5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Sistem SCADA ( Supervisory ,Control And Data Acuisition )
2.1.1 Pengertian SCADA
SCADA merupakan singkatan dari Supervisory Control and Data
Acquisition. SCADA merupakan sebuah sistem yang mengawasi , mengontrol
dan mengumpulkan informasi atau data-data dari lapangan dan kemudian
mengirimkannya ke sebuah komputer pusat (Master Control) yang akan
mengatur dan mengontrol data-data tersebut. Istilah SCADA merujuk pada
sistem pusat keseluruhan. Sistem pusat ini biasanya melakukan pemantauan
data-data dari berbagai macam sensor di lapangan atau bahkan dari tempat-
tempat yang lebih jauh lagi.
Menurut NIST (National Institute of Standards andTechnology) dengan
definisi yang lebih formal, SCADA adalah sistem terdistribusi yang digunakan
untuk mengendalikan aset – aset yang tersebar secara geografis, sering terpisah
ribuan kilometer persegi, dimana kontrol dan akuisisi data terpusat penting bagi
operasi sistem.
Sistem SCADA digunakan diberbagai bidang. Seperti industri,
pembangkit, dan pendistribusian tenaga listrik. SCADA juga digunakan sebagai
pendukung keamanan nasional dan kesiapan keadaan darurat serta perlindungan
prasarana penting di Sistem Komunikasi Nasional.
Sistem pemantauan dan kontrol industri biasanya terdiri dari sebuah pusat
atau master yang biasa dinamakan sebagai master station, master terminal unit
atauMTU, satu atau lebih unit-unit pengumpul dan kontrol data lapangan yang
biasa dinamakan remote station, remote terminal unit atauRTU, jaringan
telekomunikasi data antara MTU dan RTU serta sekumpulan perangkat lunak
yang digunakan untuk memantau dan mengontrol elemen-elemen data-data di
lapangan.
Sistem SCADA terdiri dari sistem open loop dan juga sistem close loop.
6
Sistem SCADA memiliki banyak bagian. Sebuah sistem SCADA biasanya
memiliki perangkat keras sinyal untuk memperoleh dan mengirimkan I/O,
kontroler, jaringan, antarmuka pengguna dalam bentuk HMI (Human Machine
Interface), alat komunikasi dan beberapa perangkat lunak pendukung.
(sumber : http://tokoautomation.com/lang-id/11-cp1l.html)
Gambar 2.1 SCADA PLC OMRON CP1L
Sistem SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition ) bertujuan
untuk membantu perusahaan mendapatkan sistem pengoperasian optimum
sesuai dengan berbagai kenyataan kekurangan-kekurangan maupun segala
kelebihan yang terdapat pada sistem tersebut.
Dalam rangka untuk mencapai sistem pengedalian sesuai dengan kriteria-
kriteria di atas, maka suatu sistem pengendalian tenaga dilengkapi dengan
perangkat-perangkat SCADA. Perangkat ini digunakan sebagai sarana untuk
dapat memantau dan mengendalikan sistem - sistem tenaga secara terpusat dari
pusat pengendalian.
Pada tugas akhir yang sedang saya kerjakan ini, SCADA digunakan
sebagai alat pemantau dan pengendali kedua plant. Plant tersebut terletak pada
dua buah Remote Terminal Unit (RTU). RTU yang pertma akan mengendalikan
7
kecepatan motor DC dan RTU yang kedua akan menyetabilkan tegangann
generator sinkron melalui sebuah AVR. Dimana kedua remote tersebut akan
dikendalikan oleh sebuah Master Terminal Unit (MTU) serta mengirimkan data
– data kepada MTU.
2.1.2 Arsitektur Sistem SCADA
Arsitektur dasar dari sebuah sistem SCADA adalah sebagai berikut:
A. Operator
Operator manusia mengawasi sistem SCADA dan melakukan fungsi
supervisory control untuk operasi plant jarak jauh.
B. Human Machine Interface (HMI)
HMI menampilkan data pada operator dan menyediakan input kontrol bagi
operator dalam berbagai bentuk, termasuk grafik, skematik, jendela, menu
pull-down, touch screen dll. HMI dapat berupa touch screen device maupun
komputer itu sendiri.Peralatan HMIdiantaranya adalah: keyboard, Video
Display Unit (VDU) , recorder, printer, logger.
C. Master Terminal Unit (MTU)
Master Terminal Unit (MTU) merupakan unit master pada arsitektur
master/slave. MTU berfungsi menampilkan data pada operator melalui HMI,
pusat pengatur, pengumpul dan pengontrol data-data dari tempat yang
berjauhan, dan mengirimkan sinyal kontrol ke plant yang berjauhan. Biasanya
terletak di lokasi pusat yang biasa disebut “operator workstation”.
Kecepatan pengiriman data dari MTU dan plant jarak jauh relatif rendah
dan metode kontrol umumnya open loop karna memungkinkan terjadinya
waktu tunda dan flow interruption.
Berikut ini beberapa fungsi dasar dari MTU, yaitu:
1) Input/Output Task berfungsi sebagai interface system SCADA dengan
peralatan di plant.
2) Alarm Task berfungsi untuk mengatur semua sistem alarm.
8
3) Tred Task berfungi mengumpulkan data plant setiap waktu dan
menggambarkan dalam grafik.
4) Report Task berfungsi untuk memberikan laporn yang bersumber dari
data plant.
5) Display Task berfungsi untuk menampilkan data yang diawasi &
dikontrol operator.
D. Communication System
Sistem komunikasi antar muka MTU – RTU ataupun antara RTU – field
device diantaranya berupa:
RS 232
Private Network(LAN/RS 485)
Swicht Telephone Network
Leased Line
Intenet
Wireless Communication System
Wireless LAN
GSM Network
Radio Modems
E. Remote Terminal Unit (RTU)
Remote Terminal Unit (RTU) adalah unit slave pada arsitektur
master/slave.RTU mengirimkan sinyal kontrol pada peralatan yang
dikendalikan, mengambil data dari peralatan tersebut, dan mengirimkan data
tersebut ke MTU. RTU merupakan salah satu komponen dari suatu sistem
pengendalian tenaga listrik yang berfungsi untuk mengakuisisi data-data
analog maupun sinyal-sinyal indikasi , fungsi-fungsi set point, meneruskan
hasil-hasil pengukuran ke pusat pengendali serta melakukan komunikasi
dengan pusat pengendali.
