BAB 3

Real-Time Systems

 

Untuk waktu yang lama, SCADA beroperasi secara independen dari sistem berbasis komputer lainnya, dan masalah apakah itu sistem waktu nyata tidak penting. Namun, semakin, kami sekarang menemukan bahwa SCADA berinteraksi dengan aplikasi yang dapat beroperasi baik secara terjadwal atau berdasarkan permintaan. Sedikit pemikiran tentang apa yang diharapkan dilakukan oleh sistem SCADA dan, dalam hal ini, apa yang sebenarnya diperjuangkan oleh huruf-huruf dalam SCADA akan mengarah pada kesimpulan bahwa SCADA cocok di suatu tempat antara operasi waktu nyata dan operasi batch. Ini memiliki elemen masing-masing. BAB ini akan mempertimbangkan aspek sistem SCADA yang membuatnya mirip dengan sistem waktu nyata dan bagaimana aspek tersebut berkontribusi pada keputusan yang mempengaruhi desain sistem SCADA.

3-1.     What Really Is Real Time?

Istilah kontrol waktu nyata didefinisikan sebagai "berkaitan dengan kinerja komputasi selama waktu aktual bahwa proses fisik terkait terjadi." Dalam konteks SCADA mengacu pada respon sistem kontrol terhadap perubahan dalam proses. Dalam istilah yang ketat, sistem kontrol waktu nyata adalah sistem yang tidak memperkenalkan waktu tunda atau waktu mati antara penerimaan pengukuran proses dan keluaran sinyal kontrol. Faktanya, hampir semua sistem kontrol harus memperkenalkan beberapa waktu tunda. Mereka yang memperkenalkan jumlah tanpa efek terukur biasanya disebut sistem kontrol waktu nyata. Mungkin berguna untuk menganggap kontrol mode batch sebagai kebalikan dari kontrol waktu nyata.

Sebagian besar sistem yang mengontrol proses berkelanjutan beroperasi secara real time. Perhatikan Gambar 3-1. Sinyal variabel terkontrol diumpankan ke input sistem kontrol tanpa waktu tunda. Kontroler beroperasi pada sinyal ini secepat mungkin dengan algoritma kontrol. Variabel yang dimanipulasi adalah output ke proses segera. Penundaan waktu ada di sisi kontrol sistem, tetapi biasanya dibuat sangat singkat.

Gambar 3-1. Kontrol Proses Paling Berkelanjutan Meminimalkan Waktu Tunda

Gambar 3-2 menunjukkan SCADA sederhana dengan MTU memindai tiga RTU. MTU meminta RTU nomor 1 untuk informasi aliran tentang aliran melalui BE-101, kemudian meminta masing-masing RTU lain tentang aliran melalui elemen aliran mereka. Interval pemindaian (terkadang disebut "periode pemindaian") adalah waktu antara satu percakapan dengan RTU dan percakapan berikutnya dengan RTU yang sama. Jelas bahwa kendala sistem SCADA dan metode pemindaian kecepatan rendahnya akan menyebabkan penundaan waktu.

Gambar 3-2. MTU Meminta Setiap RTU Secara Bergantian Tentang Informasi Alirannya

 

Gambar 3-3 memplot penundaan. Keputusan apakah akan mengizinkan kontrol dipengaruhi oleh interval pemindaian hanya dapat dibuat oleh seseorang yang akrab dengan proses tersebut. Pada tahap awal desain sistem SCADA, interval pemindaian dapat dipilih untuk mengurangi beberapa efek waktu tunda. Bagian 3-3 akan membahas proses menyesuaikan interval pemindaian dengan kebutuhan proses.

 

Gambar 3-3. Waktu Tunda dengan Sistem SCADA

 

Secara khusus, sistem untuk menunjukkan status atau untuk memperingatkan operator untuk memproses kondisi yang berada di luar batas (alarm) mencoba untuk memperkenalkan waktu tunda sesedikit "layak secara ekonomi." Ini adalah frase penting ketika mempertimbangkan SCADA. Itu tidak berarti "waktu sesedikit mungkin." Ini berarti bahwa respon waktu terhadap alarm harus dipertimbangkan ketika menentukan seberapa cepat alarm harus diberitahukan kepada operator. Tiga contoh berikut akan membantu memperjelas hal ini. Untuk setiap contoh, gangguan proses atau kegagalan peralatan telah dikenali. Sistem SCADA memberi sinyal kepada operator bahwa ada kondisi alarm. Operator kemudian merespon untuk mengembalikan proses ke nominal.

 

3-2.    Communications Access and “Master-Slave”

Mesin elektronik dapat berbicara satu sama lain dalam beberapa cara. Tergantung pada tujuan percakapan mereka, kecepatan yang diperlukan, dan status mesin relatif satu sama lain, metode akses yang berbeda dapat digunakan. Persyaratan komunikasi menentukan dan dikendalikan oleh protokol komunikasi yang dipilih.

 

Ini bukan teks tentang komunikasi, jadi tidak akan menjelaskan banyak metode akses komunikasi yang ada. Metode komunikasi yang digunakan oleh sebagian besar sistem SCADA yang ada disebut "master-slave." Dalam pengaturan master-slave, hanya satu mesin (dalam hal ini host atau MTU) yang mampu memulai komunikasi. MTU memanggil satu RTU, memberikan instruksi, meminta pembaruan informasi, dan memerintahkan RTU untuk merespons. MTU kemudian mendengarkan jawabannya. RTU menjawab segera setelah MTU selesai berbicara, lalu berhenti berbicara dan mendengarkan lebih banyak pesanan. MTU bergerak ke RTU kedua dan melalui prosedur yang sama. MTU berbicara ke setiap RTU, lalu kembali ke yang pertama. RTU tidak dapat memulai pesan; itu dapat mengirim pesan hanya ketika secara khusus diperintahkan oleh MTU untuk melakukannya.

 

Proses berbicara ke setiap RTU secara berurutan dan kemudian kembali ke RTU pertama untuk memulai siklus lagi disebut "pemindaian."

3-3.    Determining Scan Interval

 

Kontrol tidak boleh dikompromikan dengan penundaan waktu yang berlebihan; namun, ada batasan waktu yang ditentukan oleh kecepatan transfer data antara MTU dan RTU. Oleh karena itu, ada "tingkat terbaik" untuk memindai RTU untuk data. Salah satu faktor yang menentukan interval pemindaian adalah jumlah RTU yang harus dipindai. Perkiraan jumlah RTU yang mungkin, yang dibuat di awal fase desain, mungkin akan cukup untuk menentukan apa yang mati rasa ini.

 

Faktor kedua yang harus dipertimbangkan adalah jumlah data yang harus disampaikan pada setiap percakapan. Ini akan ditentukan oleh ukuran fasilitas di setiap lokasi jarak jauh dan jumlah independensi yang dapat dilakukan oleh kontrol lokasi jarak jauh. Tergantung pada ini, dafa yang akan dikumpulkan dapat berupa satu titik status atau sebanyak beberapa ratus titik status dan alarm, serta beberapa lusin titik penghitung meter dan beberapa lusin nilai analog. Untuk berkomunikasi, setiap status atau titik alarm memerlukan satu (biasanya) atau dua bit (lebih jarang) data. Karena setiap meter atau titik analog akan ditranskripsikan ke kata biner, setiap titik membutuhkan sekitar enam belas bit. (Ini akan bervariasi dengan peralatan yang berbeda tetapi merupakan angka yang cukup dekat untuk perhitungan ini.

 

Untuk kesederhanaan serta untuk alasan keamanan, yang terbaik adalah memilih RTU terbesar saat mengevaluasi poin. Kalikan jumlah poin ini dengan jumlah total RTU untuk mendapatkan jumlah semua data yang kembali dari semua RTU. Ingatlah bahwa percakapan biasanya merupakan transfer data dua arah. Penting untuk menyertakan waktu yang dibutuhkan MTU untuk berbicara dengan cach RTU. Ini akan mencakup waktu bagi MTU untuk meminta informasi kepada RTU dan waktu bagi MTU untuk memberikan instruksi lain kepada setiap RTU. Sekali lagi, pada tahap desain, cara terbaik untuk memperhitungkan dua kali ini adalah dengan mengevaluasi berapa jumlah poin ini untuk pesan keluar terbesar dan kemudian dikalikan dengan jumlah RTU. Ini akan memberikan hasil yang konservatif karena pesan dari MTU ke RTU biasanya lebih pendek daripada pesan dari RTU ke MTU. Mengevaluasi setiap RTU secara individual mungkin bermanfaat jika latihan dilakukan pada sistem yang ada.

 

Faktor ketiga adalah kecepatan data. Jumlah bit per detik (bps) yang dapat ditransmisikan melalui media komunikasi penting dalam menentukan interval pemindaian, tetapi pada tahap desain awal, jumlah ini mungkin fleksibel. Angka bps dapat diperjualbelikan untuk dikembangkan secara optimal. Pada titik ini dalam proses penentuan interval pemindaian, pertimbangkan bahwa ada dua pengelompokan kecepatan data. Yang pertama, yang digunakan pada saluran telepon tingkat suara dan sebagian besar sistem komunikasi modem radio UHF, adalah antara 300 dan 2400 bps. Menggunakan 1200 bps dalam perhitungan akan memberi Anda perkiraan pertama yang baik. Pengelompokan kecepatan data kedua berlaku jika media komunikasi khusus sedang dipertimbangkan. Mungkin serendah 19.200 bps atau setinggi 10 juta bps. untuk sistem yang cukup kompleks untuk memerlukan kecepatan data ini, akan ada spesialis di tim desain yang dapat memberikan kecepatan data yang berarti untuk perhitungan ini.

 

Faktor keempat dalam menentukan interval pemindaian adalah efisiensi komunikasi, yang dapat dipertimbangkan melalui rasio berikut: waktu yang dihabiskan untuk merekam data yang diinginkan dibagi dengan total waktu yang dihabiskan untuk berkomunikasi. Banyak inefisiensi yang jelas. Misalnya, bagian dari pesan cache harus menyertakan alamat RTU, yang sebenarnya bukan data yang menarik. Beberapa inefisiensi tidak begitu jelas, namun. Kode deteksi kesalahan sering digunakan, dan waktu danau ini. Demikian pula, waktu penyalaan radio mungkin memakan waktu lebih lama daripada waktu pesan. Ini akan dibahas di BAB 6 dan 7, masing-masing, tetapi sebagai perkiraan pertama gunakan nomor berikut untuk efisiensi komunikasi: saluran telepon khusus, 70 persen; radio, 40 persen; telepon dial-up, kurang dari 1 persen.

