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