak dapat dijangkau oleh master station.

Frekuensi pengriman pesan (frekuensi forward) antar station slave

adalah sama dengan frekuensi yang digunakan oleh master slave

untuk mengirimkan pesan ke station slave.

• Pengulangan operasi (Talk through repeater)

Cara kerja dari mode komunikasi semacam ini hampir sama

dengan mode store and forward, yaitu terjadi pengiriman

informasi antar station slave. Pada mode talk through repeater,

pengiriman informasi antar station slave terjadi secara tidak

langsung, yaitu dengan perantara RTU repeater. Repeater ini

beroperasi pada frekuensi range radio. Sehingga untuk

mengirimkan informasi antar station slave terjadi perubahan

frekuensi.


B. Metode Komunikasi

Terdapat dua macam metode komunikasi, yaitu Polled (master-slave) dan

carier sense multiple acces/collision detection (CSMA/CD).

1. Polled (Master-Slave)

Tipe komunikasi semacam ini dapat digunakan pada komunikasi point to

poin(2 station) ataupun multipoint (banyak station). Pada komunikasi

semacam ini station master mengontrol semua slaves yang ada. Slaves

tidak dapat mengirim pesan ke slave lain. Komunikasi yang terjadi

adalah half duplex, dimana slave hanya dapat menerima pesan dari

master station. Dalam pengiriman informasi dari master station ke slave

station, jika ada slave yang tidak merespon informasi tersebut, master

station akan mengulang pengiriman informasi sampai 3 kali. Tetapi jika

slave tetap tidak merespon, master station menganggap bahwa slave

tersebut telah rusak, dan master station menghentikan pengiriman

informasi ke slave tersebut. Master station akan mencoba mengakses

slave yang bermasalah tersebut pada pengiriman informasi berikutnya.

Keuntungan dari komunikasi Master-Slave adalah:

• Software dapat dengan mudah merangkum kegiatan komunikasi

karena komunkasi hanya terjadi 1 arah saja

• Kesalahan pengiriman pada slave tertentu dapat diketahui dengan cepat

• Tidak ada tumbukan yang terjadi

• Pengiriman informasi dari master station ke slave station sangat stabil

Kekurangan dari komunikasi master slave adalah:

• Tidak ada variasi pengiriman informasi ke station slave

• Slave station tidak dapat mengirimkan informasi ke master station


• Tidak dapat melakukan perubahan data yang berasal dari master

station, sehingga jika terjadi kesalahan informasi, slave tida mampu

memperbaikinya

• Slave station tidak dapat mengirim informasi ke slave station lainya

Aplikasi dari komunikasi master-slave berdasarkan gambar diatas:

• Jika idak ada respon pada RTU, master station akan mengulangi

pengiriman informasi sebanyak 3 kali. Jika tetap tidak ada respon pada

RTU, master station menganggap RTU tersebut tidak aktif/bermasalah.

• Jika pengiriman informasi pada sebuah RTU terjadi secara tidak

normal, sebaiknya pengiriman informai ke RTU lain dihentikan.

Karena jika diteruskan, pengiriman informasi menjadi tidak optimal.

Berikut adalah contoh pengiriman informasi ke RTU yang terjadi secara

normal dan tidak normal:


Berdasarkan gambar diatas, jika prioritas pengiriman informasi tidak

sama pengiriman informasi menjadi tidak normal. Master station

mengirimkan informasi ke RTU berdasarkan prioritas RTU. Pertama

master station mengirimkan informasi ke RTU dengan prioritas yang

lebih tinggi, kemudian ke prioritas yang lebih rendah. Tetapi pada

pengiriman informasi ke prioritas yang lebih rendah, akan terjadi

pengulangan pengiriman informasi pada RTU dengan prioritas yang

lebih tinggi dan RTU dengan prioritas yang lebih rendah menjadi tidak

semuanya terkirimi informasi. Kemudian dilakukan pengiriman


informasi ulang pada RTU, sehingga pengiriman semacam ini tidak

efisien.