 

Jika sebagian besar RTU menunjukkan fungsi proses yang sedikit baik atau buruk dari sudut pandang waktu, solusi terbaik mungkin meningkatkan kecepatan data (dalam hal ini, dari 1200 bps menjadi 2400 bps). Penting untuk disadari bahwa menggandakan kecepatan data tidak akan mengurangi waktu pemindaian hingga setengahnya. Efisiensi komunikasi adalah fungsi non linier dari kecepatan data. Jika banyak masalah diidentifikasi dan proses memerlukan waktu respons yang orde-magnitudonya lebih pendek dari yang dimungkinkan oleh masalah, mungkin perlu meninjau kembali metode komunikasi. Mungkin beberapa fungsi harus dihapus dari sistem SCADA.

Ketentuan harus dibuat untuk penambahan jumlah data yang akan dikirim. Sebagian besar sistem SCADA memiliki fungsi yang ditambahkan selama hidup mereka; beberapa memiliki fungsi yang dihapus. BAB 5 akan membahas beberapa aktivitas yang seharusnya tidak bergantung pada sistem komunikasi. Bagian selanjutnya dari BAB ini akan membahas opsi untuk menemukan komputasi atau menghitung elemen.

 

3-4.    Where to Compute?

 

Pernahkah Anda memperhatikan ketika Anda bepergian di jalan bebas hambatan yang diterangi oleh lampu merkuri atau natrium bahwa jari-jari pada dop mobil di sebelah Anda terlihat dan perlahan-lahan berputar—kadang ke belakang, kadang ke depan? Ini adalah "efek strobo", dan itu terjadi karena lampu jalan mengeluarkan d ledakan cahaya setiap 1/60 detik (setiap 1/50 detik jika sistem tenaga Anda 50 Hz). Jika jeruji dop berputar sehingga jeruji berada pada (atau dekat) posisi yang sama dengan jeruji lain pada usia 1/60 o detik, mata Anda akan tertipu dan mengira mereka melihat jeruji yang sama.

 

Gambar 3-4 menunjukkan cara kerjanya. Untuk memperjelas ilustrasi, salah satu jeruji (yang berada di posisi jam dua belas) pada Gambar 3-4(A) telah diolesi aspal jalan. Jika kita mengasumsikan roda berdiameter 30 inci dengan enam jari-jari, konfigurasi yang ditunjukkan pada Gambar 3-4(B) akan terjadi I/60 detik kemudian jika Mobil melaju 53,55 mph, dan konfigurasi pada Gambar 3-4 (C) akan terjadi 1/60 detik setelah Gambar 3-4(B).

 

Gambar 3-4. Frekuensi Pengambilan Sampel dan “Aliasing”

 

Bagaimana melepas tar jalan. Bayangkan mobil itu melaju 107,1 mph atau 160,65 mph dari kelipatan integral 53,55 mph. Jika Anda hanya dapat melihat (atau mencicipi) posisi relatif jari-jari, Anda tidak akan tahu seberapa cepat mobil itu melaju. Jari-jari tampaknya tidak bergerak. Jika mobil berjalan sedikit lebih lambat, dop akan tampak berputar ke belakang; jika mobil bergerak sedikit lebih cepat, mobil itu akan tampak berputar ke depan dengan lambat.

 

Jadi, untuk kasus yang memiliki kendala fisik yang telah kami jelaskan, ada sesuatu yang ajaib sekitar 53,55 mph dan frekuensi sampling 60 Hz. "Keajaibannya" adalah bahwa untuk setiap kelipatan integral dari 53,55 mph, sebuah jari-jari (kita tidak tahu yang mana) melewati posisi vertikal atas. Sekarang balikkan masalahnya. Katakanlah kita tahu bahwa kisaran kecepatan adalah antara 0 mph dan 53,55 mph dan kami ingin menghitung frekuensi minimum strobo sehingga kami dapat menentukan kecepatan dengan jelas. Bagaimana kita bisa melakukannya?

 

Karena kita tahu bahwa dibutuhkan 1/60 detik Bekas luka pada jari-jari untuk memajukan satu Posisi, kita harus membuat strobo sedikit lebih cepat dari 1/60 detik jika kita ingin mengambil sampel situasi yang ada sebelum jari-jari sampai di sana. Frekuensi harus lebih cepat dari 60 Hz, karena pada 60 Hz satu jari dapat menyamar sebagai yang lain. Dalam contoh ini, 60 Hz disebut "frekuensi aliasing". Untuk situasi serupa di mana jumlah jari-jari diubah menjadi dua belas, frekuensi aliasing akan menjadi 120 Hz.

 

Ini semua sangat menarik, katamu, tapi apa hubungannya dengan SCADA? Jika atribut fisik dari proses yang akan dikontrol, termasuk frekuensi natural tertinggi dari proses, diketahui frekuensi aliasing dapat dihitung. Parameter proses dapat sampel secara efektif pada frekuensi yang lebih tinggi daripada frekuensi aliasing tetapi tidak pada frekuensi yang lebih rendah. Jadi pengujian sederhana tentang seberapa sering proses harus diambil sampelnya dapat mengetahui apakah frekuensi pemindaian memadai untuk pengambilan sampel. Jika memadai dan jika pengukuran tidak terlalu kritis, proses dapat sampel, data mentah dapat dipindai, perhitungan (atau komputasi) dapat dilakukan di MTU, dan hasilnya dapat dikirim kembali ke RTU dan diproses. Di sisi lain, proses-proses yang memiliki frekuensi aliasing lebih tinggi dari frekuensi pemindaian yang dipilih harus memiliki perhitungan yang dilakukan sebelum pemindaian. Perhitungan ini harus dilakukan di RTU atau peralatan lain di lokasi yang sama dengan RTU.

 

Mengingat bahwa beberapa perhitungan yang agak sederhana dapat digunakan untuk menentukan perhitungan mana yang harus dilakukan di MTU dan mana yang harus dilakukan di RTU, masih ada pertanyaan tentang perangkat keras apa yang harus digunakan untuk melakukan perhitungan tambahan di lokasi RTU. Karena pengurangan besar dalam biaya perangkat keras komputer kecil, sekarang layak untuk membeli komputer yang cukup kuat untuk menyelesaikan, pada waktu yang tepat, semua perhitungan, semua instruksi ke sensor, dan semua penyimpanan. data historis yang mungkin diperlukan di lokasi. Ini berarti memungkinkan RTU berbasis komputer melakukan semua perhitungan situs jarak jauh.

 

Ada beberapa alasan mengapa Anda tidak ingin meletakkan "semua telur Anda dalam satu keranjang" dan melakukan semua perhitungan di RTU. Seperti yang akan dijelaskan di BAB 10, pertimbangan terkait keselamatan memerlukan penggunaan logika gagal-aman untuk pemadaman keselamatan. Persyaratan peraturan mungkin mengamanatkan bahwa logika penghitung meter ditempatkan di selungkup terkunci yang terpisah. RTU kecil dan sederhana yang didukung oleh modul logika tujuan khusus mungkin lebih kompetitif daripada RTU besar dan kompleks yang dapat melakukan semua perhitungan logika. Akhirnya, perhitungan kontrol sc me memerlukan data input dari lebih dari satu situs jarak jauh. Fungsi kontrol ini paling logis diselesaikan di MTU. Perintah sederhana kemudian dapat dikirim ke RTU yang sesuai untuk mempengaruhi kontrol.

 

 

BAB 4

Remote Control - What Not to SCADA

 

Setiap teknologi memiliki aplikasi yang tampaknya sangat cocok, aplikasi lain yang tampaknya hanya cocok secara marginal, dan sekelompok aplikasi yang seharusnya tidak digunakan. Ketika sebuah teknologi masih sangat muda, seringkali tidak jelas aplikasi mana yang harus dihindari. Seiring dengan semakin matangnya teknologi, pengalaman yang sulit menjelaskan beberapa di antaranya. Dalam BAB ini, kita akan membahas apakah beberapa jenis aplikasi kontrol dan akuisisi data harus bergantung pada SCADA untuk operasinya.

4-1.    Murphy's Law and Remote Control

Murphy hidup! Jika Anda ingin membuktikannya, kepala pelayan sepotong roti dan jatuhkan ke lantai. Jika niat Anda adalah untuk membuktikan bahwa itu akan selalu jatuh dengan sisi mentega, Anda hampir pasti akan mencatat bahwa ini hanya sekitar 50 persen dari waktu. Di sisi lain, jika Anda menjatuhkannya secara tidak sengaja, itu selalu jatuh dengan sisi mentega ke bawah. Dengan cara yang sama, sistem kendali jarak jauh atau sistem akuisisi data dapat diandalkan untuk bekerja dengan sempurna sampai saat pesan benar-benar harus dikirim atau sepotong data penting untuk kelangsungan keuangan perusahaan bekerja dari satu tempat ke tempat lain. ujung sistem ke ujung lainnya. Maka itu akan gagal.

Anda dapat mengujinya. Anda dapat melakukan segala macam evaluasi pada setiap bagian individu dari sistem. Anda dapat menjalankan pemeriksaan kinerja pada sistem secara keseluruhan. Anda bisa berkonsultasi dengan ahlinya. Berapa kali penulis ini diberitahu oleh spesialis teknis maintenance, “Sistem itu harus benar-benar andal. Itu tidak pernah gagal sejak aku di sini!” Percaya: Jika Anda bergantung pada sistem kendali jarak jauh untuk menangani beberapa fungsi penting, itu akan gagal. Semakin kritis fungsinya, semakin cepat dan semakin fatal kegagalannya.