Kecepatan pengiriman data antara RTU dan alat yang di kontrol relatife
tinggi dengan metode kontrol yang digunakan umumnya closed loop.
9
F. Plant
Plant merupakan peralatan atau objek yang akan dikontrol. Dimana data
dari peralatan tersebut akan diakuisisi dan dikirim olehRemote TerminalUnit
(RTU) dan kemudian di terima oleh Master Terminal Unit (MTU). Operator
Master Terminal Unit (MTU) di Control Centre dapat memberikan perintah
langsung kepada plant melalui Remote terminal Unit (RTU).
2.2 Programmable Logic Contol (PLC)
2.2.1 Definisi PLC
Dewasa ini, sistem otomatis sangat diminati di dunia industri. Hal ini
dikarenakan dapat menjamin kualitas produk yang dihasilkan, memperpendek
waktu produksi dan mengurangi biaya tenaga kerja manusia. Programmable
Logic Contol (PLC) merupakan salah satu pengendali yang paling populer,
khususnya untuk sistem yang bekerja secara sekuensial.
Definisi sederhana PLC dapat dilihat dari kepanjangannya, yaitu:
Programmable yang berarti dapat diprogram (software based).
Logic yang berarti bekerja pada logika yang dibuat. Logika disini
terdiri hanya keadaan ON dan OFF.
Control yang berarti pengendali (otak) dari suatu sistem.
Menurut NEMA (National Electrical Manufacturers Association – USA),
definisi PLC adalah alat elektonika digital yang menggunakan programmable
memory untuk menyimpan instruksi dan untuk menjalankan fungsi – fungsi
khusus seperti : logika, sequence (urutan), timing (perwaktuan), perhitungan dan
operasi aritmatika untuk mengendalikan mesin dan proses.
Definisi lain menyebutkan bahwa PLC ialah komputer industri khusus
untuk mengawasi dan mengendalikan proses industri menggunakan bahasa
pemrograman khusus untuk kontrol industri (ladder diagram), didesain untuk
tahan terhadap lingkungan industri yang banyak gangguan (noise, vibration,
shock, temperature, humidity).
10
PLC memiliki keunggulan yang signifikan, karena sebuah perangkat
pengontrol yang sama dapat dipergunakan di dalam beraneka ragam sistem
kontrol karena sifatnya yang fleksibel dengan tingkat kompleksitas yang sangat
beragam. Untuk memodifikasi sebuah sistem kontrol dan aturan–aturan
pengontrolan yang dijalankannya, yang harus dilakukan oleh seorang operator
hanyalah memasukkan seperangkat intruksi yang berbeda dari yang digunakan
sebelumnya.Penggantian rangkaian kontrol tidak perlu dilakukan.
2.2.2 Prinsip Kerja PLC
Secara umum, cara kerja sistem yang dikendalikan PLC cukup sedehana,
yaitu:
1) PLC mendapatkan sinyal input dari input device. Dimana input deviice
adalah benda fisik yang memicu eksekusi logika/program pada PLC.
Contoh : saklar dan sensor.
2) Akibatnya PLC mengerjakan logika program yang ada di dalamnya.
3) PLC memberikan sinyal output pada output device. Output device
adalah benda fisik yang diaktifkan oleh PLC sebagai hasil eksekusi
program. Contohnya ialah motor DC, motor AC, solenoid, dll.
Ada secara function blok diagram cara kerja pengendalian PLC adalah
sebagai berikut:
Gambar 2.2 Function Blok Diagram
Input Device
Sinyal Input
Program
Sinyal Output
Output Device
11
2.2.3 Bagian – Bagian PLC
PLC memiliki komponen yang terhubung dengan input device dan output
device.PLC juga terhubung dengan PC untuk kebutuhan pemrograman
(umumnya menggunakan RS 232 serial port).
Sumber : OmronManualBook
Gambar 2.3 Arsitektur PLC
Secara Umum PLC terbagi dalam beberapa komponen berikut:
1) Power Supply
Diperlukan untuk mengkonversikan tegangan AC sumber menjadi
tegangan rendah DC yang dibutuhkan oleh prosesor dan rangkaian –
rangkaian di dalam modul – modul antarmuka input dan output.
2) Processor
Processor adalah unit yang menginterpretasikan atau mengolah
sinyal inputdan melaksanakan tindakan – tindakan pengontrolan,
sesuai dengan program yang tersimpan dalam memori, lalu
mengkomunikasikan keputusan – keputusan yang diambilnya sebagai
sinyal – sinyal kontrol ke antarmuka output.
3) Memory
Memory adalah tempat di mana program tersimpan. Biasanya unit
memori terdiri dari RAM, EPROM, dan EEPROM.
12
4) Input dan Output Module
Unit input adalah unit yang memberikan sinyal masukan ke dalam
CPU.Unit output adalah unit yang mengirimkan sinyal hasil
pengolahan data CPU ke bagian beban. Misal :relai, lampu, dll.
5) Programming Device
Digunakan untuk memasukkan program yang akan difungsikan
yang disimpan ke dalam memori. Program tersebut di buat dengan
menggunakan perangkat ini, kemudian dipindahkan ke dalam unit
memori PLC.
2.2.4 Fungsi PLC
Secara umum fungsi PLC adalah sebagai berikut:
1) Sekuensial Control. PLC memproses input sinyal biner menjadi
output yang digunakan untuk keperluan pemrosesan teknik secara
berurutan (sekuensial). Disini PLC menjaga agar semua langkah
dalam proses sekuensial berlangsung dalam urutan yang tepat.
Pengganti relay control logic konvensional, pewaktu, pencacah.
