BAB 8

Master Terminal Babs (MTU)

Di pusat setiap sistem SCADA adalah perangkat yang mengeluarkan semua perintah, mengumpulkan semua data, menyimpan beberapa informasi, meneruskan informasi lain ke sistem terkait, berinteraksi dengan orang-orang yang mengoperasikan proses, dan tampaknya benar-benar bertanggung jawab. Perangkat ini adalah master terminal Bab (MTU). Beberapa industri menyebutnya sebagai “komputer induk”.

 

Tujuan Pembelajaran — Setelah Anda menyelesaikan Bab ini, Anda harus:

A. Memahami apa yang membuat MTU unik dalam sistem SCADA.

B. Memahami fungsi utama yang dilakukan MTU.

C. Memahami konsep konfigurasi yang berlaku untuk MTU.

 

8-1.   Communications Interface

MTU harus mengirimkan informasi ke setiap RTU. Itu hampir selalu menggunakan media yang sama yang digunakan RTU untuk mengirim informasi ke sana. Itu juga menggunakan protokol yang sama dengan RTU. Dalam hal ini, MTU memiliki kemampuan antarmuka komunikasi dan peralatan yang sama dengan yang kita bahas 1n Bab 7 sehubungan dengan RTUS. Perbedaan utamanya adalah, sebagai budak, RTU tidak dapat memulai percakapan; sebagai .i master, MTU bisa. Komunikasinya diprakarsai oleh program dalam MTU yang dapat dipicu oleh instruksi manual dari operator (sangat tidak biasa) atau oleh program lain dalam MTU (metode normal). Lebih dari 99 persen dari semua pesan dari MTU ke RTU secara otomatis dimulai.

 

MTU juga harus menghubungkan ke printer dan CRT yang membentuk antarmuka operator. Ini dilakukan dengan teknik yang identik dengan yang digunakan oleh komputer mana pun. Untuk alasan ini, komunikasi ini tidak akan dibahas dalam buku ini. Banyak MTU diperlukan untuk meneruskan data ke atas ke komputer akuntansi, komputer bisnis perusahaan, atau jaringan komputer. Dalam beberapa kasus, protokol berpemilik akan digunakan. Dalam kasus lain, produk terbuka yang dirancang khusus untuk komunikasi antar komputer akan digunakan. Pada tingkat komunikasi ini, komunikasi peer-to-peer lebih umum daripada komunikasi master-slave. Hampir semua jenis komunikasi ini ditangani oleh jaringan area lokal (LAN).

 

8-2.  Configuring a Picture of the Process

 

Agar MTU dapat melakukan semua hal yang disebutkan dalam paragraf pertama Bab ini, deskripsi yang sangat rinci tentang semua sensor dan aktuator yang terhubung ke batang harus tersedia untuk prosesor MTU. Untuk ditangani dengan cara yang paling efektif waktu, deskripsi ini harus diatur dalam bentuk hierarkis. Bentuk hierarki yang berbeda dapat menguntungkan proses yang berbeda dan seringkali beberapa jalur yang mungkin melalui deskripsi proses akan menghasilkan tindakan yang sama. Pernyataan ini akan dijelaskan dalam Contoh 8-1, tentang penutupan katup blok pipa.

 

Untuk memvisualisasikan bagaimana gambar proses dapat dijelaskan ke MTU, pertimbangkan proses yang sangat sederhana yang ditunjukkan pada Gambar 8-1, yang mewakili pipa di bawah kendali MTU. Di ujung input pipa, RTU nomor 1 memantau status pompa, yang mungkin hidup atau mati. Ini juga memungkinkan pompa untuk dikontrol, hidup atau mati, dan katup blok dikontrol, terbuka atau tertutup, dari MTU. Ini memantau posisi, terbuka atau tertutup, dari katup blok dan memungkinkan aliran akumulasi atau aliran total cairan yang masuk ke pipa untuk dikumpulkan dari MTU. Terakhir, RTU I menyediakan saklar tekanan rendah, yang akan ditafsirkan sebagai alarm, untuk dipantau dari MTU. Pada RTU 3, fungsi yang sama tersedia kecuali tidak ada pompa ke mon1tor atau kontrol. Pada RTU 2, hanya ada katup blok, yang dapat dikontrol dan dipantau, dan alarm tekanan rendah untuk dihubungkan ke MTU. Ini adalah sistem SCADA yang sangat sederhana namun dapat diterapkan untuk memantau dan mengendalikan saluran pipa.

