makalah field

19
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)?

Upload: fenza-maulana

Post on 26-Dec-2015

163 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Makalah Field

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.

Page 2: Makalah Field

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.

Page 3: Makalah Field

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

Page 4: Makalah Field

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.

Page 5: Makalah Field

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

Page 6: Makalah Field

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

Page 7: Makalah Field

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

Page 8: Makalah Field

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

Page 9: Makalah Field

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.

Page 10: Makalah Field

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 :

Page 11: Makalah Field

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.

Page 12: Makalah Field

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

Page 13: Makalah Field

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

Page 14: Makalah Field