Selama bertahun-tahun, sinyal yang berpotensi ditempatkan pada sistem SCADA telah dievaluasi untuk menentukan mana yang dapat menyebabkan masalah. Sinyal spesifik yang dibutuhkan industri individu akan bervariasi, tetapi jenis sinyal umum cukup konstan. Dua jenis tidak boleh dirancang untuk bergantung pada SCADA: yang pertama adalah sistem instrumentasi keselamatan dan yang kedua adalah sistem pengukuran produk yang akan digunakan untuk penagihan atau pembayaran pajak dan dengan demikian akan memerlukan jejak audit.

4-2.    Safety Instrumented Systems

Semua proses harus dilengkapi dengan sistem instrumen keselamatan jika melalui kegagalan beberapa bagian dapat menyebabkan cedera pada anggota masyarakat atau pekerja atau dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan atau lingkungan. Sistem berinstrumen keselamatan harus dirancang untuk mengesampingkan sistem kontrol normal. Mereka mungkin secara manual atau otomatis dimulai.

Sistem kontrol normal, tentu saja, dirancang untuk memantau parameter operasi proses dan membuat penyesuaian yang diperlukan untuk menjaga proses dalam batas. Ini akan memastikan bahwa produk memenuhi spesifikasi yang telah ditentukan sebelumnya dan bahwa proses dan peralatan terkait tidak bocor, terbakar, meledak, atau berpotensi menimbulkan kontak berbahaya dengan orang lain. Tetapi sistem kontrol normal tidak selalu bekerja dengan baik. Terkadang ini adalah akibat dari kegagalan mekanis. Kadang-kadang bahan baku tidak memenuhi s detik atau sumber energi berekor. Kadang-kadang, target yang ditetapkan oleh operator untuk kontrol normal yang ingin dicapai salah. Gambar 4-1 mencantumkan tiga karakteristik di sekitar sistem instrumentasi keselamatan yang dirancang.

Gambar 4-1. Tiga Karakteristik Desain Utama Sistem Instrumen Keselamatan

Jika sistem instrumentasi keselamatan dirancang untuk mengesampingkan sistem kontrol normal jika dapat beroperasi untuk menjaga proses tetap aman bahkan ketika beberapa kegagalan terjadi secara bersamaan dalam sistem kontrol. Jika sistem berinstrumen keselamatan dirancang sedemikian rupa sehingga integritasnya tidak bergantung pada operasi lanjutan dari elemen-elemen sistem kontrol normal tersebut, keandalan gabungan kedua sistem akan ditingkatkan. Dan, jika sistem penerapan keselamatan mengikuti pepatah Angkatan Darat AS, "KISS" (Keep It Simple, Stupid!), Dengan jumlah minimum suku cadang, kontak listrik, dan instruksi, itu akan selalu bekerja lebih baik.

Dua terakhir dari tiga kondisi sistem instrumentasi keselamatan ini menentang dimasukkannya sistem SCADA ke dalam sistem instrumentasi keselamatan. Sehubungan dengan operasi lanjutan dari sistem kontrol, akan layak untuk mengikat sensor dan aktuator yang didedikasikan untuk sistem instrumentasi keselamatan ke dalam SCADA. Biasanya tidak layak untuk memasang RTU kedua, sistem komunikasi, atau MTU hanya untuk sistem instrumen keselamatan. Gambar 4-2 menunjukkan betapa rumitnya situasi bahkan untuk sistem yang sederhana.

Gambar 4-2. Sistem Keamanan Menggunakan SCADA Menjadi Sangat Kompleks

"Menjaganya tetap sederhana" mungkin merupakan konsep yang relatif, tetapi beberapa desainer yang memenuhi syarat akan berpendapat bahwa SCADA cukup sederhana untuk memenuhi syarat sebagai elemen yang sesuai untuk sistem instrumentasi keselamatan. Ini bukan untuk mengatakan bahwa SCADA tidak dapat digunakan untuk meningkatkan keamanan sistem yang beragam secara geografis. Pipa sering dilindungi dari kebocoran dengan mengukur aliran masuk dan aliran keluar, mengurangi keduanya, dan menutup katup blok di sepanjang saluran jika perbedaannya terlalu besar. Apa yang dikatakan, bagaimanapun, adalah bahwa fitur penginderaan, logika, dan aktuasi dari sistem instrumentasi keselamatan di lokasi lokal tidak boleh bergantung pada sistem SCADA. Bahkan, desain proses yang akan dikontrol dan dipantau oleh sistem SCADA harus selalu menyertakan penilaian hasil dari setiap kemungkinan jenis kegagalan SCADA. Penilaian ini akan mengidentifikasi beberapa kegagalan yang dapat digolongkan sebagai “berisiko tinggi”.

Risiko diukur sebagai produk dari probabilitas dan konsekuensi. Jika probabilitasnya tinggi dan konsekuensinya dapat diabaikan, maka resikonya tidak tinggi. Demikian pula, jika probabilitas mendekati nol tetapi konsekuensinya tinggi, maka resikonya tidak tinggi. Tetapi dalam beberapa kondisi, kemungkinan kegagalan akan cukup tinggi dan konsekuensi kegagalan akan serius; kondisi seperti itu akan menunjukkan situasi berisiko tinggi. Gambar 4-3 menunjukkan matriks metode ini untuk menetapkan risiko generik.

Gambar 4-3. Matriks Metode Penetapan Risiko Generik

Evaluasi risiko menjadi spesialisasi teknik dalam dirinya sendiri. Ini harus dilakukan oleh orang-orang yang akrab dengan proses, peralatan, kondisi operasi, dan metode evaluasi. Kegagalan berisiko tinggi harus diwaspadai dengan memasang sistem instrumentasi keselamatan lokal. ISA telah mengembangkan standar, ANSI/ ISA 84.01 - “Sistem Elektronik yang Dapat Diprogram untuk digunakan dalam Sistem Keselamatan”, yang berkaitan dengan persyaratan sistem instrumen keselamatan.

Gambar 4-4 menunjukkan contoh yang dioperasikan SCADA Dengan penggantian loop lokal. Pada casc ini, ketinggian cairan hiph akan menyebabkan katup menutup meskipun sistem SCADA mencoba membukanya. Contoh 4-1 mengilustrasikan salah satu dari sedikit aplikasi berisiko tinggi di mana SCADA terlibat dalam sistem instrumentasi keselamatan. Bahkan di sini perlindungan loop lokal dapat disediakan.

Gambar 4-4. Katup yang dioperasikan SCADA dengan Loop Override Lokal

Contoh 4-1. Sistem SCADA memantau aliran masuk dan aliran keluar pipa hidrokarbon cair. Lihat Gambar 4-5. Di lokasi MTU, perhitungan dilakukan untuk menentukan apakah aliran masuk sama atau lebih kecil dari aliran keluar. Jika lebih banyak cairan diukur masuk ke saluran daripada keluar darinya, MTU akan mengenali kebocoran dan akan mengirim pesan ke RTU di setiap ujung yang akan menyebabkan katup blok di masing-masing dari dua lokasi tersebut menutup. Sebagai alternatif, MTU dapat mengirim pesan alarm ke operator yang kemudian akan memutuskan apakah akan memblokir saluran dengan katup yang dioperasikan dari jarak jauh.

Gambar 4-5. Sistem SCADA dalam Pipa Hidrokarbon Cair

Murphy memiliki kekuatan untuk menyebabkan radio di salah satu situs RTU atau situs MTU (atau ketiganya dalam hal ini) menjadi tidak dapat digunakan pada saat itu. Daripada membiarkan pompa terus memaksa minyak masuk ke saluran, perancang harus berasumsi bahwa MTU tidak akan mengirim instruksi penghentian tepat waktu. Loop shutdown lokal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4-6, yang didasarkan pada tekanan rendah atau pada laju perubahan penurunan tekanan tidak akan mendeteksi kebocoran kecil dengan cepat tetapi akan memberikan perlindungan untuk kebocoran besar. Yang besar adalah mereka dengan konsekuensi yang paling parah.

Gambar 4-6. Loop Shutdown Lokal

4-3.    Regulatory Requirements

Komputer membawa era masyarakat tanpa kertas. Itu mungkin sulit dipercaya bagi siapa saja yang ada di empat puluh milis untuk surat sampah yang dihasilkan komputer atau yang menyimpan semua surelnya pada cetakan kertas. Tetapi bahkan jika kita mendekati masyarakat tanpa kertas seperti itu, beberapa pihak berwenang bersikeras bahwa data tertentu memiliki “jejak kertas.” Beberapa dari otoritas ini memiliki kekuatan yang hampir sama dengan Murphy. Mereka tentu memiliki cukup untuk membuatnya bermanfaat bagi perancang sistem untuk mendengarkan. Otoritas ini adalah orang-orang yang bertanggung jawab untuk memastikan bahwa pajak, royalti, tarif, dan sebagainya dibayar dalam jumlah yang benar.

 

Sebagian besar industri mengikuti peraturan pemerintah yang mengharuskan sesuatu diukur dan pengukurannya dilaporkan ke satu atau lebih lembaga pemerintah. Seringkali, angka yang dilaporkan mewakili sejumlah besar uang yang harus dibayarkan kepada pemerintah. Contoh proses ini termasuk pengukuran minyak dari sumur, yang mengharuskan pembayaran royalti, atau pengukuran air irigasi dari waduk milik pemerintah, yang mengharuskan pembayaran biaya. Banyak industri memiliki rekanan, pelanggan, atau pemasok tempat mereka bertukar produk. Produk dapat mewakili nilai tunai yang besar. Jika masing-masing pihak dianggap "canggih", aturan akan dibuat antara pembeli dan penjual untuk mengatur metode pengukuran dan penagihan untuk transfer produk. Contohnya termasuk utilitas listrik yang mengirimkan blok tenaga listrik melalui saluran transmisi mereka dengan biaya tertentu atau perusahaan pipa yang memindahkan kumpulan gas alam bersih melalui pipa dengan tarif.

 

Beberapa industri memasok ribuan produk dalam jumlah yang relatif kecil kepada masyarakat umum. Dalam kasus ini, nilai moneter dari setiap transaksi mungkin kecil, tetapi ada sejumlah besar transaksi. Pemerintah mengakui bahwa masyarakat "tidak canggih" tentang pengukuran dan teknik akuntansi. Untuk alasan ini, mereka sering memberlakukan peraturan bahwa prosedur pengukuran dan akuntansi mengikuti bentuk-bentuk tertentu. Masing-masing jenis transaksi ini akan diperlukan oleh setidaknya satu pihak untuk membuat jejak kertas.