2) Monitoring Plant. PLC secara terus menerus memonitor status
suatu sistem (misalnya temperatur, tekanan, tingkat ketinggian)
dan mengambil tindakan yang diperlukan sehubungan dengan
proses yang dikontrol (misalnya nilai sudah melebihi batas) atau
menampilkan pesan tersebut pada operator. Proses monitoring dan
alarm, Diagnosa kesalahan, jaringan kerja otomatisasi proses industri,
Local area network, Wide area network.
3) Kontrol Cerdas (canggih). Operasi Aritmatika, Penanganan informasi,
Kontrol analog (suhu, tekanan, aliran, dll.). PID (proporsional
integrator derivative), Fungsi Logic.
2.2.5 Instruksi-Instruksi Dasar PLC
Instruksi instruksi ini merupakan instruksi dasar yang digunakan untuk
memrogram PLC Omron C series, dan sangat penting pada programnya
diberikan intruksi dasar END sebagai batas akhir dari program tersebut.
13
LOAD ( LD )
Instruksi load merupakan representasi dari satu kondisi logika dan
biasanya dibutuhkan untuk suatu proses yang dihubungkan langsung
dengan output.
Simbol dari instruksi dasar load adalah sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.4 Instruksi LOAD
Operand Data Areas :
B: Bit Input Output (IO), Holding Relay (HR), Area Relay (AR), Link
Relay (LR), Temporary Relay (TR).
LOAD NOT (LD NOT)
Instruksi LD Not memiliki logika seperti kontak NC pada relai dan
digunakan pada urutan kerja suatu sistem kontrol yang membutuhka suatu
kondisi logika. Simbol dari instruksi dasar LD Not adalah sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.5 Instruksi LOAD NOT
Operand Data Areas :
B: Bit Input Output (IO), Holding Relay (HR), Area Relay (AR), Link
Relay (LR), Temporary Relay (TR).
OR
Instruksi dengan logika seperti kontak NO pada relai yang dibutuhkan
pada suatu sistem kontrol dan instruksi ini digunakan apabila dibutuhkan
hanya salah satu dari beberapa kondisi logika untuk mengeluarkan satu
output. Simbol dari instruksi dasar OR adalah sebagai berikut:
14
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.6 Instruksi OR
Operand Data Areas :
B: Bit Input Output (IO), Holding Relay (HR), Area Relay (AR), Link
Relay (LR), Temporary Relay (TR).
OR NOT
Instruksi ini dibutuhkan bila urutan kerja pada suatu system kendali
hanya membutuhkan salah satu saja dari beberapa kondisi logika untuk
mengeluarkan satu output. Simbol dari instruksi OR Not adalah sebagai
berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.7Instruksi OR NOT
Operand Data Areas :
B: Bit Input Output (IO), Holding Relay (HR), Area Relay (AR), Link
Relay (LR), Temporary Relay (TR).
OUT
Instruksi OUT ini digunakan untuk mengeluarkan output apabila semua
kondisi logika ladder telah terpenuhi. Simbol dari instruksi dasar OUT
adalah sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.8 Instruksi OUT
15
Operand Data Areas :
B: Bit Input Output (IO), Holding Relay (HR), Area Relay (AR), Link
Relay (LR), Temporary Relay (TR).
TIMER (TIM)
Seperti fungsi ON-delay pada relai, instruksi timer ini digunakan
dengan fungsi yang sama, sehingga tidak lagi diperlukan timer
konvensional pada suatu proses. Simbol dari instruksi dasar Timer adalah
sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.9 Instruksi TIMER
Operand Data Areas :
N: TC Number 000 – 511
SV: Set value (word, BCD) IO, AR, DM, HR, #
COUNTER (CNT)
Instruksi counter merupakan salah satu instruksi untuh mengubah
sinyal input dari kondisi off ke on sebagai pemicu proses pencacahan.
Masukan reset, angka counter, dan nilai set (SV) dapat diatur dalam
program. Nilai set dapat diberikan antara 0000-9999. Simbol dari instruksi
dasar counter adalah sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.10 Instruksi COUNTER
16
Operand Data Areas :
N: TC Number 000 – 511
SV: Set value (word, BCD) IO, AR, DM, HR, #
MOVE (MOV)
Instruksi move merupakan salah satu instruksi untuk menyalin data dari
source word ke destination word, akan tetapi tidak merubah status bit.
Simbol dari instruksi dasar move adalah sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.11 Instruksi MOVE
Operand Data Areas :
S: Source word IO, AR, DM, HR, TC, LR, #
D: Destination word IO, AR, DM, HR, LR
COMPARE (CMP)
Instruksi compare merupakan salah satu instruksi untuk
membandingkan data 1 dengan data 2. Kemudian hasil keluarannya
dikirim ke GR, EQ and LE flags pada SR area. Simbol dari instruksi dasar
move adalah sebagai berikut:
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.12 Instruksi COMPARE
Operand Data Areas :
17
Cp1: 1st compare word IO, AR, DM, HR, TC, LR, #
Cp2: 2nd compare word IO, AR, DM, HR, TC, LR, #
END
Untuk mengakhiri semua instruksi yang diberikan pada logika
pemograman, instruksi end diberikan sehingga program dapat dieksekusi.
(sumber : www.myomron.com)
Gambar 2.13 Instruksi END
2.2.6 PLC OMRON CP1L
Sebuah PLC standar OMRON tipe CP1L dilingkapi dengan kemampuan
standar port USB, CPU unit CP1L yang tersedia untuk aplikasi dengan I/O yang
paling kecil yaitu 10 I/O. Untuk urutan kontrol, pulsa I/O dan serial port yang
sederhana, PLC CP1L dapat memberikan pilihan yang ekonomis mulai dari 10-,
14-, 20- 30-, 40-, dan 60- I/O CPU unit.
