PERANGKAT KERAS SISTEM SCADA

Presentasi Mata Kuliah Teknologi SCADA Modern

LOGO

PERANGKAT KERAS SISTEM SCADA

Program Studi S2 Teknik Elektro FT-UGM 2010

OUTLINE PRESENTASI

KESIMPULAN KOMUNIKASI MASTER-REMOTE STATION REMOTE STATION SCADA

MASTER STATTION SCADA

PENGENALAN SCADA

LOGO

PENGENALAN SCADA

PENDAHULUAN  Dalam pabrikasi modern dan proses industri kemudahan dan keamanan telemteri industri sering dibutuhkan untuk menghubungkan peralatan dan sistem yang terpisah pada jarak jauh.  Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) merupakan sistem terkomputerisasi dua arah untuk melakukan kontrol secara real-time, monitoring dan supervisi perangkat jarak jauh (remote devices)  Sistem SCADA melakukan fungsi supervisi seperti pengambilan data dan fungsi kontrol  Data real time disajikan terintegrasi, sehingga operator sistem dapat memperoleh informasi yang tepat guna pengambilan keputusan operasi perangkat jarak jauh (remote) dan fokus mengatasi permasalahan dengan cepat.

FUNGSI DASAR SCADA • Akuisisi data • Supervision • Control

Mengumpulkan data (pembacaan meter dan status peralatan) dari peralatan melalui RTU. Data dikirim ke operator melalui media komunikasi. Pengawasan sistem Tenaga dilakukan oleh operator berdasar data yang diperoleh dari proses akuisisi data

Mengirimkan sinyal untuk mengoperasikan peralatan instrumentasi dan kontrol contoh : Closing and tripping switch gears,dsb

www.themegallery.com

Keuntungan dari SCADA • Monitoring jarak jauh sistem secara Lengkap, tepat waktu, akurat dan terorganisir • Meningkatkan Kualitas Kinerja Sistem • Meningkatkan Efisiensi Sistem

• Meningkatkan Keamanan Sistem • Mengurangi Biaya Operasi • Mengurangi biaya pengembangan sistem

• Managemen data (engineering dan operasi) • Up-to-date laporan dan statistic

APLIKASI SCADA

INDUSTRIAL PROCESS,

• Manufaktur, pabrikasi, produksi, pembangkit listrik dsb

INFRASTRUCTURE PROCESS,

• Pengolahan dan distribusi air, transmisi dan distribusi daya listrik , dsb

FACILITY-BASED PROCESS.

• Pada Bangunan, bandara, pelabuhan Scada digunakan memonitor dan mengontrol HVAC dan konsumsi energi.

Aplikasi SCADA : water treatment

www.themegallery.com

SCADA PADA SISTEM TENAGA

www.themegallery.com

SCADA PADA SISTEM TENAGA FUNGSIONAL: SCADA Master Station

•Monitoring & Akuisisi data •Supervisi sistem tenaga •Kontrol Sistem Tenaga

Communication Channel Substation SCADA

Substation

Substation SCADA

RTU Substation

RTU

Komponen Sistem SCADA 5 level atau hirarki esensial sistem SCADA: 1. Piranti instrumentasi dan kontrol : mengumpulkan data lapangan 2. RTU (remote terminal unit) : menyediakan interface ke sensor analog dan digital yang ditempatkan di tiap remote site 3. Master station 4. Sistem komunikasi : menyediakan jalur untuk komunikasi antara master station dengan remote site 5. Sistem computer untuk memproses data

Layout Sistem SCADA

LOGO

MASTER STATION

Master Station  Master station terdiri dari satu atau beberapa stasiun operator yang terhubung ke sistem komunikasi  Fungsi utama master station  mendapatkan data secara periodik dari RTU dan sub master station  melakukan kontrol jarak jauh  Feature yang harus tersedia pada master station :  Interface operator untuk menampilkan status RTU dan memungkinkan kontrol operator  Logging data dari the RTU  Alarming data dari RTU

Struktur Tipikal Master Station

FUNGSI MASTER STATION Monitoring Data Acquisition Supervisory Control Alarm Event Logging and Recording Data display

FUNGSI MASTER STATION • Memonitor perilaku sistem secara keseluruhan. • Mengirim dan menerima sinyal ke dan dari RTUs

Monitoring Data Acquisition Supervisory Control Alarm Event Logging and Recording Data display

FUNGSI MASTER STATION Monitoring Kemampuan untuk mendapatkan berbagai Data Acquisition informasi dari lapangan. Supervisory Control Alarm Event Logging and Recording Data display