Gambar 8-1. Pipa di bawah Kontrol Sistem SCADA

Apa yang harus dilakukan oleh sistem ini adalah melacak cairan yang masuk ke pipa setiap dua puluh empat jam, mengurangi cairan yang keluar dari pipa, dan membuat alarm di MTU sehingga operator akan tahu kapan ada masalah. Itu juga harus memperhatikan saklar alarm tekanan rendah di setiap RTU dan, jika pipa tidak berfungsi dengan benar, buat alarm di MTU. Jika tiperator bertindak untuk menutup (mematikan) pipa, MTU harus mengirim perintah dengan prioritas tinggi ke setiap RTU yang memiliki katup blok, memerintahkan RTU untuk menutup katup blok. Pada saat yang sama, itu harus memerintahkan RTU 1 untuk menutup pompa. Kemudian harus memeriksa bahwa setiap katup blok tertutup. Jika katup tertutup, MTU harus memberi tahu operator. Jika katup tidak menutup, ia harus memberi tahu operator dan mengirim ulang perintah ke RTU, memberi tahunya lagi untuk menutup katup.

 

Setelah beberapa percobaan yang telah ditentukan, MTU harus memberitahu operator bahwa katup menolak untuk menutup dan berhenti mencoba untuk menutup katup. Selain tindakan ini, yang terjadi saat shutdown, MTU harus memberi tahu operator setiap kali ditanya tentang status pompa atau katup blok. MTU harus memungkinkan operator untuk membuka atau menutup salah satu katup blok dari jarak jauh. Pada perubahan shift dan atas permintaan, itu harus mencetak laporan yang memberi tahu berapa banyak cairan yang dikirim keluar dari pipa pada shift terakhir, dalam dua puluh empat jam terakhir, dan dalam periode dua puluh empat jam sebelumnya. MTU juga harus mencetak, pada printer alarm terpisah, deskripsi yang mencakup tanggal dan waktu setiap perubahan kondisi alam saat terjadi.

 

Kemudian dalam bab ini akan melihat beberapa keputusan yang harus dibuat MTU untuk memenuhi persyaratan ini, tetapi tujuan dari bagian ini adalah untuk memahami bagaimana proses tersebut dijelaskan ke MTU. Prosesnya disebut "mengkonfigurasi." Ini terdiri dari mengisi tabel pencarian yang dapat digunakan MTU kapanpun dibutuhkan untuk mengetahui seperti apa dunianya. Banyak orang yang akrab dengan komputer desktop yang mendukung layar atau printer yang berbeda untuk lawan. Saat komputer sedang disiapkan, operator akan ditanyai tentang merek dan model perangkat yang terhubung ke port komputer masing-masing. Dengan menjawab pertanyaan-pertanyaan ini, operator memberikan gambaran proses ke komputer—atau mengonfigurasi sistem. Setelah itu, jika komputer diminta untuk mengeluarkan pesan pada LPT1, komputer akan menggunakan protokol yang benar pada port tersebut. Mengkonfigurasi MTU tidak jauh berbeda, tetapi masih banyak pertanyaan yang harus dijawab. Pada tingkat fisik, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8-2, konfigurasi MTU sangat mirip dengan konfigurasi komputer desktop. VDU atau layar harus dijelaskan (VGA, EGA, warna, dll.), dan printer laporan harus dijelaskan (protokol, umpan kertas, tata letak, dll.). Printer log alarm harus dijelaskan dengan cara yang sama. Sambungan ke RTU harus dikonfigurasi. Dengan asumsi komunikasi radio dupleks penuh, informasi konfigurasi harus mencakup hal-hal seperti lamanya waktu yang diperlukan pemancar radio untuk menyala, kecepatan data, dan protokol. Ini menggambarkan peralatan yang secara fisik terhubung ke MTU.