( sumber : http://www.ia.omron.com/product/family/1916/index_spc.html)
Gambar 2.14 PLC CP1L OMRON
PLC OMRON CP1L dibangun sebagai sebuah fungsi yang disebut
“Easy Modbus”.Dimana PLC dapat berkomunikasi denganmodbusprotokol
RTU. Pengguna diminta untuk mengembangkan diagram ladder untuk
memasukkan dan mengambil kembali data yang ada pada fungsi “Easy
Modbus”. Pengembangan ini bertujuan untuk menyediakan pemrograman
ulang ke aplikasi modbus RTU, yang mendukung pembacaan dan
pemrograman sampai 100 data tunggal pada perangkat. Program ladderdi
18
download pada board yang sesuai. Apabila pada PLC tersebut terdapat dua
board, maka gunakan board yang paling kanan.
( sumber : http://www.ia.omron.com/product/family/1916/index_spc.html)
Gambar 2.15 Contoh Program Ladderdengan Rung Sederhana
( sumber : http://www.ia.omron.com/product/family/1916/index_spc.html)
Gambar 2.16 Contoh Program Ladderdengan Rung Kompleks
( sumber : http://www.ia.omron.com/product/family/1916/index_spc.html)
Gambar 2.17 Pendownloadan Program Ladder
2.2.6.1 Spesifikasi Umum PLC CP1L
Tabel 2.1 Spesifikasi Umum PLC Omron CP1L
Nama Spesifikasi
Tegangan Power
Supply
AC 100 - 240 VAC ; 50/60 Hz
DC 24VDC
Range Tegangan
Operasi
AC 85 – 264 VAC
19
DC 20.4 – 26.4 VDC
Arus Masuk 7.5 mA max, 10pts/5mA,14pts
Konsumsi Daya 7.5 mA max , 50VA
Power Supply
External (Kapasitas
Output)
24 VDC ;
(0.3A)
Dimensi
160 x 85 x 90 mm
(Panjang x Tinggi x Lebar)
Berat 700 gram max.
Sambungan
Komunikasi
RS 232C atau RS422/485
Spesifikasi PLC CP1L yaitu :
01 : Membaca status koil
02 : Membaca status input
03 : Membaca registerholding(1 atau 2 register)
04 : Membaca registerinput (1 – 32 koil)
05 : Penguatan koil tuunggal
06 : Penetapan register tunggal
0F : Penguatan multi – koil (1 – 32 koil)
10 : Penetapan multi – register (1 atau 2 register)
Memori sampai dengan 1500 steps.
Dengan adanya pulsa output 2-sumbu kontrol, penghitung 2-sumbu
diferensial phasa, USB peripherial port, serial komunikasi, Ethernet
komunikasi serta LCD display membuat PLC CP1L dapat melakukan
pengurutan control 2-sumbu.
2.2.6.2 Area Memori PLC OMRON
Area memori PLC Omron terbagi menjadi beberapa bagian seperti
berikut:
20
IR (Internal Relay) merupakan alamat yang paling sering digunakan
dalam pemrograman.
Input Area, yaitu terminal input eksternal.
Output Area, yaitu terminal output eksternal.
Work Area, yaitu bit internal yang dapat digunakan dalam
programming.
SR (Special Relay) – AR (Area Relay) merupakan bit yang menjalankan
fungsi khusus dari PLC.
TR (Temporary Relay) merupakan bit yang hanya menyimpan data
sementara saja. Umumnya muncul dalam operasi aritmatika.
HR (Holding Relay) merupakan bit yang tetap menyimpan data dan
kondisinya (ON/OFF) meskipun PLC mati.
LR (Link Relay) merupakan alamat yang digunakan untuk kebutuhan
jaringan PLC one to one.
Timer/Counter.
Alamat untuk timer dan counter. Karena disimpan dalam satu area maka
nomor timer dan counter tidak boleh sama.
DM (Data Memory)
Untuk pengelolahan data dalam word, pengaturan setting PLC,
menampilkan error code saat terjadi error.
2.3 Sistem Komunikasi Data Serial
Komunikasi data adalah proses pemindahan data antara komputer yang
satu dengan komputer yang lain, antara komputer dengan piranti – piranti yang
lain dalam bentuk data digital yang dikirimkan melalui media komunikasi data.
Komunikasi serial adalah komunikasi data dengan pengiriman data dalam
bentuk pulsa listrik kontinyu yang disebut bit. Data dikirim satu per satu bit secara
teratur dengan menggunakan satu jalur kabel data. Penerima juga menerima data
dalam bentuk bit – bit pulsa listrik yang kontinyu. Sehingga komunikasi serial
21
hanya menggunakan 2 kabel data, yaitu kabel data untuk pengiriman yang disebut
transmit (Tx) dan kabel data untuk penerimaan yang disebut receive (Rx).
Kelebihan dari komunikasi serial adalah jarak pengiriman dan penerimaan
dapat dilakukan dalam jarak yang cukup jauh dibandingkan dengan komunikasi
parallel. Tetapi kekurangannya adalah kecepatan lebih lambat daripada
komunikasi parallel. Untuk saat ini sedang dikembangkan teknologi serial baru
yang dinamakan USB (Universal Serial Bus) yang memiliki kecepatan
pengiriman dan penerimaan data lebih cepat dibanding serial biasa.
( sumber : http://dunia-listrik.blogspot.com)
Gambar 2.18 Komunikasi Data
Ada tiga metode yang dijumpai daalam komunikasi data serial yaitu:
1) Komunikasi data satu arah
Komunikasi data satu arah adalah keadaan dimana suatu komputer
mengirimkan data kesebuah monitor.
( sumber http://dunia-listrik.blogspot.com)
Gambar 2.19 Komunikasi Data Satu Arah
22
2) Komunikasi dua arah bergantian
Komunikasi data dua arah begantian adalah keadaan dimana suatu
komputer mengirimkan data ke komputer lain begitu pula sebaliknya
dalam waktu yang berbeda.
