1

PEMBUATAN HMI SCADA MENGGUNAKAN PEMROGRAMAN DELPHIDENGAN RTU PLC SIEMENS S7-400 BERBASIS JARINGAN ETHERNET

Moh. Imam Afandi

Puslit KIM-LIPI, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang 15314

INTISARI

Pemrograman HMI (Human Machine Interface) SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

menggunakan perangkat lunak Delphi sudah diujicobakan pada plant sistem pengendalian proses dengan

RTU (Remote Terminal Unit) PLC Siemens S7-400 berbasis jaringan ethernet. HMI SCADA yang dibuat

ini menggunakan komponen opensource Libnodave untuk dapat mengakses modul komunikasi ethernet

CP-443 pada PLC Siemens S7-400. Dari hasil percobaan didapatkan bahwa HMI SCADA menggunakan

pemrograman Delphi dengan komponen opensource Libnodave telah berhasil melakukan komunikasi

dengan modul komunikasi ethernet CP-443 dan dapat mengakses I/O yang dibutuhkan pada PLC

Siemens S7-400.

Kata kunci : HMI SCADA, pemrograman Delphi, komponen opensource Libnodave, modul komunikasi

ethernet CP-443, PLC Siemens S7-400.

ABSTRACT

The programming of HMI (Human Machine Interface) SCADA (Supervisory Control and Data

Acquisition) using Delphi software has been tested and evaluated for plant process control system with

RTU PLC Siemens S7-400 based on ethernet networking. it is also use opensource delphi component

Libnodave to communicate with CP-443 ethernet module in Siemens PLC S7-400. The results is HMI

SCADA using Delphi programming with Libnodave opensource component has been succeed to

communicate with CP-443 ethernet module and make access the necessary I/O for Siemens PLC S7-400.

Keywords : HMI SCADA, Delphi programming, Libnodave opensource component, CP-443 ethernet

module, Siemens PLC S7-400.

PENDAHULUAN

Penggunaan perangkat lunak HMI (Human Machine Interface) SCADA

(Supervisory Control and Data Acquisition) pada suatu sistem pengendalian plant

sekarang ini sangatlah memegang peranan yang cukup penting. Perangkat lunak HMI

ini sangat memudahkan pengguna untuk mengendalikan sistem plant dari master

control yang dapat melakukan tugas sebagai supervisi plant, akuisisi data dan

2

pengendalian plant dengan fasilitas tampilan visual yang menggambarkan kondisi plant

yang sebenarnya.

Perangkat lunak HMI SCADA sebenarnya juga bukan merupakan hal yang asing

bagi kalangan praktisi otomasi dan insinyur industri. Tipenya banyak sekali dan ada

beberapa yang sudah sangat terkenal, seperti misalnya Wonderware Intouch, Citect,

Intellution Fix, WinCC, RSView, dsb. Perangkat lunak HMI ada yang sifatnya universal

yang mendukung semua tipe PLC dan protokol komunikasi dan ada juga yang

didedikasikan hanya untuk tipe PLC tertentu dan protokol komunikasi yang terbatas.

Semua perangkat lunak HMI yang bersifat komersial di atas sangat memudahkan

penggunanya dalam melakukan pemrograman secara visual, mengakses alamat I/O dan

melakukan animasi dari setiap komponen yang akan dibuatnya. Sehingga menjadi

kompensasi bahwa HMI yang sudah komersial dan sudah terkenal tersebut terbilang

cukup mahal karena sebanding dengan fasilitas kemudahan pemrograman dan jumlah

akses perangkat keras PLC serta protokol komunikasi yang diberikan. Namun

sebenarnya juga tidak menutup kemungkinan bagi kita membuat perangkat lunak HMI

sendiri yang dapat mengakses secara langsung menggunakan driver PLC/protokol

komunikasi atau secara tidak langsung dengan menggunakan OPC Server untuk

mengakses driver PLC/protokol komunikasi sebagai suatu solusi murah tanpa

bergantung dari perangkat lunak HMI komersial seperti yang telah disebutkan

sebelumnya.

Menindaklanjuti solusi murah pembuatan perangkat lunak HMI tanpa bergantung

dari HMI yang sudah komersial di atas, maka telah dilakukan pembuatan HMI

menggunakan pemrograman Delphi, dimana dalam tulisan ini memanfaatkan plant

sistem pengendalian proses level, aliran, tekanan dan temperatur yang ada di ruang

laboratorium proses bidang instrumentasi KIM-LIPI dengan RTU(Remote Terminal

Unit) PLC Siemens S7-400 berbasis jaringan ethernet. HMI SCADA yang dibuat ini

menggunakan komponen opensource Libnodave untuk dapat mengakses modul

komunikasi ethernet CP-443 pada PLC Siemens S7-400.