FUNGSI MASTER STATION Monitoring Data Acquisition Kontrol jarak jauh Supervisory Control peralatan substation Alarm Event Logging and Recording Data display

FUNGSI MASTER STATION Monitoring Data Acquisition Supervisory Control Tanda bahaya dalam bentuk Audio dan visual pada Alarm kondisi tidak normal. Event Logging and Recording Data display

FUNGSI MASTER STATION Monitoring Data Acquisition Supervisory Control Alarm Event Logging and Recording Data display

Logging dari kejadian sistem di monitor dan tindakan operator

FUNGSI MASTER STATION Monitoring Data Acquisition Supervisory Control Alarm Event Logging and Recording memberikan informasi kepada operator Data display

tentang parameter sistem

Sub Master Station  Sub master station diperlukan untuk mengontrol lokasi pada daerah tertentu.  Fungsi Submaster Station:  Mendapatkan data dari RTU pada region tertentu  Melakukan log and display data tersebut pada operator station lokal.  Meneruskan data ke master station  Meneruskan permintaan kontrol dari master station ke RTU pada region

Arsitektur Sub master

Perangkat Keras Master Station a)

b)

c) d) e) f) g)

Server (SCADA, EMS/DMS, DTS, data historikal, sub sistem komunikasi, dan offline database); Workstation meliputi :  Workstation Dispatcher,  Workstation Enjiner,  Workstation DTS  Workstation di luar control center Monitor; Layar tayang; Printer laser hitam putih dan printer berwarna; Static display; untuk menampilkan waktu dan atau besaran listrik. Global Position System (GPS); menerima sinyal pewaktuan dari satelit yang kemudian dijadikan sebagai acuan waktu

Perangkat Keras Master Station g) Switch; terdiri dari:  Switch untuk Fast Ethernet LAN,  Switch untuk Gigabit Ethernet LAN, dan  Switch untuk remote station h) Router; komunikasi antar control center menggunakan protocol ICCP i) Local Area Network; berfungsi untuk menghubungkan peralatan di master station j) Storage : berfungsi sebagai media penyimpan data, backup operating system, backup program, dan backup database

Server (1) a.

Server SCADA, berfungsi sebagai pengolah dan penyimpan semua data informasi yang diperoleh dari sub sistem komunikasi untuk dikirimkan kepada server yang lain sesuai dengan kebutuhan. b. Server Historikal, berfungsi sebagai penyimpan semua data dan informasi baik yang dinamis maupun statis serta semua perubahan informasi yang didapat dari server SCADA maupun server EMS/DMS. c. Server EMS/DMS, berfungsi sebagai pengolah data dari server SCADA, server historikal, dan data snapshot dikombinasikan dengan logikal data yang ada di server EMS/DMS untuk menjalankan aplikasi kelistrikan baik secara real time maupun study.

Server (2) d. Server DTS, berfungsi untuk menjalankan aplikasi training baik berupa simulasi maupun modelling sesuai dengan kebutuhan dispatcher. e. Sub Sistem Komunikasi, adalah server yang berfungsi sebagai kontrol komunikasi ke RTU/remote station dengan model polling serta sinkronisasi yang ditentukan sesuai dengan kebutuhan. f. Offline Database Server, merupakan server yang menyimpan data historikal dalam jangka waktu lama, menjadi sumber data untuk perhitungan kinerja, perhitungan availability, pelaporan dan data statistik.

Off Line Database  Offline database merupakan database khusus yang berfungsi untuk menyimpan data historikal pada server tersendiri.  Dengan adanya offline database, data historikal dapat disimpan minimal selama satu tahun. Pengambilan data offline database tidak boleh mengganggu kinerja database SCADA.  Aplikasi kinerja diperlukan untuk kebutuhan analisis SCADA dan operasi jaringan tenaga listrik, dengan memanfaatkan data yang ada di offline database server.

Layar Tayang  Tampilan pada layar tayang memiliki fungsi yang sama dengan tampilan pada monitor dispatcher.  Layar Tayang dapat menampilkan: a. b. c. d. e.

Jaringan yang menjadi daerah tanggung jawabnya; Single Line Diagram; Topologi jaringan; Status peralatan, waktu, dan besaran listrik Warna jaringan

Konfigurasi Master Station Konfigurasi master station dibedakan menjadi beberapa level berdasarkan tingkatan perangkat keras, lunak, dan lingkup supervisi sistem kelistrikan Contoh : Konfigurasi Master Station Transmisi PLN (level1)

Konfigurasi Master Station Contoh : Konfigurasi Master Station Transmisi PLN (level5)

LOGO

REMOTE STATION SCADA

Remote Station  Stasiun yang dipantau, atau diperintah dan dipantau oleh master station, yang terdiri dari gateway, IED, local HMI, RTU, dan meter energi.