( sumber : http://dunia-listrik.blogspot.com)
Gambar 2.20 Komunikasi Data Dua Arah Bergantian
3) Komunikasi dua arah bersamaan
Komunikasi data dua arah bergantian adalah keadaan dimana
suatu komputer mengirimkan data ke komputer lain begitu pula
sebaliknya dalam waktu yang bersamaan. Pertukaran informasi
dikerjakan dalam waktu yang bersamaan.
( sumber : http://dunia-listrik.blogspot.com)
Gambar 2.21 Komunikasi Dua Arah Bersamaan
Ada 2 macam cara komunikasi data serial, yaitu :
1) Komunikasi data serial sinkron
Komunikasi data serial sinkron yaitu clock dikirimkan bersama
sama dengan data serial, tetapi clock tersebut dibangkitkan sendiri –
sendiri baik pada sisi pengirim maupun penerima.
2) Komunikasi data serial asinkron
Komunikasi serial asinkron tidak diperlukan clock karena data
dikirimkan dengan kecepatan tertentu yang sama baik pada pengirim /
penerima.
23
Pada IBM PC kompetibel port serialnya termasuk jenis asinkron.
Komunikasi data serial ini dikerjakan oleh UART (Universal
Asynchronous Receiver and Transmitter). Pada UART, kecepatan
pengiriman data ( atau yang sering disebut Baud Rate) dan fase clock
pada sisi Transmitter dan sisi Reciever harus sinkron. Untuk itu
diperlukan sinkronisasi antara Transmitter dan Reciever. Hal ini
dilakukan oleh bit “Start” dan bit “Stop”. Ketika saluran transmisi
dalam keadaan idle, output UART dalam dalam keadaan logika “1”.
Ketika Transmitter ingin mengirimkan data, output UART akan di
set dulu ke logika “0” untuk waktu satu bit. Sinyal ini pada Reciever
akan dikenali sebagai sinyal “Start” yyang digunakan unuk
menyinkronkan fase clocknya. Sehingga sinkron dengan fase
clockTransmitter.
Selanjutnya data akan dikirimkan secara serial dari bit yang paling
rendah (bit0) sampai bit tertinggi. Selanjutnya akkan dikirimkan sinyal
“Stop” sebagai akhir dari pengiriman data serial.
Keuntungan menggunakan komunikasi serial adalah :
Penyebab gangguan pada kabel kabel panjang lebih mudah di atasi
dibandingkan dengan komunikasi parallel.
Jumlah kabel serial lebih sedikit.
Komunikasi serial dapat dengan menggunakan udara bebas sebagai
media transmisi.
Komunikasi serial dapat diterapkan untuk berkomunikasi dengan
mikrokontroller.
2.3.1 Standard Komunikasi Serial
Ada beberapa standard yang telah dikembangkan oleh Electric Industries
Association (EIA) untuk komunikasi serial, antara lain : RS 232, RS 422/485 ,
RS 423 dan RS 449. Dimana RS singkatan dari Recomended Standard.
24
2.3.1.1 RS 232
RS-232 merupakan standard interface untuk komunikasi asinkronyang
menghubungkan Data Terminal Equipment (DTE) dengan
DataCommunication Equipment (DCE) atau dapat juga menghubungkan
antara DTE dengan DTE.
Data Terminal Equipment (DTE) merupakan perangkat yang
dilengkapi Universal Asynchronous Receiver and Transmitter (UART) atau
Universal Asynchronous Synchronous Receiver and Transmitter (USART)
yang dapat mengubah data parallel ke data serial atau sebaliknya. Perangkat
DTE ini pada komputer PC disebut AsynchronousCommunication Card
(COM).
Data Communication Equipment (DCE) adalah perangkat yang dapat
mengubah data serial ke besaran analog yang dapat di transmisikan pada
saluran transmisi seperti: telepon, listrik atau pemancar radio.
Untuk komunikasi antar komputer dapat menggunakan RS-232 dengan
perantara kabel. Penggunaan RS-232 ini, jaraknya tidak lebih dari 15 meter
pada kecepatan 256Kbps. Jika lebih, maka signal yan ditransmisikan akan
mengalami degradasi oleh noise dan attenuasi.
Beberapa parameter yang ditetapkan EIA (Electronic Industry
Associated) antara lain :
Sebagai input receiver level logika „1‟ (high) disebut dengan mark atau
tanda. Terletak antara tegangan -3 Volt hingga -25 Volt. Level logika „0‟
(low) disebut dengan space atau spasi. Terletak antara tegangan +3 Volt
hingga +25 Volt.
Sebagai output driver level logika „1‟ terletak antara tegangan -5 Volt
hingga -15 Volt. Level logika „0‟ terletak antara tegangan +5 Volt hingga
+15 Volt.
Daerah tegangan -3 Volt hingga +3 Volt disebut invalid level yaitu tidak
didefinisikan atau tidak memiliki keadaan logika.
25
Tegangan rangkaian terbuka tidak boleh lebih dari 25 Volt (dengan acuan
ground)
Arus hubung singkat rangkaian tidak boleh lebih dari 500 mA.
Jika perangkat yang kita gunakan menggunakan logika TTL
(Transistor Transistor Logic) maka sinyal serial port harus kita konversikan
dahulu ke pulsa TTL sebelum kita gunakan. Dan sebaliknya, sinyal dari
perlatan kiita harus dikonversikan dahulu ke logika RS 232 sebelum di-
inputkan ke serial port.
Peralatan yang berbasis pada TTL (Transistor Transistor Logic)
mempunyai level logika yang sangat berbeda dengan level logika RS 232.
Batas level logika untuk TTL sebagai output driver mempunyai daerah
tegangan antara +5 Volt hingga +2,4 Volt yang diartikan sebagai logika „1‟
(high). Sedangkan daerah tegangan +0,4 Volt hingga 0 Volt diasumsikan
sebagai logika „0‟. Sedangkan batas level logika untuk input receiver
mempunyai daerah tegangan antara +5 Volt hingga +2 Volt merupakan logika
„1‟ dan daerah tegangan 0,8 Volt hingga 0 Volt sebagai logika „0‟.