DASAR TEORI SISTEM SCADA

Berbicara mengenai teknologi SCADA sebenarnya sudah ada sejak awal tahun

60-an, sehingga pada perkembangannya sekarang ini sudah mengalami evolusi yang

cukup signifikan dalam penerapannya. Secara definisi menurut ISA(The

Instrumentation, Systems and Automation Society), SCADA merupakan teknologi yang

3

memberikan kemudahan bagi pengguna untuk mendapatkan data dari satu atau lebih

dari beberapa fasilitas yang berjauhan dan/atau mengirimkan beberapa instruksi

pengendalian ke beberapa fasilitas tersebut[1]. Kemudian jika dilihat secara arsitektur,

sistem SCADA mempunyai elemen-elemen penting, antara lain operator, HMI, MTU,

komunikasi dan RTU seperti yang diberikan pada gambar 1 berikut ini :

Gambar 1. Arsitektur Global Sistem SCADA

Khusus untuk HMI(Human Machine Interface) dalam sistem SCADA, terdapat

beberapa fungsi yang harus dipenuhi sebagai berikut[2] :

Overview plant with animation system Alarm handling acknowledgement Historical faults, alarms and events monitoring Real time data logging system Remote setpoint (optional) Spreadsheet Report generator

4

Archiving Charting and historical trending Security system

DESKRIPSI SISTEM

Sistem yang akan diintegrasikan menjadi sistem SCADA ini adalah seperangkat

PLC Siemens S7-400[3,4,5] dengan konfigurasi sebuah CPU dengan modul komunikasi

ethernet Siemens CP-443 serta modul-modul I/O yang dikoneksikan melalui jalur data

profibus karena mempunyai tipe slot S7-300. PLC Siemens S7-400 ini telah

diintegrasikan ke suatu plant sistem pengendalian proses level, aliran, tekanan dan

temperatur. Deskripsi sistem plant dapat diberikan seperti pada gambar 2 berikut ini :

Gambar 2. Deskripsi Sistem Plant

Dimana hubungan I/O yang dipakai oleh plant dengan PLC Siemens S7-400 dapat

diberikan pada tabel 1.berikut ini:

5

Tabel 1. Konfigurasi I/O yang dipakai oleh plantNo. Nama Komponen Plant I/O

1. Alarm MW50.0

2. Start/stop motor MW50.1

3. On/off stop valve MW50.2

4. Sensor level MD64

5. Limit level low MD40

6. Limit level high MD42

7. Sensor aliran MD62

8. Sensor temperatur MD58

9. Sensor tekanan level MD60

Selanjutnya untuk pemrograman HMI, dipilih pemrograman visual Borland

Delphi 7 Trial[6] dengan komponen opensource Libnodave[7] yang merupakan

komponen protokol komunikasi ke PLC Siemens yang dapat diperoleh secara gratis di

sourceforge.net.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Percobaan HMI SCADA menggunakan pemrograman Delphi dengan RTU PLC

Siemens S7-400 melalui komunikasi ethernet ini dilakukan dalam jaringan lokal

intranet KIM-LIPI. Dari sisi RTU, modul komunikasi ethernet CP-443 menggunakan

alamat IP 192.168.89.172 dengan alamat IP gateway 192.168.89.3. Selain itu, untuk

dapat berkomunikasi dengan PLC Siemens S7-400 dengan komunikasi ethernet, pada

komponen opensource Libnodave dipilih setting protokol “ISO over TCP” dengan

pemilihan CPU Rack 0 dan Slot 2. Selanjutnya hasil disain HMI menggunakan

pemrograman Delphi dapat diberikan seperti pada gambar 3 berikut ini :

6

Gambar 3. Tampilan Overview Plant HMI SCADA

Hasil disain HMI yang diberikan pada gambar 2 merupakan fasilitas overview

plant dimana dapat dilihat bahwa terdapat suatu motor pompa yang dikendalikan secara

on/off untuk menghisap air dari suatu bak penampung dan air dipompakan ke atas

melalui percabangan, yang satu ke arah rotameter dan yang satunya dikembalikan lagi

ke bak penampung. Dari rotameter, air kemudian dialirkan melalui orifice dan flow

transmitter yang selanjutnya ke control valve dengan terkoneksi PID kontroler yang

dikendalikan secara lokal dan setelah itu air dialirkan masuk ke tangki. Dari tangki,

ketinggian air yang masuk dideteksi oleh differential pressure transmitter dan di bagian

bawah tangki juga diberi fasilitas stop valve yang dikendalikan secara on/off dan kran

manual untuk pembuangan air dari tangki ke bak penampung. Keluaran I/O untuk setiap

sensor sudah diskalakan menjadi satuan ukurnya, dimana untuk sensor level

menggunakan satuan %, untuk sensor aliran menggunakan satuan l/mnt, sensor tekanan

level menggunakan satuan mmH20 dan sensor temperatur menggunakan satuan 0C.