Gambar 8-2. Mengkonfigurasi MTU

 

Di luar komunikasi radio, lebih banyak lapisan harus dikonfigurasi. MTU harus diberitahu berapa banyak RTU yang ada dan apa identifikasi dari masing-masing RTU tersebut. Dalam contoh ini, Gambar 8-3 menunjukkan bahwa ada tiga RTU dan nomor identifikasinya adalah 1, 2, dan 3. Ditulis dalam biner, ini akan menjadi 000000001, 00000010, dan 00000011. MTU juga harus tahu apa yang terhubung ke setiap terminal di setiap RTU. Konfigurasi MTU tentu saja harus identik dengan konfigurasi RTU pada level ini. Hanya RTU dengan nomor identifikasi 1 yang akan dipertimbangkan di sini.

Gambar 8-3. Tiga RTU dan Nomor Identifikasinya

 

Pada Gambar 8-4, input ke dan output dari RTU telah dikelompokkan. Pada tahap ini kita akan mendefinisikan semua output diskrit sebagai kode 001, semua input diskrit sebagai 010, dan semua input penghitung sebagai 011. Jika ada input analog, output analog, atau output rangkaian pulsa, mereka juga akan diidentifikasi sebagai grup. Perhatikan bahwa banyak titik konfigurasi dalam grup ditampilkan sebagai NC (tidak terhubung). RTUs secara fisik dibangun sebagai perangkat modular, dan, meskipun hanya satu penghitung diperlukan, modul terkecil yang tersedia mungkin empat. Modul terkecil yang tersedia untuk output diskrit atau input diskrit mungkin empat, delapan, atau enam belas. Gambar 8-5 dan 8-6 menunjukkan contoh modul-modul ini.

 

Gambar 8-4. Input yang Dikelompokkan ke dan Output dari RTU

Dengan sistem pengkodean sederhana ini, kami sekarang telah menjelaskan pada dasarnya segala sesuatu yang terhubung dengan MTU. Misalnya, untuk mematikan Pompa nomor 4, MTU harus mengirimkan sinyal ke modem yang mengatakan, "Letakkan 'nol' di alamat register berikut":

Demikian pula, untuk menghidupkan pompa, MTU harus mengirim sinyal yang mengatakan, "Letakkan 'satu' di alamat register berikut":

Untuk mempelajari status saklar alarm tekanan saluran rendah di tengah pipa, MTU harus memerintahkan RTU 2 untuk memberi tahu status dengan kode berikut, yang mengidentifikasi posisi register:

Bergantung pada apakah nol atau satu dalam posisi register ini, MTU akan menyimpulkan bahwa tekanannya rendah atau normal.

 

Perhatikan bahwa satu bit, kuantum data terkecil yang tersedia, cukup untuk mengubah posisi katup atau untuk membaca saklar status. Namun, ini benar hanya jika banyak perencanaan telah masuk ke dalam pesan dan jika banyak perhatian telah dilakukan untuk mengkonfigurasi sistem sehingga MTU dan RTU tahu persis di mana setiap bagian informasi berada. Input penghitung dan titik analog sedikit lebih kompleks daripada titik diskrit. Informasi dalam jenis sinyal ini tidak dapat dimuat dalam satu bit.

 

Biasanya, kata analog atau penghitung terdiri dari enam belas bit (walaupun mungkin delapan, dua belas, atau tiga puluh dua). Selama MTU dan RTU dikonfigurasi sama dan protokol komunikasi dapat menangani ukuran kata, jumlah bit tidak masalah. Pesan yang dikirim oleh MTU ke RTU akan menjelaskan lokasi register dari bit pertama kata. Ketika RTU mendapatkan pesan ini, ia akan mengirimkan informasi yang ada di lokasi tersebut serta lima belas lokasi berikut ke MTU.