Berikut merupakan beberapa istilah dalam protokol komunikasi
RS232, yaitu:
Baud period, yaitu kecepatan transmisi yang diukur dalam satuan bit per
second. Clock dari pengirim dan penerima harus disinkronisasikan pada
baud period yang sama.
Marking state, yaitu periode selama tidak ada data yang dikirim.Selama
kondisi marking, output line pengiriman selalu logika„1‟(high).
Start bit, yaitu logika „0‟ (low) menunjukkan transmisi data dimulai.
Kondisi low yang terjadi pada start bit dinamakan spacing state.
Parity bit, yaitu bit pilihan yang dikirim setelah karakter bit untuk
mendeteksi error transmisi. Ada dua macam parity, yaitu parity genap dan
parity ganjil.
Stop bit, yaitu satu, satu setengah, dua bit berlogika „1‟ (high) akan
dikirimkan setelah karakter bit atau parity bit jika ada parity bit. Dengan
26
adanya stop bit, dipastikan bahwa penerima mempunyai waktu yang
cukup untuk menerima karakter tersebut.
RS 232 memiliki beberapa kelebihan, yaitu:
Kemudahan dalam penggunaanya.
Tidak memerlukan teknik pemrograman yang terlalu rumit.
Mudah untuk dipelajari.
Tidak sulit untuk mendapatkan peripheral untuk merancang bangun suatu
device dan PC.
Salah satu kelemahan RS 232 adalah jarak maksimal yang diizinkan,
yaitu 15 meter. Hal itu dapat diatasi dengan menggunakan RS 485. RS 458
dapat digunakan untuk mentransfer data sampai dengan 1220 meter dengan
kecepatan 10 Mbps dan kemampuan menangani sampai dengan 32 perangkat /
device.
2.3.1.2 RS 485
RS485 adalah teknik komunikasi data serial yang dikembangkan di
tahun1983 di mana dengan teknik ini, komunikasi data dapat dilakukan pada
jarak yangcukup jauh yaitu 1,2 Km. Selain dapat digunakan untuk jarak yang
jauh teknik inijuga dapat digunakan untuk menghubungkan 32 unit beban
sekaligus hanya denganmenggunakan dua buah kabel saja tanpa memerlukan
referensi ground yang samaantara unit yang satu dengan unit lainnya.
RS 485 adalah sebuah US – Basedstandard telekomunikasi untuk
komunikasi serial biner antar perangkat. RS 485 adalah protokol atau set
spesifikasi yang harus diikuti agar perangkat yang berstandard dapat
berkomunikasi satu dengan yang lain. Protokol adalah sebuah aturan yang
mendefinisikan beberapa fungsi yang ada dalam sebuah jaringan komputer.
Dalam hal ini yang dikenal dengan RS 232. Ketika RS 232 diperbolehkan
berkoneksi dari dua perangkat dengan serial link, maka RS 485
memperbolehkan adanya serial koneksi antara dua perangkat pada sistem
jaringan.
27
RS 485 adalah define standard karakteristik listrik dari driver dan
receiver yang digunakan dalam menyeimbangkan sistem multipoint digital.Itu
sebabnya RS485saat ini digunakan secara luas antarmuka komunikasi data
akuisisi dan kontrol aplikasi di mana beberapa node berkomunikasi satu sama
lain.
RS485 memilik tingkat transmisi data yang lebih cepat dibandingkan
dengan RS232. Pada RS 485 pada jarak 10 meter, bisa mencapai kecepatan
transmisi hiingga 35 Mbps. Untuk jarak 1200 meter, RS485 bisa mencapai
kecepatan transmisi 100Kbps.
Tabel 2.2 Spesifikasi RS 485
(Sumber : www.wekipidia.com)
RS-485
Standard : EIA RS-485
Physical media : Twisted pair
Network topology : Point-to-point, Multi-dropped, Multi-point
Maximum devices : 32 - 256 devices (32 unit loads)
Maximum distance : 1200 metres (4000 feet)
Mode of operation : Differential signaling
Maximum baud rate : 100 kbit/s - 10 Mbit/s
Voltage levels : -7 V to +12 V
Mark (1) : Positive Voltages (B-A > +200 mV)
Space (0) : Negative voltages (B-A < -200 mV)
Available signals : Tx+/Rx+, Tx-/Rx- (Half Duplex)
Tx+, Tx-, Rx+, Rx- (Full Duplex)
Connector types : Not specified
RS485 digunakan dalam berbagai sistem komputer dan
automasi.RS485 juga digunakan untuk membangun automasi sebagai kabel
bus sederhana dan panjang kabel yang ideal untuk dihubungkan dengan
perangkat remote.
28
Agar komunikasi data pada sistem multipoint yang dapat digunakan
untuk 32 unit peralatan elektronik tidak terjadi saling bentrok antar data, maka
seperti layaknya pada forum diskusi yang benar, pada kondisi awal semua
peserta menjadi pendengar terlebih dahulu. Kemudian pada saat salah seorang
peserta diskusi berbicara, maka peserta yang lain harus menunggu peserta
yang berbicara tersebut menyelesaikan pembicaraan. Apabila peserta tersebut
selesai berbicara, maka peserta tersebut kembali menjadi pendengar
sedangkan yang lain baru boleh berbicara untuk memberikan tanggapan atau
mengajukan usul yang lain. Hal ini diperlukan agar forum diskusi dapat
berjalan dengan baik dan tertib.
Demikian pula pada komunikasi RS485, semua peralatan elektronik
berada pada posisi penerima hingga salah satu memerlukan untuk
mengirimkan data, maka peralatan tersebut akan berpindah ke mode pengirim,
mengirimkan data dan kembali ke mode penerima. Setiap kali peralatan
elektronik tersebut hendak mengirimkan data, maka terlebih dahulu harus
diperiksa, apakah jalur yang akan digunakan sebagai media pengiriman data
tersebut tidak sibuk. Apabila jalur masih sibuk, maka peralatan tersebut harus
menunggu hingga jalur sepi.
