Upload
fenza-maulana
View
184
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Jaringan industri biasanya menerapkan protokol fieldbus untuk real-time dan kontrol
terdistribusi dapat diandalkan untuk menghubungkan instrumen dan mesin di pabrik,
menciptakan sebuah sistem yang dapat dengan mudah dan andal dikontrol. Dengan
meningkatnya tingkat kompleksitas sistem, sebagian besar Fieldbuses ini berjuang untuk
memenuhi persyaratan platform interoperabilitas dan kinerja sistem. Hal ini mendorong
produsen peralatan terhadap komunikasi berbasis Ethernet yang dapat memberikan kinerja
tinggi, biaya rendah, dan tingkat tinggi interoperabilitas. Banyak standar fieldbus telah
terintegrasi ke dalam protokol Ethernet Industri untuk komunikasi real-time dan konektivitas
industri, sambil menjaga investasi dalam perangkat lunak fieldbus dan peralatan warisan pada
tingkat terendah dari kontrol. Karena pentingnya fieldbus dalam bidang industri masa kini,
akan dibahas dalam makalah ini apa itu fieldbus.
1.2 Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan Fieldbus?
2. Apa saja fitur yang dimiliki oleh Fieldbus?
3. Bagaimana spesifikasi Fieldbus (standart)?
4. Bagaimana perbandingan Fieldbus dengan metode Komunikasi Konvensional?
5. Apa saja kelebihan dan kelemahan dari Fieldbus?
1.3 Tujuan
1. Mengetahui pengertian Fieldbus.
2. Mengetahui fitur yang dimiliki oleh Fieldbus.
3. Mengetahui spesifikasi Fieldbus (standart).
4. Mengetahui perbandingan Fieldbus dengan metode Komunikasi Konvensional.
5. Mengetahui kelebihan dan kelemahan dari Fielbus.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Fieldbus
Fieldbus adalah salah satu produk teknologi yang disepakati oleh 300 lebih
manufaktur instrumen. Konsep paling mendasar dari Teknologi Fieldbus adalah
pendistribution fungsi kontrol pada network LAN pada instrumentasi industri. Selain itu,
Fieldbus Fuondation memberikan definisi sebagai berikut: "Fieldbus adalah digital, dua arah,
link komunikasi multi-penurunan antara pengukuran cerdas dan perangkat kontrol". Fieldbus
secara bertahap menggantikan 4 sampai 20 mA sinyal instrumentasi standar yang digunakan
untuk mentransfer pengukuran dan pengendalian data antara ruang kontrol dan lantai pabrik.
Ini adalah salah satu dari beberapa jaringan area lokal yang didedikasikan untuk otomatisasi
industri. Fieldbus juga merupakan nama dari keluarga industri jaringan komputer protokol yang
digunakan untuk kontrol terdistribusi real-time, standar IEC 61158.
Fieldbus bekerja pada struktur jaringan yang biasanya memungkinkan daisy-chain ,
bintang, cincin, cabang, dan pohon jaringan topologi . Sebelumnya, komputer yang terhubung
menggunakan RS-232 ( koneksi serial ) dimana hanya dua perangkat bisa berkomunikasi. Ini
akan menjadi setara dengan saat ini digunakan 4-20 skema komunikasi mA yang
mensyaratkan bahwa setiap perangkat memiliki titik komunikasi sendiri di tingkat controller,
sedangkan fieldbus adalah setara dengan saat ini koneksi LAN , yang dibutuhkan hanya satu
titik komunikasi di tingkat controller dan memungkinkan beberapa (ratusan)
dari analog dan digital poin untuk dihubungkan pada saat yang sama. Hal ini mengurangi
baik panjang kabel yang dibutuhkan dan jumlah kabel yang diperlukan. Selain itu, karena
perangkat yang berkomunikasi melalui fieldbus memerlukan mikroprosesor , beberapa titik
yang biasanya disediakan oleh perangkat yang sama. Beberapa perangkat fieldbus sekarang
mendukung skema kontrol seperti kontrol PID pada sisi perangkat bukannya memaksa
controller untuk melakukan pemrosesan.