2. CSMA/CD system (peer to peer)

• Komunikasi antar RTU

Dalam metode ini komunikasi antar RTU tidak dapat dilakukan

secara langsung. Untuk dapat melakukan komunikasi antar RTU,

caranya adalah dengan cara mengirimkan pesan data dan alamat

RTU tujuan ke master station, kemudian master station memproses

data dan alamatnya, selanjutnya master station mengirimkan data

tersebut ke alamat RTU yang dimaksud.

• Event reporting

Adalah salah satu cara untuk mengurangi pengulangan pengiriman

data yang sama ke satu RTU. Prinsip kerja dari metode komunikasi

ini adalah RTU melakukan laporan/konfirmasi dari kegiatan yag

telah dilakukanya ke master station. RTU harus melakukan

laporan/konfirmasi, jika:

• Operasi dilakukan pada kecepatan rendah, sekitar 4800bps

• Ada data penting yang harus dimonitor

• Ada lebih dari 10 RTU yang tersambung pada satu buah

submaster station

Semua kegiatanyang dilakukan oleh RTU dilaporkan ke master

station. Tetapi ada sebagian informasi dari RTU yang tidak dapat

dikirimkan ke master station, yaitu:

• Batas tinggi rendahnya nilai analog

• Persentase perubahan dari nilai analog

• Waktu yang diperlukan untuk pengiriman laporan ke master

station

Kelebihan dari metode komunikasi semacam ini adalah tidak terjadi

pengulangan pengiriman informasi yang sama kesatu RTU.

Kelemahan dari metode komunikasi ini adalah:

• Kesalahan dalam jaringan diketahui setelah terjadi komunikasi


• Kegiatan yang dilaporkan tidak selalu kegiatan terakhir

• Untuk mendapatkan laporan yang paling update, dilakukan

dengan cara manual.

• Master-Slave dengan event reporting

Merupakan kombinasi dari metode Master-salve dan metode event

reporting. Pada metode komunikasi semacam ini, terjadi pengiriman

data dari master station ke salve station dan sebaliknya dari slave

station ke master station. Pengiriman data ini disertai dengan umpan

balik ke station pengirimnya berupa laporan/konfirmasi dari kegiatan

yang telah dilakukan station tersebut. Pada metode komunikasi

semacam ini menggunakan batasan waktu, waktu yang digunakan

adalah penjumlahan dari waktu maksimal modem melakukan proses

pengirimn data (30ms), dengan waktu pengiriman (100ms), dengan

waktu yang dibutuhkan untuk pengulangan pengiriman (58,3ms) dan

waktu off setelah pengiriman data (25ms).

Istilah yang sering dijumpai pada komunikasi antar RTU dan master

station adalah:

- Hardware handshaking

Jika modem sedang tidak aktif/tidak digunakan maka disebut dengan tidak

ada hardware yang berjabat tangan (handshaking). Tetapi jika

modemsedang aktif berarti terjadi handshaking.

- Station address

Merupakan alamat dari masing-masing RTU maupun slave station

- Error detection

Kemampuan dari sistem untuk mendeteksi kesalahan pada proses

komunikasi

- Protocol message retries

Merupakan waktu yang diperlukan oleh master station untuk mengulang

pengiriman data ke slave station.

- RTS send delay

Merupakan waktu yang diperlukan suatu data sampai di RTS tujuan.


- RTS off delay

Merupakan selisih waktu yang digunakan oleh RTS saat menerima pesan

sampai RTS off

- Time out delay

Merupakan perbedaan waktu penerimaan pesan dari RTS

- Size of message fom RTU

Ukurn maksimum suatu pesan yang dapat dikirim oleh RTU

- Priority message transmit

Tingkatan/prioritas RTU dalam menerima pesan dari station master.

Oleh :

Roni Setiawan_PT.Mekatronika_UNY

Sumber:

Practical SCADA for Industry (David Bailey, Edwin Wright)

Documents

Master Station