Remote Station Pembangkit

Konfigurasi remote station unit pembangkit, Terdapat sistem kontrol pembangkit dan sistem kontrol SCADA yang terpisah satu sama lain

Gateway, IED, HMI  Gateway Simpul rele (relay node) jaringan data dimana jalur transmisi dengan definisi protokol yang berbeda dari semua tujuh layer protokol terinterkoneksi oleh konversi protokol.

 Intelligent Electronic Device (IED) Peralatan elektronik berbasis mikroprosesor yang memiliki fungsi tertentu untuk melakukan telekontrol, telemetering, telesignal, proteksi, dan meter energi.

 Human Machine Interface (HMI) Perangkat dimana pengguna berinteraksi dengan sistem SCADA. HMI menyediakan fasilitas dimana pengguna dapat memberikan input kepada sistem dan sistem dapat memberikan output kepada pengguna

Remote Terminal Unit (RTU)    



RTU adalah peralatan yang dipantau, atau diperintah dan dipantau oleh master station. RTU merupakan unit kontrol dan akuisisi data yang memonitor dan mengintrol peralatan pada lokasi remote. Fungsi utama RTU adalah mengontrol dan mendapatkan data dari peralatan dan mentransfer data ke sebuah central station. RTU dapat berkomunikasi dengan sub-RTU. RTU juga dapat bertindak sebagai stasiun relai ke RTU lain yang tidak dapat diakses secara langsung oleh central station RTU dapat dihubungkan dengan Local HMI di gardu induk sebagai pengganti control panel.

Remote Terminal Unit (RTU) Remote Terminal Units connecting to sensors in the process, converting sensor signals to digital data and sending digital data to the supervisory system.

Switchgear

Analog (Transducers)

Alarms/Indication (Relays)

IEDs

RTU/Data Concentrator

Digital (Relays)

Substation Equipment Transformers Circuit Breakers Bus Disconnect Switches Transmission/Distribution Lines Remote Reclosers Capacitor Banks Intelligent Electronic Devices Substation Battery Communication UPS www.themegallery.com

FUNGSI RTU   



Akuisisi data-data analog maupun sinyal-sinyal indikasi. Melakukan kontrol buka/tutup kontak, naik/turun setting atau fungsi-fungsi set point lainnya. Meneruskan hasil-hasil pengukuran (daya aktif, daya reaktif, frekuensi, arus, tegangan) dan sebagainya ke pusat pengendalian. Melakukan komunikasi dengan pusat pengendalian (Control Centre)

Perangkat Keras RTU         

Modul processor Analog inputs, Analog outputs, Counter inputs, Digital inputs, Digital outputs, Communication interface, Power supply, rack and enclosure.

Typical RTU hardware structure

Konfigurasi RTU

Control Processor (CPU)  Umumnya berbasis mikroprosessor  Memori terbagi menjadi 3 tipe:  EPROM  RAM  Electrically erasable memory (flash or EEPROM)  Penambahan mathematical processor (coprocessor) berguna untuk kalkulasi matematik komplek  Port komunikasi untuk:  Interface ke terminal diagnostik  Interface ke operator station  link komunikasi ke central site (dengan modem)

Fungsi Central Process Unit a) Layanan central; b) Organisasi aliran data; c) Sinkronisasi waktu dengan GPS lokal atau GPS di control center; d) Sinkronisasi komunikasi serial atau field bus; e) Resolusi realtime f) Fungsi gateway.

Modul input analog Modul input analog mengkonversi sinyal analog menjadi sinyal digital

Block diagram typical modul analog input

Modul output analog Modul output analog melakukan fungsi kebalikan modul input analog yaitu mengkonversi nilai digital (dari CPU) menjadi sinyal analog mengunakan konverter digital-analog (DAC).

Modul Input Digital Modul digital input digunakan untuk mengindikasikan beberapa hal seperti status dan sinyal alarm

Typical : • 16 digital inputs per module • Associated LED indicator for each input to indicate current states • Optical isolation provided for each digital input

Digital input circuit

Modul Output digital

Typical : • 8 digital outputs • Associated LED indicator for each output to indicate current status • Optical isolation or dry relay contact for each output

SPLN S3.001: 2008 PERALATAN SCADA

Modul counter Modul pulse counter berfungsi sebagai akumulator dari pulsa kontrol dan status peralatan.