2.2 Fitur Fieldbus
Sistem Fieldbus adalah sistem kendali yang menggunakan media komunikasi digital,
serial, dua arah, multidrop, dengan kecepatan transfer data 31.25kbps yang saling
menghubungkan peralatan lnstrument di lapangan seperti sensor, transmitter, aktuator dan
peralatan di level hirarki lebih tinggi seperti DCS. Fieldbus berfungsi seperti layaknya Local
Area Network di hirarki tingkat paling bawah yang mempunyai kemampuan untuk
mendistribusikan applikasi pengendalian diantara peralatan lnstrument di lapangan (misalnya:
Transmitter dengan Control Valve). Selain itu juga dapat mendistribusikan applikasi
pengendalian dari peralatan di hirarki level lebih tinggi (DCS) ke peralatan lnstrument di
lapangan. Lebih jauh lagi, Fieldbus dapat melakukan diagnostik lengkap dan manajemen
asset peralatan Instrument di lapangan sehingga dapat meningkatkan kehandalan kilang
(Plant Availability).
Sistem pengkabelan Fieldbus hanya membutuhkan satu pasang kabel yang
dihubungkan secara paralel dengan peralatan lnstrument di lapangan dengan peralatan di
hirarki lebih tinggi (DCS) seperti pada gambar 2.1. Dibandingkan dengan Sistem Analog
Konvensional yang membutuhkan masing-masing satu pasang kabel untuk menghubungkan
satu peralatan lnstrument di lapangan dengan peralatan Sistem Utama (Host System) di
hirarki lebih tinggi (mis: DCS) seperti pada gambar 2.2.
Gambar 2.1 Koneksi Instrument pada Sistem Fieldbus
Gambar 2.2 Koneksi Instrumen pada Sistem Analog (Konvensional)
Masing-masing satu pasang kabel utama Fieldbus dari Sistem Utama (HostSystem) ke
lapangan disebut satu "Segment". Masing-masing segment terdiri dari kabel utama yang
disebut "Trunk dan dihubungkan secara paralel dengan kabel "Spur" ke masing-masing
peralatan lnstrument di lapangan seperti Transmitter dan Control Valve. Junction Box
diperlukan sebagai tempat untukmenghubungkan kabel utama "Trunk ke kabel "Spur" secara
parallel menggunakan Wiring Block. Kabel Fieldbus dalam satu segment dapat digunakan
untuk menyuplai listrik keperalatan lnstrument di lapangan dengan menggunakan "Power
Supply" dan "Power Conditioner".
Beberapa fitur yang dimiliki oleh Sistem Fieldbus adalah :
1. Dikarenakan dapat dihubungkan pada beberapa peralatan lnstrument sekaligus dan
beberapa variabel data pengukuran dan diagnostik dapat dikomunikasikan pada satu
kabel, sehingga dapat mengurangi jumlah kabel dan biaya dapat dikurangi.
2. Protokol transmisi digital meyakinkan proses informasi secara akurat dan kendali
kualitas yang ketat.
3. Komunikasi berlapis memungkinkan berbagai informasi seperti halnya Variabel
Proses (PV) dan Variabel Manipulasi (MV) dikirimkan dari peralatan lnstrument di
lapangan.
4. Kemampuan komunikasi antar peralatan lnstrument di lapangan dapat membentuk
Sistem Pengendalian Terdistribusi (DCS) yang sesungguhnya.
5. Kesesuaian (Interoperability) memungkinkan peralatan dari pabrikan (manufaktur)
yang berbeda untuk diintegrasikan.
6. Pilihan peralatan lnstrument yang luas dari berbagai pabrikan membuat kontruksi
sistem menjadi fleksibel.