 

Istilah paper trail berasal dari metode yang digunakan auditor untuk memeriksa bahwa akuntansi yang benar telah dibuat. Mereka mulai dengan selembar kertas, seperti permintaan penawaran. Mereka kemudian pindah ke makalah berikutnya, yang akan menjadi kutipan yang diajukan, dan ke makalah berikutnya, yang mungkin berupa evaluasi kutipan, pesanan itu sendiri, tanda terima bahan, faktur, cek, dan kemudian tanda terima terakhir. . Dalam mengikuti jejak ini, mereka dapat menentukan apakah prosedur yang benar telah diikuti, apakah jumlah materi yang disampaikan tepat, apakah jumlah uang yang dibayarkan tepat, dan apakah orang yang tepat menerima uang.

 

Prosedur akuntansi ini telah terbukti bekerja dengan baik. Ini tidak akan digantikan oleh metode lain hanya karena sistem SCADA mampu memindahkan beberapa elemen data secara elektronik yang pernah dipindahkan dalam rangkap tiga pada berbagai lembar kertas berwarna. Faktanya, kompromi saat ini sedang dicapai untuk memungkinkan lebih dari catatan kertas menjadi bagian dari jejak kertas. Banyak dari kompromi ini mengakui bahwa data elektronik lebih fana daripada kertas, dan oleh karena itu mereka memerlukan banyak waktu harus berlalu sebelum data ini dapat dihapus dari perangkat pengukuran utama, bahkan setelah itu telah dikirim ke perangkat pengumpulan data. Beberapa kompromi lebih sejalan dengan kombinasi sabuk dan suspensi, yang mengharuskan cetakan fisik dibuat setiap hari meskipun nomor tagihan dikirim secara elektronik.

Kelonggaran juga dapat dibuat untuk fakta bahwa program komputer yang dirancang untuk menghitung volume atau jumlah energi dapat diubah lebih mudah daripada perangkat mekanis yang digunakan untuk melakukan pengukuran. Prosedur keamanan untuk perangkat tempat program komputer ini berada mungkin sangat luas, bahkan termasuk menyimpannya di dalam kotak logam yang terkunci. Namun, pendekatan yang lebih mungkin, akses kata sandi yang terkontrol, dapat diterima.

Jejak kertas mungkin tidak harus dibuat dari kertas, tetapi beberapa metode untuk membuat audit diperlukan. Hampir pasti, perhitungan pengukuran utama harus dilakukan di lokasi RTU. Itu juga harus disimpan di lokasi itu untuk beberapa waktu sesudahnya, mungkin selama tiga puluh lima hari. Gambar 4-7 menunjukkan cetakan tipikal untuk perhitungan pengukuran utama.

Peraturan yang berhubungan dengan pengukuran ini bervariasi dari yurisdiksi ke yurisdiksi dan juga dari industri ke industri. Anda harus menyadari bahwa peraturan seperti itu mungkin terjadi di mana pun penyimpanan materi ditransfer. Anda tentu harus merencanakan untuk memperoleh data pada sistem SCADA Anda, tetapi Anda juga harus merencanakan untuk memperoleh data cadangan dengan cara lain.

Gambar 4-7. Hasil Cetakan Khas untuk Perhitungan Pengukuran Utama

 

BAB 5

Communications

Komunikasi adalah perpindahan data atau intelijen dari satu lokasi ke lokasi lain. Agar komunikasi terjadi, beberapa hal harus ada. Pertama, jalur komunikasi harus ada; beberapa media harus dipilih di mana data akan melakukan perjalanan. Kedua, peralatan harus ada di ujung pengiriman jalur komunikasi untuk mengkondisikan data dan memasukkannya ke dalam bentuk yang dapat dikirim melalui media komunikasi. Ketiga, peralatan harus ada di ujung penerima jalur untuk mengekstrak pesan dari media dan memahami maknanya. BAB ini akan membahas beberapa perangkat dan media komunikasi yang dapat digunakan untuk SCADA serta beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan dalam memilihnya. Kami juga akan memperkenalkan beberapa konsep dan istilah yang digunakan dalam komunikasi.

5-1.    Communications Makes SCADA Possible

Mengingat bahwa sistem SCADA terdiri dari satu atau lebih MTU mengirim instruksi ke dan menerima data dari satu atau lebih RTU, jelas bahwa komunikasi memainkan peran penting dalam pengoperasian sistem. Memasang SCADA biasanya dibenarkan karena lokasi yang jauh dan kesulitan atau biaya untuk mengelolanya. Dalam beberapa kasus, berbahaya, tidak sehat, atau tidak menyenangkan bagi seseorang untuk berada di sebuah situs. Dalam kebanyakan kasus, terlalu mahal untuk memiliki operator yang tinggal di lokasi untuk waktu yang lama atau bahkan untuk mengunjungi lokasi hanya sekali shift atau sekali sehari.

Selama beberapa jenis jalur komunikasi dapat dibuat antara situs jarak jauh dan situs pusat atau master, data dapat diteruskan. Jika tautan komunikasi tidak dapat dibuat, sistem SCADA tidak dapat di-clelope.

5-2.    Data Is Binary: Analog-to-Digital Conversion

Semua data yang dipindahkan antara MTU dan RTU adalah data biner. Ini mungkin berasal seperti itu sebagai kondisi status saklar on-off, atau relay telah dikonversi ke bentuk biner dari bentuk analog. Gambar 5-1 menunjukkan keluaran depan sebuah saklar batas yang dapat digunakan untuk menunjukkan keadaan katup. Pada Gambar 5-4 (a), katup terbuka dan output saklar stabil +5 volt. Pada Gambar 5-1(b), katup tertutup dan keluaran sakelar adalah 0 volt stabil. Perhatikan bahwa output sakelar adalah 0 volt setiap saat katup tidak sepenuhnya terbuka. Fitur ini dapat digunakan untuk keuntungan. Jika Anda perlu mengetahui kapan katup tidak ditutup, Anda dapat mengaturnya agar menghasilkan tegangan 5 volt setiap saat kecuali jika benar-benar tertutup. Bagian bawah Gambar 5-4 (c) menunjukkan output saklar untuk katup yang terbuka, lalu tertutup, lalu terbuka, dan seterusnya.

Gambar 5-2 menunjukkan bagaimana output saklar dari katup diubah menjadi sedikit. Kata bit singkatan dari digit biner ketakutan. Register bit tunggal, atau flip-flop, ditunjukkan pada Gambar 5-2(a). Output saklar status katup diamankan ke input aktif Register, dan sinyal output biner register keluar dari register. Serangkaian pulsa terus menerus, yang disebut jam, diamankan ke yang lain

Gambar 5-1. Keluaran dari Saklar Batas

masukan register. Gambar 5-2(b) menunjukkan waktu logika. Sesaat sebelum waktu = 1, katup terbuka, dan output saklar status katup bergerak dari 0 volt ke +5 volt. Pada waktu = 1, pulsa clock menjadi positif (dari 0 volt ke +5 volt), dan ini, dikombinasikan dengan +5 volt pada input aktif register, menyebabkan register mengeluarkan "1" (lihat garis bawah dari Gambar 5-2[b]).

Gambar 5-2. Output Saklar Katup Berubah menjadi Sedikit

Katup tetap terbuka selama beberapa periode clock dan menutup setelah waktu = 3. Ketika terbuka, sinyal aktifkan menjadi 0 volt, tetapi ini tidak mengubah output register. Ketika pulsa clock menjadi positif pada waktu = 4, output register berubah menjadi "0." Detail tambahan akan diberikan tentang sinyal-sinyal ini di BAB 8. Gambar 5-3 menunjukkan bagaimana sinyal analog dikembangkan untuk mewakili posisi katup. Ketika batang katup naik ke posisi terbuka penuh, output pemancar akan menjadi +5.000 volt. Ketika katup tertutup penuh, output akan menjadi 0,000 volt. Seperti ditunjukkan pada Gambar 5-3, output berada pada beberapa nilai antara 0 dan 5 volt. Mari kita asumsikan bahwa itu adalah +3.000 volt.

Gambar 5-3. Sinyal Analog Dikembangkan untuk Mewakili Posisi Katup

Alih-alih langsung ke register, sinyal analog +3.000 volt dikirim ke konverter analog-ke-digital (ADC), ditunjukkan pada Gambar 5-4, yang akan mengubahnya menjadi serangkaian digit biner dan menyimpan bit-bit ini. dalam sebuah register. Biasanya, ada delapan hingga enam belas bit dalam register jenis ini, tetapi untuk penyederhanaan hanya empat bit yang akan digunakan dalam contoh ini. Bit terbesar biasanya disebut bit paling signifikan atau MSB; terkecil adalah bit paling signifikan atau LSB. MSB adalah satu setengah nilai dari jumlah skala penuh. Setiap bit berikutnya adalah setengah dari nilai bit sebelumnya.

Mulai dari kiri atas Gambar 5-4, sinyal 3.000 volt diumpankan ke kondisi pertama konverter. Konverter mencoba mengurangi 2.500 volt darinya. Itu bisa (karena 3.000 lebih besar dari 2.500), sehingga mengeluarkan sinyal +5 volt ke input aktif dari bit 2.500 volt (MSB) register. Pulsa clock positif berikutnya akan memaksa register MSB untuk mengeluarkan “1”. Sisanya (3.000 - 2.500 = 0,5()0 volt) diumpankan ke tahap kedua. Konverter mencoba mengurangi 1.250 volt darinya. Itu tidak bisa (karena 0,500 lebih kecil dari 1,250), mengaturnya mengeluarkan sinyal 0-volt ke input aktifkan bit 1,250-volt dari register. Jam berikutnya akan memaksa bit register itu ke a.

