PLANT MONITORING SYSTEMS USING ETHERNET NETWORKS

Proceeding, Industrial Electronic Seminar 2000 (IES 2000) Graha Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, October 18th-19th,2000

PLANT MONITORING SYSTEMS USING ETHERNET NETWORKS Hany Ferdinando, Andre Christanto, Lauw Lim Un Tung Department of Electrical Engineering Petra Christian University Siwalankerto 121-131 Surabaya – 60236 Phone. (031)8439040, fax. (031)8436418 {hanyf,tung}@petra.ac.id

Abstract Pemantuan suatu proses merupakan hal sudah umum dilakukan saat ini. Bahkan sudah dikembangkan berbagai macam software pendukungnya. Modul-modul pengendali untuk industri (PLC, misalnya) sudah dilengkapi dengan fasilitas ini. Tentu saja teknologi ini bukan sesuatu yang murah. Tetapi jika dibandingkan dengan ukuran dan kompleksitas sistem serta kegunaannya, biaya bukanlah suatu masalah. Namun hal ini tidak berlaku untuk sistem-sistem sederhana yang tidak terlalu kompleks. Oleh karena itu proyek ini mencoba mengaplikasikan sistem SCADA dengan memanfaatkan jaringan ethernet dan microcontroller. Plant yang dipilih adalah pengendalian suhu dalam sebuah inkubator. Sistem menggunakan CS8900A sebagai ethernet controller yang menjembatani microcontroller dengan jaringan ethernet. Pemantauan dilakukan melalui sebuah PC yang sudah dterhubung dan dilengkapi dengan program khusus yang dibuat dengan Delphi 4.0. Dari hasil percobaan didapat bahwa sistem mampu membacaa present value dan mengubah setting point secara real-time. KEYWORDS: microcontroller, ethernet, monitoring.

1. Pendahuluan

2. CS8900A dan Kelengkapannya

Kebutuhan suatu industri untuk memantau proses produksi yang sedang berlangsung merupakan salah satu kebutuhan. Disamping karena tuntutan masyarakat terhadap produk yang makin bermutu, kecanggihan teknologi yang sudah ada juga mendukung dilaksanakannya pemantauan tersebut. Sistem pemantauan diawali dari jarak dekat dan saat ini sudah dikembangkan sistem dengan jangkauan yang lebih jauh lagi. Saat ini sudah beredar berbagai macam software yang mampu melakukan tugas ini. Berbagai peralatan kendali di industri seperti PLC juga sudah mulai dilengkapi dengan fasilitas ini.

Komponen ini merupakan sebuah komponen yang lengkap, sebab dalam penggunaannya, tidak diperlukan banyak komponen luar. Dengan ukuran yang kecil (1x1 cm) maka CS8900A sangat tepat untuk aplikasi embedded. Komponen ini memiliki kemampuan yang cukup baik dan memiliki jumlah pin yang cukup banyak [1]. CS8900A memiliki 20 line address dan 16 line data. Sehingga dapat dipilih mode 8 bit atau 16 bit.

Harga yang ditawarkan memang relatif mahal, tetapi hal ini sebanding dengan kemampuan sistem dan jangkauan yang dapat ditanganinya. Namun demikian untuk sistem-sistem yang sederhana, harga menjadi salah satu pertimbangan. Untuk itu dilakukan pembuatan sistem pemantauan jarak jauh yang memanfaatkan jaringan ethernet. Komponen utama yang dipergunakan adalah CS8900A single chip ethernet controllers dari Cirrus Logic, didukung oleh AT89C52 sebagai microcontroller.

CS8900A dapat dioperasikan dalam 3 mode, yaitu I/O mode, Memory mode, dan DMA mode. Dari ketiga mode tersebut, I/O mode merupakan cara yang paling mudah. Untuk menghubungkan CS8900A dengan jaringan ethernet diperlukan suatu interface yaitu semacam transformator khusus untuk ehernet. Dalam hal ini dipakai komponen ST7011 dari Valor Inc. Di dalam komponen ini sudah terdapat filter dan transformator khusus untuk jaringan ethernet. ST7011 merupakan komponen yang disarankan untuk dipasangkan dengan CS8900A


3. Jaringan Ethernet [3] Sebagai media komunikasi dipilih jaringan ethernet yang memiliki jangkauan yang cukup luas. Dalam jaringan ini, diperlukan berbagai macam protokol untuk melakukan komunikasi data. Protokol itu misalnya, TCP (Transfer Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol), ARP (Address Resolution Protocol), dll. Fungsi dari berbagai protocol yang ada adalah memberikan atau mendeteksi header yang ada pada data (frame). Pada saat data dikirimkan, header itu akan ditambahkan, sedang pada penerimaan data, header tersebut akan dibuang setelah dibaca. Tiap protokol memiliki fungsi yang berbeda-beda.