7. Sistem Instrumentasi, peralatan elektrik, Analyzer, dll dapat saling berintegrasi.
8. Beberapa penyesuaian (adjustment) dan inspeksi peralatan di lapangan dapat
dilakukan dari ruang kendali (remote).
Fieldbus menggantikan peran sistem analog konvensional 4-20mA secara bertahap
untuk mengirim data pengukuran dan pengendalian antara ruang kendali dan lapangan.
Terdapat 2 macam spesifikasi Physical Layer Fieldbus oleh IEC61158-2 dan
ISAS50.02: Spesifikasi Fieldbus untuk Low-Speed dan High-speed. Tetapi spesifikasi High-
speed tidak digunakan, hanya spesifikasi High Speed Ethernet (HSE) yang digunakan sebagai
tipe tambahan.
Fieldbuses berbeda menawarkan set berbeda fitur dan kinerja. Sulit untuk membuat
perbandingan umum kinerja fieldbus karena perbedaan mendasar dalam metodologi transfer
data. Dalam tabel perbandingan di bawah itu hanya dicatat jika fieldbus tersebut biasanya
mendukung siklus pembaruan data 1 milidetik atau lebih cepat.
Fieldbus Daya Bus Redundansi Kabel
Perangkat Max
Sinkronisasi Siklus milidetik
Sub
AFDX Tidak Ya Hampir tak terbatas
Tidak Diketahui
AS-Interface
Ya Tidak 62 Tidak Tidak
CANopen Tidak Tidak 127 Ya Tidak
Componet Ya Tidak 384 Tidak Ya
ControlNet Tidak Ya 99 Tidak Tidak
CC-Link Tidak Tidak 64 Tidak Tidak
DeviceNet Ya Tidak 64 Tidak Tidak
EtherCAT Tidak Ya 65.536 Ya Ya
Ethernet Powerlink
Tidak Opsional 240 Ya Ya
Ethernet / IP
Tidak Opsional Hampir tak terbatas
Ya Tidak
Interbus Tidak Tidak 511 Tidak Tidak
LonWorks Tidak Tidak 32.000 Tidak Tidak
Modbus Tidak Tidak 246 Tidak Tidak
Profibus DP
Tidak Opsional 126 Ya Tidak
Profibus PA
Ya Tidak 126 Tidak Tidak
PROFINET IO
Tidak Opsional Hampir tak terbatas
Tidak Tidak
PROFINET IRT
Tidak Opsional Hampir tak terbatas
Ya Ya
SERCOS III
Tidak Ya 511 Ya Ya
Antarmuka SERCOS
Tidak Tidak 254 Ya Ya
Foundation Fieldbus H1
Ya Tidak 240 Ya Tidak
Foundation Fieldbus HSE
Tidak Ya Hampir tak terbatas
Ya Tidak
RAPIEnet Tidak Ya 256 Dalam Pengembangan
Bersyarat
Fieldbus Daya Bus Redundansi Kabel
Perangkat Max
Sinkronisasi Siklus milidetik Sub
2.3 Spesifikasi Fieldbus (Standart)
IEC (International Electrotechnical Commission) menjelaskan bahwa terdapat tujuh
protokol Fieldbus yang telah distandarisasi secara international, yaitu :
1. FOUNDATION fieldbus dan HSE
2. ControlNet
3. PROFIBUS dan PROFInet
4. P-NET
5. WorldFIP
6. INTERBUS
7. SwiftNet
Dari ketujuh protocol Fieldbus terebut, FF dan Profitbuslah yang berkembang pesat di Sistem
Pengukuran dan Pengendalian Proses. Berikut tabel yang menjelaskan perbedaan FF dan
Profitbus.
NO FOUNDATION FIELDBUS (FF) Profitbus
1 FF-H1 untuk koneksi dengan Peralatan
Instrumen Lapang menggunakan bus-
poweres berdasarkan Physical Layer
IEC61158-2 (kabel twisted-pair)
Transmission Speed 31,25Kbps.