 

Dengan jumlah detail ini, MTU dapat diberi tahu tentang apa yang terjadi di mana-mana di alam semestanya. Itu juga dapat mencapai setiap titik yang terhubung. Itu untuk mempengaruhi perubahan. Beberapa klarifikasi masih diperlukan. Akan sangat merepotkan jika operator harus menghafal kode-kode panjang ini, yang sangat mudah untuk dimanipulasi oleh komputer. Antarmuka input-output operator atau antarmuka manusia-mesin harus dikonfigurasi. Setelah itu, ketika operator bertanya tentang kondisi alarm tekanan rendah di RTU 1, MTU akan tahu bahwa ditanya bit apa yang ada di posisi register 0100101 di R4'U nomor 0001; itu akan tahu bahwa jika menemukan satu di posisi register itu, pesan yang harus dikirim ke VDU adalah "Tekanan saluran masuk pipa normal."

 

Ketika semua konfigurasi ini telah dilakukan, sistem SCADA memiliki gambaran lengkap tentang proses dan memiliki kemampuan untuk mengkomunikasikan informasi ini kepada operator, RTU, dan lainnya.

 

8-3.  Some Simple Applications

 

Sampai aplikasi didefinisikan ke MTU, gambaran proses tidak akan berguna. Banyak aplikasi standar berlaku untuk sebagian besar sistem SCADA. Misalnya, satu aplikasi mungkin mengharuskan MTU memulai pemindaian setiap RTU setiap sepuluh menit. Aplikasi lain mungkin mengharuskan kondisi setiap titik alarm yang dibaca dibandingkan dengan kondisinya atau dengan pemindaian sebelumnya dan bahwa, jika ada perbedaan, kondisi baru ditambah waktu pemindaian terakhir dicetak pada log alarm.

 

Aplikasi modular sederhana ini, yang dapat diperlakukan oleh MTU sebagai subrutin, dapat digabungkan satu sama lain menjadi aplikasi yang berguna dan lebih kompleks. Dalam bahasa pemrograman, mereka dilengkapi dengan "pengait" yang memungkinkan mereka untuk terhubung bersama.

 

Contoh 8-1. Dengan menggunakan tata letak dan konfigurasi SCADA yang ditentukan sebelumnya di Bab ini, mari kita selidiki aplikasi pendeteksi kebocoran. Ada beberapa cara yang lebih baik untuk mendeteksi kebocoran, tetapi metode ini telah berhasil digunakan dan memiliki daya tarik yang sederhana. Ini disebut metode keseimbangan volume.

 

Prinsip metode ini adalah bahwa untuk pipa fluida (cair) yang tidak dapat dimampatkan, apa yang masuk harus sama dengan apa yang keluar. Jika laju aliran keluar dari pipa lebih besar dari laju aliran ke dalam pipa, ada kesalahan pengukuran, dan mungkin satu atau lebih meter perlu dikalibrasi ulang. Jika keluaran lebih kecil dari masukan, ada dua kemungkinan: kesalahan pengukuran atau keluaran lain yang tidak diinginkan dari pipa—kebocoran. Dinamika pipa, khususnya perubahan volume karena lonjakan tekanan, dapat menyebabkan ketidaksetaraan jangka pendek yang dapat disaring dengan membandingkan input dan output rata-rata yang berjalan.

 

Tata letak aplikasi akan terlihat seperti ini:

1.    Lakukan pemindaian setiap RTU setiap sepuluh menit (scan).

2.    Tambahkan pembacaan meter input baris baru ke pembacaan meter input empat baris sebelumnya dan bagi dengan lima (filter input rata-rata berjalan

3.    Tambahkan pembacaan meter keluaran baris baru ke pembacaan meter keluaran empat baris sebelumnya dan bagi dengan lima (filter keluaran rata-rata berjalan).

4.    Kurangi jumlah pembacaan meter keluaran saluran dari jumlah pembacaan meter masukan saluran (selisih).

5.    Bagilah selisih yang diperoleh pada langkah 4 dengan jumlah yang diperoleh pada langkah 2 (rasio kesalahan).

6.    Kalikan produk yang diperoleh pada langkah 5 dengan 100 (persentase kesalahan per pemindaian).

7.    Bandingkan nomor dari langkah 6 dengan nomor yang dipilih oleh operator dan ditetapkan sebagai “kesalahan minimum untuk alarm”.

8.    Jika persentase kesalahan kurang dari nomor yang dipilih operator ini, tidak diperlukan tindakan lebih lanjut. Kembali ke langkah 1.