4. Perancangan Perangkat Keras Rangkaian yang dipergunakan adalah rangkaian standar yang digambarkan dalam data CS8900A [1]. Rangkain dibuat untuk I/O mode dengan base address 0300h. Untuk itu hanya diperlukan 4 pin address dari microcontroller yang dihubungkan dengan SA0..SA3. Sisanya terhubung dengan Vcc atau ground, sehingga membentuk base address 0300h. Karena AT89C52 merupakan microcontroller 8 bit, maka sistem dijalankan pada mode ini. Indikator LED perlu ditambahkan untuk mengetahui aktivitas yang dilakukan oleh CS8900A. LED ini dipasang sebagai indikator LINK dan LAN. Microcontroller yang dipakai adalah AT89C52 dengan kapasitas internal ROM 4KB [2]. Sehingga pin-pinnya dapat difungsikan sebagai I/O port. Untuk berkomunikasi dengan CS8900A, diperlukan: • 4 pin untuk address • 8 pin untuk data • 3 pin untuk control (/AEN, /IOR, dan /IOW) Pin-pin yang lain akan dipergunakan untuk mengendalikan plant. Inkubator dibuat dari kotak kaca yang didalamnya dilapisi alumunium foil. Plant dilengkapi dengan lampu bohlam sebagai pemanas dan kipas sebagai pendingin. Sensor

suhu yang dipergunakan adalah LM335 dengan ADC0804 sebagai interface ke AT89C52.

5. Perancangan Perangkat Lunak Perangkat lunak yang dirancang meliputi: • Perangkat lunak untuk mengendalikan plant • Perangkat lunak untuk komunikasi data via CS8900A Pengendalian plan tidak memerlukan proses pembacaan data yang terus menerus karena pada dasarnya plant ini cukup lambat responnya. Tetapi komunikasi data pada jaringan ethernet dapat terjadi kapan saja. Karena AT89C52 tidak memiliki fasilitas multitasking, maka dipakai metode time-sharring antara kedua proses tersebut. Pembahasan bagian ini akan difokuskan pada bagian kedua. Pada bagian ini perangkat lunaknya terdiri dari: Ethernet driver, Frame Preprocessing and Selection, dan Frame Processing. Untuk Ethernet driver, AT89C52 perlu melakukan verifikasi chip (dengan membaca ‘signature’ yang ada dalam CS8900A), mereset chip secara software, dan menginisialisasinya. Proses ini dilakukan secara berurutan, dan jika proses sebelumnya tidak berhasil, maka sistem tidak dapat menggunakan CS8900A. Proses Frame Pre-processing and Selection merupakan proses AT89C52 mengenali headerheader yang terdapat dalam frame yang akan diterima atau dikirimkan. Sebab microcontroller ini harus menambahkan header-header tersebut secara manual. Sedang pada Frame Processing, AT89C52 memroses setiap frame yang diterima dan akan melakukan sesuatu sesuai dengan data yang sudah didapatnya.

6. Pengujian Setelah semua sistem terhubung lengkap, maka hal pertama yang harus diuji adalah apakah sistem dapat dikenali oleh jaringan. Hal ini dapat dilakukan dengan ‘PING’. PING sebenarnya mengirimkan semacam data ke alamat tertentu dan akan ‘dipantulkan’ oleh penerima ke pengirimnya. Jika alamat penerima tidak dikenali maka ‘pantulan’ tersebut tidak akan diterima. Pada bagian ini sistem dapat dikenali dengan baik.


START

Chip Verification Chip Reset Chip Initialization

FuzzyFlag = 0

Y

FuzzyFlag= 1

Do Fuzzy Control

N Read RxEvent

RxOK=1

N

Y Frame Pre-processing

Y

Frame= ARP

Do ARP

N Y

Frame= ICMP

Do ICMP

N Y

Frame= UDP

Do UDP

N

Gambar 1. Diagram Alir Program Utama


Tahap berikutnya adalah proses pembacaan data yang dilakukan oleh sebuah terminal yang sudah dihubungkan dengan jaringan ethernet. PC ini sudah dilengkapi dengan program khusus yang dibuat dengan Delphi 4. Program ini akan membaca present value (PV) dan memberikan perubahan setting point (SP) ke plant lewat jaringan ethernet.

Perubahan setting point dapat dilihat pada gambar 5. Pada saat perubahan itu dilakukan AT89C52 dapat merespon secara real-time.

Hasil pembacaan PV dapat dilihat pada gambar 3. Pembacaan dilakukan juga untuk respon sistem saat terjadi gangguan. Hal itu dapat dilihat pada gambar 4. Gambar 2. Sistem Secara Lengkap

Gambar 3. Hasil Monitoring Pada Setting Point = 75

Gambar 4. Respon Sistem Terhadap Gangguan

Gambar 5. Hasil Monitoring Perubahan Setting Point


7. Kesimpulan Dari hasil percobaan dapat disimpulkan beberapa hal: 1. Sistem pemantauan jarak jauh dapat dilakukan dengan cara yang murah untuk plant yang sederhana. 2. CS8900A merupakan salah satu chip yang tepat untuk aplikasi embedded ethernet. 3. Penggunaan time-sharring dalam aplikasi ini tidak mengganggu respon sistem. 4. AT89C52 yang merupakan microcontroller yang tidak terlalu cepat ternyata dapat berkomunikasi pada jaringan ethernet yang memiliki kecepatan tinggi. 5. Untuk aplikasi yang memiliki respon yang cepat dapat dipergunakan microcontroller yang lebih cepat atau dengan konfigurasi 16 bit data.

List of References: 1. _______, Cirrus Logic CS8900A Crystal LANTM ISA Ethernet Controller Data Sheet, Texas: Cirrus Logic Inc., [http://www.crystal.com]. 2. _______, MCS®51 Microcontroller Family User’s Manual, USA: Intel Corportion, 1993. 3. Washburn, K. and JT. Evans. TCP/IP Running A Successful Network. Padstow, Cornwall, Great Britain: Addison-Wesley Publishing Company, 1994.

PLANT MONITORING SYSTEMS USING ETHERNET NETWORKS

Recommend Documents