Profitbus-PA untuk koneksi dengan
Pelralatan Instrumen Lapang
menggunakan bus-powered berdasarkan
Physical Layer IEC61158-2. Diperlukan
DP/PA Link modules. Transmission
Speed 31,25Kbps.
2 High Speed Ethernet (HSE) untuk koneksi
high speed dengan subsystem mis:
Multicomponent Analyzer, PLC, Remote
I/O, dll. Physical Layer berdasarkan
ISAS50.02 (kabel twisted-pair atau fiber
optic). Maks. Transmission Speed
Profitbus-DP dan Profitnet untuk
koneksi high speed dengan Peralatan
lapang mis: remote I/O, Drives, MCC,
Analyzer, dll. Physical Layer
menggunakan RS-485, RS-485-IS atau
Fiber Optic. Maks transmission Speed
100Mbps. 12Mbps
3 Prinsip komunikasi data berdasarkan
metode Publisher-Subscriber. Komunikasi
antar peralatan lapangan dapat dilakukan
sehingga fungsi kendali dapat dilakukan
antar peralatan instrument lapangan.
Prinsip omunikasi data berdasarkan
metode Master-Slave. Omunikasi hanya
antara peralatan lapangan dengan Host.
4 Foundation fieldbus banyak digunakan
oleh vendor system DCS yang tepat untuk
digunakan pengendalian proses secara
kontinyu (continuous control)
Profitbus banyak digunakan oleh vendor
system PLC yang tepat untuk
pengendalian peralatan secara discrete
(mis: manufacturing, robotic)
Tabel 2.3.1 Perbandingan Foundation Fieldbus dan Profitbus
Dari tabel tersebut, dapat disimpulkan bahwa Foundation Fieldbus adalah yang paling sesuai
untuk pengendalian proses secara kontinyu dan digunakan oleh vendor-vendor DCS seperti:
Yokogawa, Emerson, ABB, Honeywell, Foxboro, yamatake, dll.
2.4 Perbandingan Fieldbus dengan Metode Komunikasi Konvensional
Perbandingan dengan Konvensional Komunikasi Fieldbus protokol komunikasi lebih
unggul transmisi analog dan komunikasi hybrid akurasi informasi, kecepatan transmisi, dan
jumlah transmisi. Ia juga menawarkan keunggulan bagi mereka transmisi dan komunikasi
dalam fungsi, termasuk kemampuan untuk berkomunikasi antara perangkat yang terhubung
dan berkomunikasi dua arah.
2.4.1 Sistem Analog
Transmisi analog adalah teknik transmisi informasi menggunakan sinyal analog
dengan arus langsung dari 4 sampai 20 mA. Topologi, yang merupakan sistem satu-ke-satu,
memungkinkan hanya satu perangkat lapangan untuk dihubungkan ke kabel tunggal. Arah
transmisi satu arah. Oleh karena itu, dua kabel yang berbeda harus disediakan: satu untuk
memperoleh informasi dari perangkat lapangan, dan yang lainnya untuk mengirimkan sinyal
kontrol ke perangkat lapangan.
Perbedaan utama antara Sistem Fieldbus dan Sistem Analog Konvension aladalah
dalam hal pengkabelan. Dalam Foundation Fieldbus, daya listrik dan media komunikasi
terdapat dalam kabel yang sama, kecuali beberapa peralatan Instrument yang memerlukan
kabel listrik terpisah karena memerlukan daya yang lebih besar dan tegangan listrik yang
besar. Selain itu, dikarenakan mempunyai konfigurasi berupa jaringan, terdapat pengurangan
modul I/O, Modul Interface I/O dan panel marshalling.
Karena jumlah sensor yang lebih banyak dapat diintegrasikan didalam satu alat FF,
berdampak ke pengurangan jumlah peralatan lapangan dan/atau fitur diagnostik lanjut.