Gambar 5-4. Konverter Analog-ke-Digital

Sisanya (masih 0,500 volt) diumpankan ke tahap ketiga. Konverter mencoba mengurangi 0,625 volt darinya. Itu tidak bisa (karena 0,500 lebih kecil dari (1,625) sehingga mengeluarkan sinyal 0-volt ke input aktif dari bit 0,625-volt register. Jam berikutnya akan memaksa bit register itu ke "0." Sisanya ( masih 0,500 volt) diumpankan ke tahap keempat. Konverter mencoba mengurangi 0,3125 volt darinya. Dapat, str itu mengeluarkan sinyal +5 volt ke input aktif LSB register. Bit jam berikutnya akan memaksa yang mendaftar sedikit ke "1."

Hasil akhirnya adalah kata biner empat bit yang menggambarkan 3.000 volt sebagai berikut:

Karena register empat bit memberikan presisi 1 dalam 2⁴, atau 1 dalam 16, dari nilai skala penuh, ini sedekat mungkin dengan 3.000 volt. Untuk beberapa aplikasi, sinyal akan bervariasi dari positif ke negatif, menggunakan satu bit tambahan. Bit tambahan akan memberikan presisi tambahan. Akurasi kadang-kadang didefinisikan dalam istilah plus atau minus satu setengah dari least significant bit (LSB).

5-3.    Long Distance Communications Is Serial

Semua data yang dipindahkan antara MTU dan RTU adalah serial. Itu berarti bahwa satu string karakter biner dikirim satu demi satu. Alternatif untuk serial adalah paralel. Bus paralel digunakan di dalam komputer dan dari komputer ke printer, tetapi biaya media komunikasi tambahan (kawat) menjadi penghalang untuk jalur komunikasi jarak jauh. Untuk mengkomunikasikan kata digital dari ADC di Bagian 6-2 dalam format serial, beberapa konvensi harus didefinisikan untuk mentransmisikan MSB pertama, kemudian yang lebih kecil berikutnya, kemudian yang lebih kecil berikutnya sampai semua bit dikirim. Atau beberapa konvensi harus didefinisikan untuk mentransmisikan LSB terlebih dahulu diikuti oleh yang lebih besar berikutnya, diikuti oleh yang lebih besar berikutnya, dan seterusnya. Konvensi ini akan menjadi bagian dari protokol komunikasi, yang akan dibahas dalam Bagian 6-5.

5-4.    Communications System Components

Gambar 5-5 mengilustrasikan sistem SCADA yang sangat sederhana yang terdiri dari satu MTU dan satu RTU. Entah bagaimana MTU dan RTU harus dilengkapi untuk berkomunikasi satu sama lain. Dalam bahasa telekomunikasi, MTU dan RTU masing-masing disebut "peralatan terminal data" (DTE). Mereka masing-masing memiliki kemampuan untuk merumuskan sinyal yang berisi kecerdasan yang harus dikirim. Mereka juga masing-masing memiliki kemampuan untuk menguraikan sinyal yang diterima untuk mengekstrak kecerdasannya. Apa yang kurang dari mereka adalah kapasitas untuk berinteraksi dengan media.

Gambar 5-5. Sistem SCADA yang Sangat Sederhana

Gambar 5-6 menempatkan peralatan yang memiliki kapasitas untuk berinteraksi. Modem, yang dapat disebut "peralatan komunikasi data" (DCE), dapat menerima informasi dari DTE, membuat perubahan yang diperlukan pada bentuk informasi, dan mengirimkannya melalui media ke DCE lain, yang akan menerimanya. dan mengubahnya sebelum meneruskannya ke DTE. Informasi lebih lanjut tentang modem akan disajikan di Bagian 5-6.

Gambar 5-6. Peralatan dengan Kemampuan untuk Antarmuka

Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO) telah mengembangkan model Interkoneksi Sistem Terbuka (OSI) (lihat Gambar 5-7). Ini terdiri dari tujuh lapisan. Model OSI mendefinisikan fungsi setiap lapisan, dan tujuannya adalah bahwa ketika jumlah lapisan yang sesuai disediakan untuk dua mesin, komunikasi di antara mereka akan dimungkinkan. lapisan atas dan lapisan kekasih dua, yaitu lapisan tujuh, dua, dan kerucut, cukup untuk sebagian besar sistem komunikasi SCADA. Penting untuk dicatat bahwa tidak selalu ada korespondensi langsung antara lapisan OSI, yang mana mendefinisikan fungsi, dan bagian fisik dari perangkat keras. Sebagian besar fungsi lapisan satu dan beberapa fungsi tingkat dua dapat dianggap terjadi di modem. Beberapa fungsi lapisan dua dapat dianggap terjadi di MTU dan RTU.

Gambar 5-7. Model Interkoneksi Sistem Terbuka (OSI)

5-5.    Protocol

Untuk saat ini penting untuk diketahui bahwa protokol adalah seperangkat aturan yang mendefinisikan arti dari pola kata-kata biner. Telah ditetapkan bahwa pesan yang akan dikirim dari MTU ke RTU adalah serangkaian digit biner. Tapi apa yang akan diwakili oleh bit pertama? kedua? tanggal 247? Protokol memberitahu kita. Ini memasok kode untuk membuat rangkaian panjang satu dan nol ini. Kode yang sama memungkinkan penerima statican untuk memecahkan kode itu.

Kode yang sama yang digunakan oleh pengirim harus digunakan oleh penerima. Ini bukan untuk mengatakan bahwa hanya protokol nada yang tersedia; ada puluhan. Produsen peralatan mengembangkannya sebelum organisasi standar menjadi tertarik. Banyak produsen peralatan terus menggunakan protokol kepemilikan mereka bahkan setelah organisasi standar mengembangkan standar terbuka, dan beberapa bahkan mengembangkan standar kepemilikan baru setelah standar terbuka ini tersedia. Beberapa lebih baik untuk aplikasi tertentu daripada yang lain. Beberapa lebih buruk untuk semua aplikasi daripada yang lain. Yang penting untuk diketahui tentang mereka adalah bahwa seseorang harus memiliki protokol yang sama di RTU seperti di MTU.

Gambar 5-8 menunjukkan tata letak pesan yang dikirim dalam protokol tertentu berdasarkan IEEE C37.1. Tujuan dari setiap bit didefinisikan. Panjang total dokumen yang ditransmisikan dimasukkan sebagai jumlah dari semua bit tetap ditambah jumlah bit yang dibawa dalam bingkai "data". Bingkai "sinkronisasi" memberi sinyal kepada semua penerima potensial bahwa sebuah pesan akan datang dan memberikan referensi yang dapat digunakan untuk setiap penerima untuk menyinkronkan jamnya dengan jam pemancar. Bingkai “alamat jauh” mendefinisikan stasiun tujuan pengiriman pesan. Delapan bit (satu "oktet") memungkinkan salah satu dari 256 stasiun untuk diidentifikasi. Bingkai "fungsi" menentukan yang mana dari 256 jenis pesan yang berbeda ini. Contohnya mungkin "Matikan semua motor berikut." Bingkai "alamat internal" menjelaskan set register mana di dalam stasiun penerima yang menjadi tujuan pesan. "Pengubah" memodifikasi alamat internal dan menentukan berapa banyak kata data yang disertakan dalam pesan. “Pesanan Khusus” berisi pesan singkat tentang kondisi MTU dan RTU. Contohnya mungkin "Setel ulang semua penghitung kesalahan komunikasi." "Data" adalah bidang dengan panjang variabel, dari 0 hingga 192 bit. "CRC" adalah kode redundansi siklik enam belas bit berdasarkan rumus Bose Chaudhuri Hocquenghem (BCH) untuk mendeteksi kesalahan transmisi.

Gambar 5-8. Tata Letak Pesan yang Dikirim dalam Protokol Tertentu Berdasarkan IEEE C37.1O

Ini adalah tempat yang baik untuk berbicara tentang "CRC." Seperti yang baru saja disebutkan, itu adalah kata kode yang dihitung menurut rumus. Seperti halnya protokol, beberapa rumus CRC dapat digunakan. Selain itu, seperti halnya protokol, sangat penting untuk memiliki CRC yang sama di sisi pengirim dan penerima. CRC yang digunakan dalam protokol sampel pada Gambar 5-8 disebut “(255.239) BCH.” Dua ratus lima puluh lima adalah jumlah bit dalam kata berukuran maksimum yang akan dijaga oleh kode. Dua ratus tiga puluh sembilan adalah jumlah bit informasi (tidak termasuk CRC). Seperti disebutkan, BCH adalah inisial dari pengembang kode, Bose, Chaudhuri, dan Hocquenghem. Kode lain yang digunakan dalam komunikasi industri termasuk CRC-16 dan CRC-CCITT. Polynomial untuk (255.239) BCH adalah (X¹⁶+ X¹⁴ + X¹³ + X¹¹ + X¹⁰ + X⁹ + X⁸ + X⁶ + X⁵ + X¹ + 1).

Gambar 5-9 menjelaskan bagaimana CRC dihitung untuk kata delapan bit. Prosedurnya tampak sangat rumit tetapi diselesaikan dengan cepat dan mudah dengan logika digital. Beberapa metode dimulai dengan enam belas bit nol daripada enam belas bit satu. Beberapa metode yang mentransmisikan bit dari kanan ke kiri mengharuskan polinomial ditransformasikan dari kiri ke kanan dan pemindahan dilakukan ke kanan. Ketika satu stasiun, baik MTU dan RTU, harus mengirim pesan ke stasiun lain, stasiun itu mengaktifkan bagian dari dirinya sendiri yang disebut driver protokol dan menggunakan driver itu untuk mengkodekan pesan ke dalam bentuk yang ditunjukkan pada Gambar 5-5. Sungai d mengambil informasi operasional dan mengaturnya dengan aturan protokol yang ketat. Ia memeriksa untuk memastikan bahwa tautan komunikasi jelas. Jika ya, ia meneruskan "permintaan untuk mengirim" ke komponen komunikasi berikutnya, modem.

Gambar 5-9. Bagaimana CRC Dihitung untuk Kata Delapan-bit

 

 

5-6.    Modems

Modem berada pada dua tingkat terendah dalam model tujuh lapis ISO/OSI. Ini adalah peralatan yang memeriksa untuk menentukan apakah media komunikasi sedang digunakan dan menyalakan pemancar radio. Ketika semuanya sudah siap, ia mengubah sinyal biner berdaya rendah saat mereka diumpankan dari MTU atau RTU ke dalam bentuk yang akan berjalan ke ujung media yang lain dan diterima oleh modem lain. Seperti disebutkan di BAB 2, modem adalah akronim untuk "memodulasi dan demodulasi." Tapi apa artinya "memodulasi"? Secara umum, ini berarti memvariasikan atau mengubah gelombang pembawa menurut suatu pola.