Berikut adalah flow chart alur komunikasi RS 485 dalam komunikasi
pengiriman data :
Gambar 2.22 Flow Chart Pengiriman Data
Periksa Jalur Komunikasi
Jalur Bersih
Mode Pengirim
Kirim Slave ID
Kirim Data ke Slave
Mode Pengiriman
29
Agar data yang dikirimkan hanya sampai ke peralatan elektronik yang
dituju, misalkan ke salah satu Slave, maka terlebih dahulu pengiriman tersebut
diawali dengan Slave ID dan dilanjutkan dengan data yang dikirimkan.
Peralatan elektronik – peralatan elektronik yang lain akan menerima data
tersebut, namun bila data yang diterima tidak mempunyai ID yang sama
dengan Slave ID yang dikirimkan, maka peralatan tersebut harus menolak atau
mengabaikan data tersebut.
Gambar 2.23 Flow Chart Penerimaan Data
Namun bila Slave ID yang dikirimkan sesuai dengan ID dari peralatan
elektronik yang menerima, maka data selanjutnya akan diambil untuk diproses
lebih lanjut.
Topologi jaringan merupakan alasan mengapa RS485 kini menjadi
favorit dari empat interface dalam akuisisi data dan kontrol aplikasi. RS485
adalah satu-satunya dari interface internetworking yang mampu bekerja pada
pemancar dan penerima dalam jaringan yang sama. RS485 repeater juga
memungkinkan untuk meningkatkan jumlah node menjadi beberapa ribu,
dalam beberapa kilometer. Ini adalah alasan mengapa RS485 ini begitu
populer dengan komputer, PLC, microcontroller dan sensor cerdas dalam
aplikasi ilmiah dan teknis.
Slave ID
sesuai?
Ambil data selanjutnya
dan jalankan prosesnya.
Kembali dari
Subroutine
30
Sumber : www.wikepedia.com
Gambar 2.24 Topologi jaringan
Dalam gambar di atas merupakan topologi jaringan umum RS485 yang
terhubung dalam jaringan RS485 multipoint.
1). Single Twisted Pair RS 485
Dalam versi ini, semua perangkat yang terhubung ke satu Twisted
Pair. Dengan demikian, semuanya harus memiliki driver dengan
outputtri-state (termasuk Master). Komunikasi berjalan di atas satu baris
di kedua arah. Penting untuk mencegah lebih banyak dari pemancaran
perangkat sekaligus (masalah perangkat lunak).
2). Double Twisted Pair RS-485
Jika menggunakan jenis ini tidak perlu menggunakan output tri-state,
karena perangkat Slave mengirim lebih dari twisted pair yang kedua,
yang dimaksudkan untuk mengirim data dari Slave ke Master. Solusi ini
sering memungkinkan pelaksanaan dalam sistem komunikasi multipoint,
yang pada awalnya dirancang (HW dan juga SW) untuk RS-232. Tentu
saja, Master perangkat lunak harus dimodifikasi, sehingga Master query
secara periodik mengirim paket ke semua perangkat Slave. Peningkatan
throughput data yang jelas dalam volume besar. Kadang-kadang sistem
RS-485 dapat dilihat dalam sistem poin-to-sistem poin.
CP1W-CIF11 Option Board
31
Sumber : www.myomron.com
Gambar 2.25Option Board CP1W-CIF11
CP1W-CIF11 option board digunakan untuk menghubungkan RS485
ke PLC CP1L dengan konfigurasi sebagai berikut :
Sumber : www.myomron.com
Gambar 2.26Wiring Option Board CP1W-CIF11
CJ1W-CIF11 Option Board
Sumber :www.myomron.com
Gambar 2.27Option Board CJ1W-CIF11
CJ1W-CIF11 option board digunakan untuk menghubungkan RS485
ke PLC CJ1W sebagai converter RS232 menjadi RS485. Konfigurasi
CJ1W-CIF11 sama dengan konfigurasi CP1W-CIF11. Hanya berbeda
pada DIP Switchnya.
32
2.3.1.3 Ethernet
Ethernet dihubungkan ke kabel LAN dengan menggunakan
pemasangan CP1W-CIF41 Ethernet option board dengan option board lain di
CPU unit PLC CP1L lain yang dipantau dan di program dengan CX-
Programmer.
Ethernet terdiri dari kabel TP ( Twisted Pair) yang berfungsi untuk
mereduksi interference dan crosstalk. Dengan tipe konektor RJ-45 konektor
UTP.
( sumber : http://www.ia.omron.com/product/family/1916/index_spc.html)
Gambar 2.28 Ethernet Communication
Ethernet merupakan sebuah teknologi jaringan yang menggunakan
metode transmisi Baseband yang mengirim sinyalnya secara serial 1 bit pada
satu waktu. Ethernet beroperasi dalam modus half-duplex, yang berarti setiap
station dapat menerima atau mengirim data tapi tidak dapat melakukan
keduanya secara sekaligus.
Ethernet menggunakan metode kontrol akses media Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detection untuk menentukan station mana
yang dapat mentransmisikan data pada waktu tertentu melalui media yang
digunakan. Dalam jaringan yang menggunakan teknologi Ethernet, setiap
komputer akan "mendengar" terlebih dahulu sebelum "berbicara", artinya
mereka akan melihat kondisi jaringan apakah tidak ada komputer lain yang
sedang mentransmisikan data. Jika tidak ada komputer yang sedang
33
mentransmisikan data, maka setiap komputer yang mau mengirimkan data
dapat mencoba untuk mengambil alih jaringan untuk mentransmisikan sinyal.
Sehingga, dapat dikatakan bahwa jaringan yang menggunakan teknologi
Ethernet adalah jaringan yang dibuat berdasarkan basis First-Come, First-
Served, daripada melimpahkan kontrol sinyal kepada Master Station seperti
dalam teknologi jaringan lainnya.