1. Komunikasi
Teknologi Foundation Fieldbus adalah berdasarkan Tag, berarti Host
akanmemeriksadan menetapkan peralatan berdasarkan Tag di dalam database dan
pengalamatan peralatan secara otomatis, sehingga pengurangan jam kerja didalam kegiatan
loop check dapat direalisasikan. Transfer data dalam bentuk digital murni, telah
menghilangkan kebutuhan untuk melakukan perubahan range dan kalibrasi ulang yang
dikarenakan pergeseran nilai (drift). Dikarenakan akurasi yang lebih tinggi dalam
pengendalian proses dapatmengurangi perubahan variabel proses dan mengurangi produk
yang hilang (lebih efisien).
2. Protokol
Foundation Fieldbus dapat menginformasikan data-data dari peralatan lnstrument di
lapangan, seperti Process Variabel, Status, Diagnostik, dll. Kemudian digabungkan dengan
kemampuan Sistem Utama (DCS) untuk mengolah data awal tersebut menjadi informasi
yang diperlukan untuk kehandalan kilang yang lebih tinggi dan mengurangi biaya perawatan.
Diperlukan personil yang terlatih dan mempunyai kemampuan untuk menangani
perkembangan teknologi Fieldbus dan menggali semua kelebihan dari teknologi tersebut.
3. Engineering
Proses desain Sistem Fieldbus hampir sama dengan desain Sistem Analog
Konvensional. Pada desain Sistem Analog Konvensional, lokasi peralatan lnstrument di
lapangan dan informasi susunan kabel (cable schedule) hanya digunakan pada saat desain
panel Marshalling. Desain sistem DCS dilakukan hanya berdasarkan "I/O List" dan prosedur
operasional proses, tidak berkaitan dengan cable schedule, lokasi peralatan lnstrument dan
"Junction Box" dilapangan.
Pada desain Sistem Fieldbus, detail dari kondisi lapangan, contohnya desainsegment,
mempengaruhi desain sistem DCS. Berarti desain, sistem DCS berkaitan erat dengan lokasi
peralatan, detail kabel, seperti detail dari desainsegment. Untuk mempermudah, desain
segment dapat disederhanakan dan apabila dimungkinkan, mengikuti kondisi yang sudah ada.
Apabila melampaui dari aturan-aturan yang ada misalnya jumlah maksimum peralatan FF
dalam satu segment, maka validasi dari desain segment tersebut perlu dilakukan.
Gambar 2.3 Perbedaan Utama antara Sistem Traditional dan Fieldbus
Proses Engineering dari Sistem Pengendalian Proses yang menggunakan Fieldbus
dibagi kedalam lima Iangkah : Desain, Produksi, Kontruksi, Startup dan Pemeliharaan. Setiap
langkah mempunyai banyak proses pengerjaan dan setiap proses pengerjaan melibatkan
kegiatan-kegiatan yang lebih kecil. Contoh dari proses engineering tersebut seperti pada
gambar 2.4 dibawah ini :
Gambar 2.4 Proses Engineering Fieldbus
2.4.2 Sistem Hybrid
Sebuah komunikasi hybrid adalah teknik komunikasi di mana informasi perangkat
lapangan ditumpangkan sebagai sinyal digital pada 4 sampai 20 mA sinyal analog
konvensional. Selain kemampuan transmisi analog, adalah mungkin untuk jarak jauh
mengatur bidang berbagai perangkat dan penyesuaian titik nol. Juga, informasi pemeliharaan
seperti self-diagnostik perangkat lapangan dapat diperoleh dengan menggunakan terminal
khusus.