The typical specifications: • 4 counter inputs • Four 16 bit counters • Count frequency up to 20 kHz range • Duty cycle preferably 50% for the upper count frequency limits.

Modul Komunikasi  

Module kounikasi berfungsi sebagai interface antara CPU dengan MODEM Media komunikasi pada RTU:  RS-232/RS-442/RS-485  Ethernet  Dial up telephone lines  Microwave/MUX  Satellite  Radio

NR System Structure (Single Ring) M1 Workstation (laptop A) RTU RCS-9698

Switch PCS-9882

• • •

Main IEC-61850 LAN

RTU and work station acquire data from IEDs directly The model ensure the independence of various data No data server

Switch PCS-9882

Switch PCS-9882

Protocol Converter RCS-9794AB

3rd Party Relay comply IEC-61850

Relay

BCU1

Bay AT2

BCU2

BCU

Plant I/O

Bay F02

Meter

3rd Party Relay not comply IEC-61850

Power supply 

 

Semua perangkat-perangkat sistem pengendalian yang terdapat pada gardu induk seperti remote termial unit, supervisory interfaces dan perangkat-perangkat telekomunikasi memerlukan sumber catu daya DC yang tidak boleh terputus. Sumber catu daya ini biasanya terdiri dan penyearah-penyearah, satu set baterei dan panel distribusi. Sumber tegangan yang diperlukan untuk penyearah biasanya terdiri dan sumber tegangan arus bolak-balik 380/220 V AC, 50 Hz, 3 yang umumnya sudah tersedia pada gardu induk.

Power supply

LOGO

KOMUNIKASI MASTER-REMOTE STATION

Komunikasi Data Pertukaran data antara remote staton dan master station SCADA dilakukan melalui interkoneksi komunikasi

Persyaratan Komunikasi data : a. Ketersediaan yang sangat tinggi; b. Integritas data yang sangat tinggi; c. Mendukung operasi real time; d. Efisiensi transfer informasi yang tinggi; e. Operasi yang bebas dari interferensi elektromagnetik yang tinggi

Media komunikasi untuk pertukaran data : a. Fiber optic; b. Kabel pilot; c. Radio data.

Interkoneksi Master – Remote Station 

Single master station Single master station, single RTU

Single master station, multiple RTU(s), radial circuit

Single master station, multiple RTU(s) multi-drop circuit

Interkoneksi Master – Remote Station 

Multiple master stations

Dual master stations, multiple RTU(s), multi-drop circuit

Multiple master stations, multiple single ported RTU(s)

Interkoneksi Master – Remote Station  Multiple master stations

Multiple master stations, multiple dual ported RTU(s)

Interkoneksi Master – Remote Station 

Combinations System

Single master station, single sub-master station, multiple RTU(s)

Single master station, multiple sub-master stations, multiple RTU(s)

Interkoneksi Master – Remote Station 

Networked System

Single master station, substation WAN/LAN connection via routers

Multiple master station, substation WAN/LAN connection via routers

LOGO

KESIMPULAN

KESIMPULAN SCADA merupakan sistem yang mengawasi dan mengendalikan peralatan proses yang tersebar secara geografis Perangkat sistem SCADA terdiri master station dan remote station yang terhubung melalui sistem komunikasi Master station melaksanakan telekontrol (telemetering, telesignal, dan remote control) terhadap remote station. Fungsi master station meliputi : monitoring, akuisisi data, supervisory control, alarm, data logging, dan display data Remote Station adalah stasiun yang dipantau atau diperintah oleh master station meliputi gateway, IED, local HMI, RTU, meter energi.

REFERENSI  Bailey, David. 2003. Practical SCADA for Industry.  Pandjaitan, Bonar. 1999. Teknologi Sistem Pengendalian Tenaga Listrik berbasis SCADA  SPLN S3.001: 2008. Peralatan SCADA Sistem Tenaga Listrik  IEEE Std C37.1-2007. IEEE Standard for SCADA and Automation Systems  GUICO, ENGR. ALEJANDRO G. JR. 2007. SCADA Distribution Automation. 8th IIEE-CSC Annual National Student Convention.  Clarke, Gordon. Et all. 2004. Practical Modern SCADA Protocol. Elsevier  WenLong Wang, Lu Roy, Guo Kevin. 2010. Digital SS and SA Solution.

LOGO