Upaya awal untuk mengirim sinyal arus searah (DC) jarak jauh melalui kabel menunjukkan, tidak terlalu mengejutkan, bahwa resistensi mengurangi sinyal. Upaya untuk mengirim lebih banyak dan lebih banyak pulsa per detik di telepon menunjukkan bahwa efek induktansi dan kapasitansi juga mempengaruhi sinyal. Batas kecepatan dan jarak data tercapai lebih awal karena bentuk pulsa terpengaruh.

Gambar 5-10 menunjukkan bahwa bentuk gelombang dapat dipisahkan secara matematis menjadi serangkaian gelombang sinus. Seorang matematikawan Perancis bernama Fourier menjelaskan metode untuk menganalisis fenomena ini. Ternyata pulsa bermata tajam mengandung lebih banyak komponen frekuensi tinggi daripada pulsa bermata bulat. Reaktansi induktif dari sepasang kabel yang panjang akan secara selektif melemahkan komponen frekuensi tinggi, secara efektif membulatkan pulsa, seperti pada Gambar 5-11.

Selain "distorsi amplitudo" ini, waktu tunda yang dikenakan pada frekuensi komponen bervariasi. Beberapa komponen frekuensi membutuhkan waktu lebih lama untuk sampai ke akhir baris daripada yang lain. Ini menghasilkan "distorsi fase." Gelombang sinus kebal terhadap bentuk-bentuk distorsi ini. Resistansi memang mengurangi amplitudonya, tetapi penggunaannya seragam di seluruh gelombang. Karena hanya ada satu frekuensi, distorsi fasa dan amplitudo tidak ada. Untuk alasan ini, gelombang sinus biasanya digunakan sebagai gelombang pembawa.

Gambar 5-10. Bentuk Gelombang Dapat Dipisahkan Menjadi Serangkaian Gelombang Sinus

Modulator komunikasi memvariasikan salah satu dari tiga karakteristik pembawa. Ini dapat mengubah amplitudo, frekuensi, tar fase. "Modulasi amplitudo" (AM) memvariasikan amplitudo pembawa frekuensi yang relatif tinggi dengan mengaitkannya dengan amplitudo data. Hasilnya adalah gelombang sinus taf seri pada frekuensi pembawa yang bervariasi dalam amplitudo pada data rate. Lihat Gambar 5-12. “Modulasi frekuensi” (FM) memvariasikan frekuensi pembawa sesuai dengan amplitudo data. Amplitudo keluaran konstan. Gambar 5-13 menunjukkan efeknya. Karena sebagian besar kebisingan atmosfer terkait dengan amplitudo dan FM tidak menerima kecerdasan apa pun dari amplitudo sinyal, sinyal FM tidak terpengaruh oleh kebisingan atmosfer seperti halnya sinyal AM.

Sinyal digital, karena hanya terdiri dari nol atau satu, dapat memodulasi gelombang pembawa dengan metode yang disebut "Frequency Shift Keying," atau FSK, hanya menggunakan dua nada. Teknik ini memungkinkan pembawa frekuensi digeser oleh (misalnya) 1270 Hz untuk Mark dan 1070 Hz untuk Space.

Gambar 5-11. Reaktansi Sepasang Kabel Panjang Secara Selektif Melemahkan Komponen Frekuensi Tinggi

Gambar 5-12. Modulasi Amplitudo

Gambar 5-13. Modulasi frekuensi

“Phase modulation” (PM), juga disebut “phase-shift keying” (PSK), melibatkan perubahan sudut fase gelombang pembawa sebagai respons terhadap perubahan amplitudo data. Saat kecepatan data mendekati kecepatan operator, PM terlihat semakin mirip FM. Modulasi fase quadra dan mode modulasi fase lain yang lebih tinggi memungkinkan kecepatan data melebihi kecepatan pembawa, menciptakan situasi yang menarik di mana modem 2400 bps beroperasi pada jalur 1200-baud. Demodulator adalah perangkat yang mengambil sinyal termodulasi, melepaskan pembawa darinya, dan dibiarkan dengan data. Mereka kemudian meneruskan data ini ke driver protokol agar data didistribusikan ke register yang tepat di stasiun penerima.

5-7.    Synchronous or Asynchronous?

Sinkron dan asinkron mengacu pada kebutuhan sinyal waktu untuk ditransmisikan dengan data. Modem sinkron harus mengirimkan pulsa clock yang digunakan untuk memastikan bahwa penerima bekerja pada kecepatan clock yang sama dengan pemancar. Biasanya, jam yang ditransmisikan digunakan untuk mensinkronkan jam di penerima. Dalam kasus lain, jam yang ditransmisikan dikondisikan dan benar-benar menjadi sinyal jam di penerima. Kedua metode ini menyebabkan sinyal jam pada pemancar dan penerima memiliki hubungan fase dan frekuensi yang sama. Modem asinkron tidak mengharuskan penerima disinkronkan dengan jam dengan pemancar. Sinyal "Mulai pesan" dan "akhir pesan" diperlukan untuk memberi tahu penerima asinkron tentang status pesan.

 

5-8.    Telephone Cable or Radio?

 

Dulu, pemilihan media komunikasi ditentukan oleh dua hal: data rate dan biaya. Semakin banyak sekarang, pertimbangan diberikan kepada yang ketiga, dan itu adalah: keamanan data.

 

Kami mengembangkan metode yang menghitung interval pemindaian di BAB 4. Metode ini didasarkan pada beberapa hal, termasuk kecepatan data, dan pertukaran dapat dilakukan antara kecepatan data dan interval pemindaian. Untuk beberapa tujuan SCADA, tidak mungkin untuk mendapatkan interval pemindaian yang cukup pendek kecuali jika kecepatan data didorong sangat tinggi, yaitu lebih dari 5000 bps. Ketika situasi ini terjadi, media komunikasi dengan bandwidth yang lebih besar dari saluran tingkat suara akan diperlukan, seperti kabel serat optik, radio gelombang mikro, atau salah satu sistem UHF yang lebih canggih. Saluran yang disewa dari perusahaan telepon adalah salah satu kemungkinan untuk media komunikasi ini. Biayanya mungkin cukup tinggi, tetapi untuk industri yang membutuhkan data berkecepatan tinggi dan bervolume tinggi, pilihan ini memang ada.

 

Ketika interval pemindaian yang dapat diterima dapat dicapai dengan kecepatan data dalam kisaran 300 hingga 4800 bps, pilihannya menjadi jauh lebih luas. Semua vrill solusi sebelumnya memenuhi persyaratan teknis. Selain itu, peralatan yang akan melakukan pekerjaan itu adalah saluran telepon tingkat suara, yang dirancang untuk beroperasi dari 300 hingga 3400 Hz, atau radio UHF murah yang dirancang untuk aplikasi komersial dan industri ringan.

 

Satu pilihan media komunikasi tambahan mungkin ada. Hampir semua proses yang dapat memanfaatkan SCADA dilayani oleh tenaga listrik. Beberapa perusahaan listrik memasarkan opsi komunikasi yang memungkinkan data frekuensi tinggi ditumpangkan pada daya 60 Hz. Beberapa rekayasa diperlukan untuk mewujudkan pembagian ini karena sinyal harus dihilangkan, dan kemudian dimasukkan kembali saat daya melewati transformator. Keamanan data sistem seperti itu bisa lebih baik daripada radio. Biaya akan lebih baik daripada kabel sinyal terkubur khusus dan mungkin lebih baik daripada radio untuk beberapa instalasi.

 

Kabel telepon pernah menjadi media komunikasi yang disukai. Biaya pembelian dan pemasangan yang rendah membuat penggunaannya dapat diterima, tetapi beberapa masalah harus diselesaikan terlebih dahulu. Masalah yang disebabkan oleh tikus yang mengunyah kabel dihilangkan dengan memasang pelindung di sekitar konduktor. Gambar 5-14 menunjukkan potongan konstruksi kabel yang terkubur. Berbagai bahan telah berhasil digunakan untuk mencegah air keluar dari kabel, tetapi upaya untuk mencegah para penggali menggali kabel tidak berhasil. Biaya pemasangan turun ketika konstruksi kabel

Gambar 5-14. Cutaway Konstruksi Kabel Terkubur

 

Teknik dikembangkan yang memungkinkan pembajakan langsung. Batuan padat harus diledakkan untuk membuat parit. Membeli hak jalan untuk mengubur kabel terkadang sangat mahal. Sinyal kabel dapat dipengaruhi oleh arus tinggi di saluran transmisi listrik paralel dan oleh efek magnetik frekuensi rendah dari aktivitas bintik matahari.

 

Untuk daerah terpencil, di mana perusahaan telepon tidak memiliki insentif untuk memasang saluran mereka sendiri, pengguna mungkin perlu membayar biaya modal yang tinggi agar perusahaan telepon memasang saluran yang dapat disewa. Di area lain, pengguna mungkin harus membeli dan memasang kabel. Kabel serat optik menjadi biaya yang kompetitif dengan tembaga, bahkan untuk link kecil dengan kecepatan data rendah. Itu dapat dibajak atau dipasang di parit yang sama dengan pipa baru. Keamanan data dari intersepsi atau sabotase jauh lebih baik dengan kabel serat optik yang terkubur dibandingkan dengan radio. Kabel apa pun akan memiliki kelemahan tidak fleksibel. Ketika ia masuk, ia tetap di dalam; seseorang tidak dapat memutuskan lima tahun kemudian bahwa akan menyenangkan untuk memindahkannya. Namun, untuk banyak aplikasi, keabadian ini tidak menjadi masalah.

 

Komunikasi radio akan dibahas secara rinci di BAB 7. Radio UHF telah dikembangkan khusus untuk SCADA. Mereka menawarkan fleksibilitas, biaya rendah, dan keandalan yang tinggi. Isu seputar lisensi untuk frekuensi baru dibahas di BAB 7 dan karenanya tidak akan diulangi di sini. Gambar 5-15 menunjukkan situs jarak jauh dengan paket komunikasi radio untuk mengirim data kecepatan rendah ke MTU sekitar lima belas kilometer jauhnya.