Protokol komunikasi hibrida dikembangkan secara mandiri oleh masing-masing
produsen, sehingga perangkat dari produsen yang berbeda tidak dapat berkomunikasi satu
sama lain. Dengan sistem BRAIN Yokogawa atau sistem komunikasi hybrid dari produsen
lain, informasi self-diagnostik tidak dapat dipertukarkan antara perangkat lapangan dari
produsen yang berbeda. Sebuah komunikasi hibrida terutama mendukung 4 sampai 20 mA
transmisi analog, meskipun juga memungkinkan komunikasi data digital. The digital
kecepatan komunikasi data melalui komunikasi hybrid lebih lambat daripada yang melalui
komunikasi Fieldbus.
2.5 Kelebihan dan Kelemahan dari Fieldbus
Keuntungan lain dari penggunaan teknologi fieldbus adalah pengurangan jumlah
routing cable. Tidak ada multipare cable lagi yang digunakan sebagaimana sistem
konvensional. Junction Box ke Marshalling Panel hanya dihubungkan oleh single pair twisted
cable. Karena addressing system yang dilakukan oleh fieldbus memungkinkan banyak device
dapat berkomunikasi melalui satu pair cable. Penggunaan twisted pair ini adalah untuk
mengurangi interferensi signal.
Transmitter dengan kemampuan fieldbus sebenarnya tidak diperlukan lagi setting
kalibrasi signal untuk melakukan linearisasi transmitter. Yang dimaksudkan di sini adalah
jika dibandingkan dengan HART yang memerlukan setting Zero is 4 mA and Maximum is 20
mA kemudian dilakukan linearisasi 25%, 50%, 100% maka Foundation Fieldbus tidak
memerlukan kegiatan ini. Yang diperlukan dalam fieldbus adalah kalibrasi sensor bahwa 0
Barg harus terkirim data 0 Barg pula. Begitu pula 100 Barg harus terkirim data digital 100
Barg. Begitu seterusnya tanpa perlu melakukan linearisasi, karena linearisasi hanya ada
dalam teknologi analog.
Data oleh fieldbus dikirimkan melalui data digital 0 and 1 yang diambil dari data
increasing dan decreasing dari gelombang square dari voltage yang dihasilkan oleh Bus
Power melalui kabel H1. Pengambilan data pada puncak dan lembah dari gelombang kotak
untuk menunjukkan 1 dan 0 sebagaimana teknologi digital lama tidak digunakan di fieldbus
karena rawan terhadap interferensi. Bus Power rata-rata pada range rating 24-32 VDC.
Terkhusus pada bus power yang dihasilkan oleh Yokogawa Fieldbus adalah 27 VDC. Pada
level komunikasi lebih tinggi antar module pengontrol fieldbus menggunakan jaringan
ethernet yang dikenal sebagai HSE (High Speed Ethernet). Untuk mengkomunikasinya
dengan intranet atau internet bisa saja dilakukan melalui gateway. Demikian juga dengan
jaringan komunikasi industrial yang lain seperti Modbus.
Kelemahan tapi mungkin dapat juga disebut kelebihan, bahwa Fieldbus terlalu
software base. Seorang teknisi yang sudah terbiasa melakukan troubleshoot secara kasatmata
dengan membandingkan signal 4-20 mA pada device dan action seharusnya didapat dari 4-20
mA maka sekarang teknisi tidak dapat berbuat banyak. Semuanya tergantung dari Software
Engineer yang harus melakukan download, configure, autocalibration, dlsb. Teknisi hanya
akan membandingkan besaran proses dengan data yang diterima oleh screen workstation. Jika
terdapat deviasi maka semua dikembalikan ke software engineer untuk melakukan adjustment
signal.
Setidaknya teknisi lapangan masih dapat melakukan monitoring lokal dengan
menggunakan Fisher 375 Communicator. Berbagai macam product transmitter dan valve
yang sudah masuk dalam Fildbus Foundation akan kompatible dengan Fisher 375. Namun
dalam kenyataannya Fisher 375 tidak dapat membaca detail parameter-parameter dr K-Tek
product, kecuali process variable semata.
DAFTAR PUSTAKA