9.    Jika persentase kesalahan lebih besar dari nomor yang dipilih operator ini, periksa apakah alarm telah dibangkitkan pada pemindaian sebelumnya. Jika demikian, tidak diperlukan tindakan lebih lanjut. Kembali ke langkah 1. Jika angka dari langkah 6 negatif, kirim alarm ke VDU yang mengatakan, “Meter error in input meter or output meter! Periksa kalibrasi.” Kirim pesan yang sama dengan stempel waktu ke log alarm. untuk kembali ke langkah 1.

10.                  Jika angka dari langkah 6 positif, kirim alarm ke VDU yang mengatakan, “Potensi pipa bocor.” Kirim pesan yang sama dengan cap waktu ke log alarm. Kembali ke langkah 1.

 

Beberapa perubahan dapat dilakukan pada aplikasi ini untuk membuatnya lebih berguna, dan banyak detail perlu ditambahkan agar aplikasi benar-benar berfungsi, tetapi detail yang cukup ditunjukkan pada Contoh 8-1 untuk memberi Anda gambaran tentang cara kerja aplikasi.

 

Contoh 8-2. Salah satu manfaat ekonomi dari sistem SCADA adalah memungkinkan operator untuk membuat perubahan kendali jarak jauh yang rutin, dimulai secara manual. Dalam contoh ini, kami akan membuat aplikasi kasar yang memungkinkan katup blok di saluran masuk pipa ditutup. Tata letak aplikasi akan terlihat seperti ini:

 

1.    Jika entri keyboard yang menyerukan “Tutup katup blok saluran masuk pipa” dibuat, atur tanda (beri tanda 1) di register MTU yang disediakan untuk fungsi ini.

2.    Setiap kali pemindaian diperintahkan, periksa register MTU ini dan bandingkan apa yang ada di dalamnya dengan register di MTU yang memberi tahu status katup itu (1 untuk tertutup, 0 untuk terbuka).

3.    Jika registernya sama, kirim pesan ke VDU yang mengatakan, “Katup blok saluran masuk pipa sudah ditutup.” Masuk ke mode siaga.

4.    Jika registernya berbeda, sertakan perintah dalam pemindaian ini yang memberi tahu katup blok pada RTU 1 untuk menutup.

5.    Setelah pemindaian berikutnya, periksa apakah status katup blok pada RTU 1 berbunyi “tertutup”. Jika ya, kirim pesan ke VDU yang mengatakan, "Katup blok saluran masuk pipa sekarang ditutup." Masuk ke mode siaga.

6.    Jika statusnya berbunyi “buka”, kirim ulang perintah kontrol pada pemindaian berikut.

7.    Setelah satu pemindaian lagi, periksa apakah katup tertutup. Jika ya, kirim pesan ke VDU yang mengatakan, "Katup blok saluran masuk sekarang ditutup." Masuk ke mode siaga.

8.    Jika katup masih tidak tertutup, kirim pesan ke VDU dan printer alarm yang mengatakan, “Katup blok saluran masuk menolak untuk menutup." Masuk ke mode siaga.

 

Contoh 8-3. Anda dapat melihat bahwa ketika sistem SCADA telah menentukan bahwa ada “potensi kebocoran pipa”, operator mungkin ingin bergerak cepat untuk menutup semua katup blok. Daripada memanggil serangkaian aplikasi individu, yang masing-masing akan menutup dan memverifikasi satu katup blok, aplikasi lain dapat dikembangkan. Tata letak aplikasi bisa terlihat seperti ini:

 

1.    Jika entri keyboard yang menyerukan "Shut in the pipeline" dibuat, atur tanda (beri 1) di register MTU yang dicadangkan untuk menutup katup blok pipa di RTU I, mematikan pompa di RTU 1, tutup pipa blok katup di RTU 2, dan menutup katup blok pipa di RTU 3.

Masing-masing dari empat instruksi individu harus diselesaikan dengan jumlah data yang sama seperti yang ditunjukkan pada Contoh 8-2.

2.    Alih-alih menunggu pemindaian reguler berikutnya, perintah "Shut in the pipeline" ini memiliki prioritas yang cukup tinggi untuk memulai pemindaian khusus ke RTU ini yang terlibat dalam penutupan saluran.