 

Komunikasi adalah kunci dari sistem SCADA. Ini jauh lebih tergantung daripada elemen SCADA utama lainnya pada kondisi yang ditemukan di area di mana SCADA dipasang. Untuk alasan ini, komunikasi layak mendapat perhatian besar pada tahap awal desain.

 

BAB 6

Radio

 

Radio adalah yang paling kompleks dari dua jenis komunikasi yang biasa digunakan dalam sistem SCADA. Untuk alasan ini, kami akan mengabdikan seluruh BAB ini untuk menjelaskan seluk-beluknya.

 

6-1.    Simplex or Duplex?

 

Komunikasi dapat berupa penyampaian informasi satu arah atau pertukaran dua arah. Sebelumnya dalam teks ini, kami menentukan bahwa baik fungsi kontrol pengawasan dan fungsi akuisisi data untuk mewujudkan informasi dalam sistem SCADA harus bergerak di kedua arah. Istilah-istilah yang digunakan untuk menggambarkan kemampuan sistem komunikasi untuk memindahkan informasi adalah sebagai berikut: simplex, half duplex, dan duplex atau full cluplex. Istilah-istilah ini merujuk pada sistem komunikasi lain selain radio, tetapi untuk menghargai bagaimana sistem radio dipilih, penting bagi Anda untuk memahami apa artinya.

 

Sistem simpleks, ditunjukkan pada Gambar 6-1, memungkinkan informasi untuk dilewatkan dalam satu arah. Paul Reverse menggunakan sistem simpleks ketika dia menyalakan lampu untuk menunjukkan "Satu jika melalui darat, dua jika melalui laut." Dia dapat mengirim informasi keluar tetapi tidak dapat menerima informasi kembali. Bahkan informasi bahwa pesannya telah diterima tidak segera tersedia baginya. Sinyal asap Amerind (ketika hanya satu api yang digunakan) juga merupakan komunikasi sederhana. Mereka mengirim informasi keluar tetapi tidak menerima informasi kembali. Perhatikan bahwa penambahan api kedua akan mengubah status sistem dari simpleks menjadi sesuatu yang lain.

 

Contoh yang lebih baru dari sistem simpleks adalah berbagai sinyal yang dikirim oleh telemetri dari balon cuaca, roket eksperimental, dan siaran radio dan TV komersial. Karena SCADA membutuhkan pergerakan informasi dua arah, SCADA tidak menggunakan komunikasi simpleks.

Gambar 6-1. Sistem Simpleks

 

Di ujung lain dari spektrum utilitas komunikasi adalah dupleks (kadang-kadang disebut "dupleks penuh" untuk alasan yang akan segera menjadi jelas). Komunikasi dupleks memungkinkan informasi dikirim dan diterima pada saat yang bersamaan. Dupleks seperti membiarkan dua sistem simpleks berjalan paralel satu sama lain tetapi dalam arah yang berlawanan (lihat Gambar 6-2). Du-bagian dari kata tersebut berasal dari fakta bahwa sistem dupleks memungkinkan komunikasi dua arah penuh. Contoh awal adalah semaphore, yang menggunakan pengirim dan penerima di setiap ujung jalur. Masing-masing stasiun dengan demikian dapat "berbicara" dan "mendengarkan." Contoh dupleks berbasis teknologi yang lebih baru termasuk telepon. Tetapi sementara full duplex menawarkan keuntungan dalam hal utilitas, itu datang dengan biaya yang membutuhkan lebih banyak kabel atau peralatan lain daripada simpleks.

 

Gambar 6-2. Sistem Dupleks atau Dupleks Penuh

 

Menariknya, kompromi tersedia. Jika perlu untuk memindahkan informasi di kedua arah tetapi tidak terus menerus, dimungkinkan untuk menggunakan satu pasang kabel atau satu frekuensi radio dengan data kadang-kadang bergerak ke satu arah, kadang-kadang ke arah lain. Ini disebut setengah dupleks. Seperti yang ditunjukkan Gambar 6-3, beberapa peralihan tambahan diperlukan. Misalnya, tidak akan berhasil jika output pemancar terhubung ke input penerima. Sistem SCADA dapat menggunakan full duplex atau half duplex. Kriteria pemilihan tidak secara eksklusif biaya untuk sepasang kabel tambahan di kabel saluran darat atau kristal tambahan untuk radio. Mereka mungkin termasuk waktu yang diperlukan untuk menyalakan dan menstabilkan pemancar radio atau ketersediaan frekuensi radio tambahan dalam spektrum terbatas yang memiliki tuntutan besar.

Gambar 6-3. Sistem Setengah Dupleks

 

6-2.    Turn-On Time

 

Gambar 6-4 mengilustrasikan sistem radio SCADA tipikal yang terdiri dari satu MTU dan lima RTUS. MTU mungkin untuk (1) mengirim pesan ke radionya untuk memulai transmisi, (2) menunggu sampai pemancar radio tenang, (3) modulasi pemancar dengan pesan yang ingin dikirim ke RTU nomor 1, termasuk identifikasi kTU 1, (4) matikan pemancar radio, lalu (5) nyalakan receivernya dan tunggu RTU 1 menjawab.

 

Gambar 6-4. Sistem Radio SCADA Khas

 

Semua RTU biasanya akan menunggu dengan receiver menyala. Ketika sebuah pesan diterima, pesan tersebut diperiksa untuk melihat apakah pesan tersebut untuk RTU 1 atau beberapa RTU lainnya. Jika bukan karena RTU 1, RTU 1 akan mengabaikannya. Jika untuk RTU 1, itu akan ditindaklanjuti dalam RTU. Kemudian RTU meneruskan pesan kembali ke MTU dengan mematikan penerima, menyalakan pemancar, menunggu sampai pemancar tenang, memodulasi pembawa radio dengan pesan (yang mencakup identifikasi), mematikan pemancar, dan memutar penerima.

 

Sepintas, langkah menyalakan pemancar tidak terlihat terlalu signifikan. Ketika bagan waktu, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6-5, digambar, jelas bahwa waktu yang diperlukan untuk menghidupkan pemancar dapat menjadi signifikan. Lebih dari setengah dari total waktu transaksi dapat digunakan, tetapi ini akan bervariasi tergantung pada panjang pesan dan kecepatan data. Ini adalah salah satu faktor yang digunakan untuk menghitung efisiensi komunikasi.

Gambar 6-5. Bagan Waktu - 1200 Baud - Half Duplex

 

Lamanya menunggu pemancar radio menyala dan stabil adalah fungsi radio dan umumnya tidak bergantung pada kecepatan data. Karena itu, upaya untuk mengurangi interval pemindaian harus berkonsentrasi tidak hanya pada kecepatan data tetapi juga pada peralatan komunikasi. Salah satu cara untuk meningkatkan peralatan komunikasi adalah dengan memanfaatkan full duplex. Jika frekuensi kedua tersedia, MTU dapat mengirimkan pada satu, dan semua RTU dapat mengirimkan pada yang lain (lihat Gambar 6-6). Implikasinya adalah radio MTU dapat mengirimkan 100 persen waktu; oleh karena itu, tidak perlu menunggu hingga stabil setiap kali pesan dikirim dari MTU. Sebagian besar waktu, hanya carrier yang akan ditransmisikan oleh MTU. Teknik ini sering digunakan dan menghasilkan pemendekan kecepatan pemindaian dengan sedikit peningkatan biaya. Karena semua RTU menggunakan frekuensi yang sama untuk mentransmisikan, hanya satu yang dapat mentransmisikan pada waktu itu. Untuk komunikasi radio, jarang dibenarkan untuk membuat setiap RTU mentransmisikan pada frekuensi yang terpisah.

Gambar 6-6. Dupleks Penuh dengan Frekuensi Kedua Tersedia

 

6-3.    Frequencies: Are They Available?

 

Sebelumnya di BAB ini kami menunjukkan bahwa dengan menambahkan satu frekuensi (pada dasarnya menggandakan persyaratan) kami dapat mempengaruhi peningkatan respons sistem SCADA. Namun peningkatan itu juga disertai dengan kehati-hatian, “Jika frekuensi kedua tersedia …”

 

Seperti banyak hal lain di dunia ini, frekuensi radio adalah komoditas yang diminati dan sedang habis. Orang menganggap jumlah frekuensi tidak terbatas, tetapi itu juga cara orang berpikir tentang dodo dan merpati pos. Ketika radio dipilih sebagai media komunikasi SCADA, beberapa keterbatasan otomatis ada. Salah satunya adalah bahwa simpleks tidak hanya membutuhkan satu frekuensi; itu juga membutuhkan pita frekuensi yang berpusat di sekitar satu frekuensi pembawa. Lebar pita ini, atau bandwidth, terkait dengan kecepatan modulasi (diukur dalam baud) yang ingin kita gunakan. Tergantung pada jenis modulasinya, bandwidth dalam Hz kira-kira sama dengan jumlah bit per detik untuk AM sideband tunggal, yaitu sekitar dua kali jumlah bit per detik untuk modulasi FSK (frequency-shift keying) dan tiga kali lipat jumlah bit per detik untuk FM (modulation frekuensi). Modulasi pergeseran fase sebenarnya dapat memindahkan data pada kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan baud, tetapi meskipun demikian diperlukan bandwidth yang signifikan.

 

Selain bandwidth ini, pita pengaman beberapa ratus Hz ditambahkan di atas dan di bawah pita yang digunakan. Pita pengaman ini mencegah tumpang tindih frekuensi dan interferensi yang dihasilkan ketika (bukan jika) pemancar radio menyimpang dari frekuensi yang dikalibrasi untuk digunakan. Oleh karena itu, untuk berkomunikasi pada 1200 bps, diperlukan pita frekuensi dengan lebar sekitar 3000 Hz. Yang cukup menarik, ini hanya membutuhkan bandwidth yang sama untuk mengkomunikasikan data suara analog dengan kualitas yang dapat diterima. Mungkinkah 1200 bps telah menjadi standar untuk alasan ini?