Jika dua station hendak mencoba untuk mentransmisikan data pada
waktu yang sama, maka kemungkinan akan terjadi collision (kolisi/tabrakan),
yang akan mengakibatkan dua station tersebut menghentikan transmisi data,
sebelum akhirnya mencoba untuk mengirimkannya lagi pada interval waktu
yang acak (yang diukur dengan satuan milidetik). Semakin banyak station
dalam sebuah jaringan Ethernet, akan mengakibatkan jumlah kolisi yang
semakin besar pula dan kinerja jaringan pun akan menjadi buruk. Kinerja
Ethernet yang seharusnya 10 Mbit/detik, jika dalam jaringan terpasang 100
node, umumnya hanya menghasilkan kinerja yang berkisar antara 40% hingga
55% dari bandwidth yang diharapkan (10 Mbit/detik). Salah satu cara untuk
menghadapi masalah ini adalah dengan menggunakan Switch Ethernetuntuk
melakukan segmentasi terhadap jaringan Ethernet ke dalam beberapa collision
domain.
A.UTP
UTP adalah kabel yang didalamnya terdapat 8 buah core kabel yang
dikelompokan menjadi 4 pasang, sehingga dikenal sebagai pair. Hanya4 core
kabel yang sebenarnya digunakan untuk transmisi data, yaitu kabel no 1,2,3,6.
Untuk menentukan kabel yang mana padaurutan tersebut dapat ditentukan
setelah kabel tersebut dihubungkan dengan konektor Rj-45 atau dengan
pemilihan warna sesuaistandar. KabelUTP memiliki keterbatasan dalam segi
jarak yaitu hanya 100 m karena adanya proses pelemahan
sinyal(Attentuation)data karena adanya factor-faktor pelemah sinyal seperti
hambatan jenis kabel.nAdapun skema kabel UTP adalah sebagai berikut :
34
( Sumber : http://www.wordPress.com)
Gambar 2. 29EthernetPatch Cable
( Sumber : http://www.wordPress.com)
Gambar 2. 30EthernetCrossover Cable
( Sumber : http://www.wordPress.com)
Gambar 2.31EthernetPath Cable T568B
(Sumber : http://www.wordPress.com)
Gambar 2. 32EthernetCrossover Cable T568B
35
Tabel 2.3Kategori kabel UTP
(Sumber : http://www.wordPress.com)
Kategori
Aplikasi
CAT 1
Dipakai untuk komunikasi suara (voice), dan digunakan
untuk kabel telepon
CAT 2
Terdiri dari 4 pasang kabel twisted pair dan bisa digunakan
untuk komunikasi data sampai dengan 4 Mbps
CAT 3
Bisa dgunakan untuk transmisi data dengan kecepatan 10
Mbps dan digunakan untuk Ethernet dan token ring
CAT 4
Sama dengan kategori 3 dengan kecepatan 16 Mbps.
CAT 5 Bisa digunakan pda kecepatan 100 Mbps, biasanya digunakan untuk fast
etherne (100base) atau network ATM. Bahkan sekarang digunakan untuk
Gigabit Ethernet
B. RJ-45
RJ-45 adalah konektor kabel Ethernet yang biasa digunakan dalam
topologi jaringan komputer LAN maupun jaringan komputer tipe lainnya.
( Sumber : http://www.wordPress.com)
Gambar 2.33 RJ-45
Konektor kabel RJ-45 Mediatech memiliki konfigurasi tiga macam,
sesuai dengan perangkat yang ingin dihubungkannya:
1) Straight Through Configuration
Kabel jenis ini biasa digunakan untuk menghubungkan perangkat jaringan
dengan tingkat hierarki yang berbeda. Sebagai contoh adalah ketika kita
menghubungkan PC ke jaringan komputer kita di kantor lewat switch. Tipe
kabel jenis ini lebih umum digunakan dan relatif lebih mudah dalam
penyusunan kabelnya saat memasang konektor RJ-45.Biasanya digunakan
36
untuk Router ke Hub atau Switch, Server ke Hub atau Switch, Workstations
ke HUB atau Switch.
2) Cross Over Configuration
Kabel jenis ini biasa digunakan untuk menghubungkan dua perangkat
jaringan dengan hierarki setingkat. Biasanya digunakan untuk PC to PC, atau
PC ke AP Radio, Router to router,port uplink Switch ke port uplink Switch,
Hub ke Switch, Hub ke Hub, Router Interface ke Router Interface.
3) Kabel Rollover
Kabel jenis ini biasanya digunakan untuk mengakses router dengan
PC/laptop kita. Konfigurasi kabel jenis ini cukup simpel karena kita tinggal
membalik urutan kabel yang kita pasang di satu sisi. Misal kita menggunakan
standar T568B (standar untuk kabel straight through), maka kita tinggal
membalik urutan menjadi coklat untuk urutan pertama di ujung kabel yang
lain.
Pemasangan RJ-45 harus disesuaikan dengan posisi warna yang ada di
UTP. Penyesuaian posisi kabel adalah sebagai berikut:
( Sumber : http://www.wordPress.com)
Gambar 2. 34 Penyesuaian Posisi RJ-45 pada UTP
Struktur konektor UTPpada RJ45 adalah seperti yang tertera pada tabel
berikut:
37
Tabel 2.4Konektor UTP
(Sumber : www.wikepedia.com)
Connector Pin Signal Name Abbr. Signal
Direction
1 Transmission data + TD+ Output
2 Transmission data - TD- Output
3 Reception data + RD+ Input
4 Not used --- ---
5 Not used --- ---
6 Reception data - RD- Input
7 Not used --- ---
8 Not used --- ---
Hood Frame ground FG ---
C. TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
TCP/IP adalah standard komuniikasi data yang digunakan oleh
koomunitas internet dalam proses tukar menukar data dari satu komputer ke
komputer lain dalam jaringan komputer.
Untuk menghubungkan kabel LAN ke PLC digunakan sebuuah option
board berupa CP1W-CIF41.
Sumber : www.myomron.com
Gambar 2.35CP1W-CIF41 Option Board
Option Board memiliki konfigurasi seperti berikut :
Sumber : www.myomron.com
Gambar 2.36Konfigurasi CP1W-CIF11 option board