3.    Setelah memesan RTU, MTU harus kembali ke masing-masing untuk memeriksa kepatuhannya. Setelah memberi tahu operator bahwa pipa ditutup, MTU harus kembali ke pemindaian biasa.

 

Semakin banyak aplikasi yang kompleks dapat dibangun menggunakan aplikasi yang lebih sederhana sebagai modul atau subrutin.

 

8-4.   Data Storage

Dengan cara yang sama bahwa RTU diperlukan untuk menyimpan bagian data penting tertentu, seperti nilai meteran, untuk jangka waktu yang lama, MTU harus mempertahankan kelas data tertentu. Kemampuan mereka untuk menyampaikan informasi ke komputer tingkat berikutnya yang lebih tinggi dapat dihambat oleh kegagalan koneksi mesin-ke-mesin. Perkiraan waktu terlama yang diperlukan untuk menemukan dan memperbaiki kegagalan tersebut, termasuk margin keamanan yang memadai, harus menjadi dasar untuk menghitung berapa banyak riwayat kumpulan data penting ini yang harus disimpan.

Sebelum kemampuan alat antarmuka grafis ada, tidak ada banyak insentif untuk menyimpan data dalam jumlah besar. SCADA adalah alat operasi, jadi referensi tentang apa yang terjadi empat bulan lalu tidak terlihat sangat berguna bagi operator. Ketika alat grafis seperti trending tersedia, situasi ini berubah. Operator dapat memanggil tren dari hampir semua titik data yang diplot terhadap waktu. Memplot dua atau lebih tren memberikan informasi tentang saling ketergantungan set data yang sulit untuk divisualisasikan. Ini menciptakan permintaan untuk MTU yang dilengkapi dengan sejarawan data yang lebih besar.

Pendulum berayun ke arah lain sekarang karena komputer memiliki akses berkecepatan tinggi ke database lain melalui komunikasi jaringan. Gambar 8-7 menunjukkan diagram blok dari sistem yang memungkinkan MTU, serta banyak subsistem lainnya, untuk menyimpan beberapa datanya di penyimpanan data pusat. Kemampuan ini akan menyebabkan sebagian besar data yang tidak penting untuk operasi (seperti informasi sejarawan) disimpan di penyimpanan data pusat. Data-data yang vital, seperti tabel pencarian dan informasi konfigurasi, akan terus disimpan di MTU.

Banyak informasi yang dibutuhkan untuk mengoperasikan sistem SCADA tidak menarik bagi orang lain di luar SCADA. Ini mungkin tidak layak dipertahankan dan akan dihapus setelah tanggal kadaluarsa tercapai.

Gambar 8-7. Diagram Blok Sistem yang Memungkinkan MTU Menyimpan Data di Penyimpanan Data Pusat

Latihan:

1.    MTB adalah satu-satunya stasiun yang dapat memulai percakapan dengan stasiun lain. Pernyataan ini menjelaskan jenis-jenis komunikasi?

2.    Hanya satu stasiun yang memiliki definisi seluruh proses dalam memorinya. Apa ini disebut?

3.    Setiap RTU memiliki bagian dari definisi itu. Apa yang mendefinisikan hal-hal yang harus diketahui oleh RTU?

4.    MTUS berkomunikasi dengan tiga kelas mesin. Apakah mereka?

5.    Dengan menggunakan kelompok aplikasi sederhana, MTU dapat menyelesaikan aplikasi yang lebih kompleks. Contoh 8-2 dan 9-3 dalam Bab ini masing-masing menggambarkan hal ini untuk pipa dan katup bloknya. Kembangkan skenario serupa untuk skema transmisi tenaga listrik di mana MTU memiliki kemampuan untuk menginterupsi beban tertentu ketika permintaan daya tinggi.

6.    Memori yang murah telah menyebabkan semakin banyak informasi yang disimpan di MTU. teknologi apa yang dapat mengubah tren itu? Mengapa?

7.    Apa pengaruh grafik terhadap permintaan memori?

8.    Selain berkomunikasi dengan mesin lain, menyimpan informasi, dan berinteraksi dengan operator, apa yang dilakukan MTU?