 

Faktor lain yang membatasi berapa banyak frekuensi (atau pita frekuensi) yang tersedia untuk digunakan adalah jangkauannya. Beberapa orang dapat mengingat mendengarkan radio komersial di malam hari dan merasa terganggu oleh stasiun asing yang keluar masuk. Kadang-kadang kesimpulan ini begitu kuat sehingga benar-benar mengaburkan informasi yang didengarkan. Fenomena ini dapat dijelaskan dengan menyatakan bahwa rasio signal-to-noise (SNR) telah turun di bawah 1. Saat mendengarkan radio untuk kesenangan, ini adalah gangguan. Ketika RTU SCADA mendengarkan radio untuk menerima perintah untuk memblokir pipa minyak yang bocor dan SNR turun di bawah 1, itu lebih dari sekadar gangguan.

 

Gelombang radio dibiaskan dan dipantulkan karena berbagai alasan, tetapi umumnya frekuensi yang lebih tinggi membiaskan lebih sedikit daripada frekuensi yang lebih rendah. Ada sekelompok frekuensi antara 300 MHz dan 3000 MHz yang disebut UHF (frekuensi ultra tinggi). Keuntungannya adalah terbatas (hampir) untuk saling berhadapan dan secara teknis dokter hewan masih cukup sederhana untuk dipelihara di lapangan. Sebagian besar radio SCADA beroperasi dalam rentang UHF. International Telecommunications Union (ITU), sebuah badan BABed Natitins, menyelenggarakan Konferensi Radio Administrasi Dunia untuk mengalokasikan pita frekuensi di seluruh dunia. Keputusan konferensi ini mengikat negara-negara anggota dan digunakan untuk menetapkan peraturan nasional.

 

Badan pengatur pemerintah secara hati-hati mengevaluasi aplikasi untuk menggunakan frekuensi dan mengalokasikan frekuensi tersebut jika tersedia dan jika lembaga yakin bahwa pemohon benar-benar membutuhkannya. Bukan kesimpulan yang pasti bahwa lisensi akan dikeluarkan hanya karena aplikasi dibuat.

 

6-4.    Path Studies and Seasonal Variations

 

Ketika frekuensi semakin tinggi, gelombang radio bertindak lebih dan lebih seperti cahaya. Pada pita UHF, dan terlebih lagi untuk radio gelombang mikro (yang kadang-kadang digunakan untuk SCADA berkecepatan data tinggi), jalur radio pada dasarnya adalah garis pandang. Salah satu implikasinya adalah bahwa desain sistem harus menyertakan “studi jalur”. Untuk setiap hubungan antara pemancar dan penerima, evaluasi harus dilakukan mengenai daya pemancar, penguatan antena, kerugian sebagai fungsi jarak, dan, yang sangat penting, apakah ada bukit antara pemancar dan penerima. Studi jalur menggunakan peta topografi, yang mungkin menyarankan perubahan lokasi yang akan menjaga ketinggian menara antena seminimal mungkin atau menunjukkan kebutuhan akan stasiun radio repeater. Gambar 6-7 menunjukkan studi jalur yang disederhanakan.

Gambar 6-7. Studi Jalur Sederhana (Courtesy: ParaDimensions Inc.)

 

Terkadang margin keamanan untuk studi jalur dicukur tipis untuk menjaga biaya menara antena atau stasiun repeater tetap rendah. Ada kasus di mana sistem bekerja dengan baik selama bulan-bulan musim dingin, tetapi ketika musim semi membawa daun ke pepohonan di bukit antara pemancar dan penerima, tingkat sinyal turun menjadi kebisingan. Beberapa pohon jenis konifera memiliki jarum yang bertindak sebagai antena seperempat panjang gelombang, menyerap banyak daya radio yang datang.

 

6-5.    Solar Variations

 

Sinyal radio merambat melalui ruang sebagai gelombang elektromagnetik dan tidak dapat dibedakan dari gelombang elektromagnetik lain dengan frekuensi yang sama. Salah satu alasan mengapa diperlukan waktu yang lama untuk mendapatkan izin radio adalah bahwa instansi yang bertanggung jawab untuk menerbitkannya harus memeriksa apakah pemohon akan mengganggu penerima lain pada frekuensi tersebut dan harus memastikan bahwa tidak ada pemancar lain pada frekuensi tersebut yang akan mengganggu radio tersebut.

 

Tetapi ini tidak dapat mencegah radiator yang paling kuat di lingkungan sekitar mentransmisikan kebisingan radio secara berkala. Setiap sebelas tahun, matahari mengalami serangkaian badai besar yang disertai dengan bintik matahari dan suar. Efek pada lalu lintas radio sangat merusak. UHF dan gelombang mikro kurang terpengaruh oleh variasi matahari daripada beberapa pita lainnya, tetapi bahkan mereka mungkin melihat peningkatan jumlah kebisingan. Cara terbaik untuk meminimalkan efek aktivitas radio surya adalah dengan merancang awalnya untuk SNR (Signal to Noise Ratio) yang tinggi dan untuk menjaga peralatan tetap terpelihara dan terkalibrasi.

 

6-6.   Reliability and Maintenance

 

Elektronik solid-state telah membuat kemajuan dalam teknologi radio yang tidak dapat dibayangkan tiga puluh tahun yang lalu. Tentu saja, hal pertama yang kebanyakan orang pikirkan ketika pernyataan seperti itu dibuat adalah bahwa peralatan itu sekarang lebih kecil dan mengurangi daya. Faktanya, itu benar. Tetapi yang mungkin lebih penting adalah keandalan dan pemeliharaan telah ditingkatkan. Gambar 6-8 menunjukkan modem radio yang dirancang khusus untuk aplikasi SCADA.

 

Kompensasi suhu sekarang sudah terpasang. Kekebalan terhadap getaran dan transien catu daya jauh lebih baik. Tetapi beberapa pemeliharaan peralatan radio masih diperlukan. Antena yang dilonggarkan oleh angin dan bergeser sembilan puluh derajat dari target yang diinginkan harus diluruskan kembali. Sel penyimpan listrik uninterruptible power supply (UPS), yang memastikan radio menerima daya listrik terus menerus, harus dibersihkan dan diisi ulang dari waktu ke waktu. Bahkan radio itu sendiri dapat rusak karena petir atau dapat hanyut sehingga memerlukan pemeriksaan dan perbaikan. Tapi sekarang mereka jauh lebih baik daripada dulu.

Gambar 6-8. RTU dengan Built-in Modem (Kiri) dan Built-For-Purpose Radio (Kanan) (Courtesy: Imperial Oil Resources Ltd.)

 

6-7.    Satellite Communications

 

Satelit komunikasi geosynchronous sekarang berada di ambang keterjangkauan untuk komunikasi SCADA. Untuk sebagian besar aplikasi, ada cara yang lebih murah untuk mengirim pesan bolak-balik antara MTU dan RTU. Tetapi untuk sistem yang sangat besar seperti jaringan pipa dan saluran transmisi listrik, terutama di daerah terpencil yang kurang berkembang, satelit seperti itu mungkin merupakan metode komunikasi yang paling hemat biaya.

 

Prinsipnya sederhana. MTU dan masing-masing memotong RTU memiliki akses ke antena yang diarahkan ke satelit yang tetap di tempat yang sama (oleh karena itu, geosynchronous). Satelit bertindak sebagai repeater radio, menerima data dari satu stasiun dan mengirimkannya ke stasiun lainnya. Biasanya, biaya modal harus dikeluarkan untuk antena dan peralatan radio khusus. Ada juga biaya bulanan untuk layanan ini. Ini sama seperti tarif yang dikenakan untuk peralatan komunikasi utilitas. Biaya menjadi lebih masuk akal karena lebih banyak pengguna berbagi sistem, yang tentu saja memiliki biaya awal yang sangat tinggi.

 

 Meskipun sistem radio tampaknya memiliki banyak kekurangan, mereka biasanya menawarkan keuntungan yang cukup dibandingkan jalur darat untuk menjadikannya media pilihan.

 

6-8.    Cell Phones

 

Telepon Seluler sebenarnya adalah pemancar dan penerima radio mini. Jangkauan mereka sengaja sangat terbatas karena desain sistem mencakup stasiun seluler yang berdekatan. Kombinasi ini memungkinkan lebih banyak ponsel menggunakan bandwidth yang tersedia. Pergeseran dari sistem telepon seluler generasi pertama ke generasi kedua dan ketiga menyederhanakan penggunaannya sebagai perangkat komunikasi antara RTU dan MTU. Penyebaran telepon seluler ke luar dari daerah perkotaan besar meningkatkan kemungkinan bahwa akan ada sel yang berguna di dekat proses yang membutuhkan komunikasi SCADA.

 

Banyak perusahaan telepon seluler memalsukan keuntungan dari fakta bahwa ucapan manusia diselingi dengan interval di mana tidak ada seorang pun yang berbicara. Karena data untuk SCADA tidak terlalu kritis waktu, dimungkinkan untuk memasukkan paket data kecil di antara kalimat tanpa biaya yang signifikan ke operator. Itu tidak berarti bahwa pengguna SCADA akan mendapatkan tumpangan gratis, tetapi biaya untuk layanan ini mungkin cukup rendah sehingga telepon seluler dapat menjadi metode komunikasi yang paling hemat biaya. Jika jangkauan seluler hampir, tetapi tidak cukup, cukup baik untuk kebutuhan Anda, diskusikan pembayaran utilitas komunikasi untuk memperluas sistem guna memenuhi kebutuhan Anda.

 

Tarif untuk layanan sel data paket dapat masuk akal, dan sering kali didasarkan pada jumlah bit yang dipindahkan. Metode penagihan ini harus dipertimbangkan ketika merencanakan sistem SCADA yang akan menggunakan telepon seluler. Misalnya, daripada sistem pemungutan suara langsung yang mengharuskan setiap RTU untuk menanggapi pesan dari MTU pada interval yang sering dan teratur, sistem laporan dengan pengecualian, yang mengharuskan RTU untuk mengirimkan hanya ketika memiliki sesuatu yang signifikan untuk dikatakan akan menghasilkan desain yang lebih hemat biaya.