Untuk tampilan charting and historical trending, dapat diberikan seperti pada

gambar 4 berikut ini:

7

Gambar 4. Tampilan Charting dan Historical Trending HMI SCADA

Pada gambar 4 dapat dilihat bahwa hasil grafik dari data empat besaran fisis

yang terdiri dari level, aliran, tekanan dan temperatur mengalami banyak spike

(loncatan) data yang tidak wajar. Hal ini disebabkan oleh ketidakkontinuan data yang

salah satunya dari jalur data komunikasi yang kurang bagus, grounding kabel data yang

kurang bagus, algoritma pemrograman yang kurang handal, dsb. Untuk mengatasi

permasalahan ini salah satunya bisa diselesaikan dengan memberikan nilai data buffer

yang menampung data sebelumnya. Sehingga jika terjadi loncatan data yang tidak wajar

dimana perbedaan data melebihi batas kecepatan perubahan sensor, maka perangkat

lunak HMI mengambil data buffer sebelumnya sebagai data sekarang. Pemanfaatan data

buffer ini dalam pemrograman HMI ini dapat diberikan seperti pada Gambar 5. berikut

ini :

8

Gambar 5. Tabel Data HMI SCADA

Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa data pengukuran dalam HMI SCADA

terdapat kolom data value, kolom data buffer, dan kolom data num error. Sudah

dijelaskan bahwa data buffer merupakan data value dari waktu cuplik sebelumnya.

Namun untuk kolom num error digunakan sebagai penghitung jumlah kecepatan

perubahan sensor yang melebihi batas yang ditetapkan dalam keadaan terus menerus.

Jika nilai num error melebihi jumlah yang ditetapkan maka sinyal data dari sensor

tersebut dapat dikatakan bad/rusak. Sehingga hasil grafik filter data pada HMI SCADA

dapat diberikan pada gambar 6 berikut ini :

9

Gambar 5. Hasil Grafik Filter Data HMI SCADA

Selain itu pula pada bagian header atas dari tampilan HMI yang dibuat juga

diberikan fasilitas untuk melihat kondisi tanggal dan waktu sekarang secara real-time

dalam orde detik, tabel historical alarm yang terjadi, tombol acknowledgement untuk

mematikan bunyi alarm, tombol untuk melihat historical data logging, tombol untuk

melihat data logging secara grafik, tombol untuk melihat tabel data sekarang, dan

tombol untuk melihat overview plant.

KESIMPULAN

Dari hasil pemrograman dan percobaan telah didapatkan bahwa pembuatan HMI

SCADA menggunakan pemrograman Delphi dengan komponen opensource Libnodave

telah berhasil melakukan komunikasi dengan modul komunikasi ethernet CP-443 dan

dapat mengakses I/O yang dibutuhkan pada PLC Siemens S7-400.

SARAN

Untuk langkah selanjutnya, hasil pemrograman ini akan disempurnakan lagi

menjadi lebih handal dengan tampilan visualisasi yang tidak kalah dengan HMI yang

sudah komersial. Alternatif lain dalam pemilihan pemrograman HMI ini bisa

10

menggunakan Lazarus IDE merupakan versi free dan opensource yang mempunyai

tampilan mirip dengan pemrograman Delphi. Sehingga biaya(cost) dalam pembuatan

HMI bisa menjadi berkurang dan menjadi solusi pembuatan HMI SCADA yang murah

bagi industri menengah dan industri kecil.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Krutz, Ronald L., 2006. Securing SCADA Systems, ISBN-13: 978-0-7645-9787-9, Wiley Publishing Inc.

[2] Bailey, David and Wright, Edwin. 2003. Practical SCADA for Industry, ISBN 07506 58053, IDC Technologies.

[3] ...., 2002. Simatic S7-400 : The Most Powerfull PLC, Product Brief, Siemens.

[4] ...., 2002. Siemens Simatic : Configuring Hardware and Communication Connections with STEP 7 V5.2, Manual book, Siemens.

[5] ...., 2002. Siemens Simatic : Working with STEP 7 V5.2, Manual book, Siemens.

[6] URL: http://www.borland.com/products/downloads/download_delphi.html

[7] URL: http://sourceforge.net/projects/libnodave