RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS (DCS) PADA MINIPLANT WORKSHOP INSTRUMENTASI

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR RF 1483 RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS (DCS) PADA MINIPLANT WORKSHOP INSTRUMENTASI SELO GINANJAR NRP Dosen Pembimbing SUYANTO, ST. MT Ir PURWADI A.D MSc JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2006 i

2 TUGAS AKHIR RF 1483 RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS (DCS)PADA MINIPLANT WORKSHOP INSTRUMENTASI SELO GINANJAR NRP Dosen Pembimbing SUYANTO, ST. MT Ir PURWADI A.D MSc JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2006 i

3 RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM PADA MINIPLANT WORKSHOP INSTRUMENTASI Nama : Selo Ginanjar NRP : Jurusan : Teknik Fisika FTI-ITS Dosen Pembimbing : Suyanto, ST.MT Ir. Purwadi A.D, MSc ABSTRAK Miniplant sistem pengendalian yang ada di Workshop instrumentasi adalah suatu sistem pengendalian level beserta flow yang tergabung dalam suatu loop sistem. Pada penelitian sebelumnya memang telah berhasil dibuat sistem yang mampu menghubungkan antara LCU dengan Workstation namun sistem ini tidak dibuat untuk sistem DCS. Pada perancangan DCS sebagai sistem kontrol di Workshop instrumentasi, fungsi kontrol proses didistribusikan pada Local Control Unit (LCU) level dan Local Control Unit (LCU) flow. Field Data Server (FDS) berfungsi mengintegrasikan lokal kontrol tersebut untuk melaksanakan proses yang terintegrasi secara online dan real-time secara bersamaan. Server dibangun dengan menggunakan bahasa pemrogaman C++ dan menggunakan MySQL 5 sebagai database servernya. Dari hasil uji transfer rate data pada server didapatkan waktu delay sebesar 20ms, boudrate 9600bps dalam satu kali pengambilan data. Telah berhasil dirancang server DCS menggunakan byte transfer protocol dengan kecepatan record data sebesar 10bps. Server yang dirancang mengirimkan paket-paket data dengan frame protocol 8N1, yaitu 8bit data, No parity dan 1 stop bit. Kata kunci : Local Control Unit (LCU) level, Distributed Control System (DCS), mikrokontroler AT89S51. iv

4 Design and Developing Server Distributed Control System of Miniplant Workshop Instrumentation Name : Selo Ginanjar NRP : Department : Engineering Physics, FTI-ITS Lecture : Suyanto, ST.MT Ir. Purwadi A.D, MSc ABSTRAC Miniplant of control system which were in workshop instrumentation was some of control system level and flow that integrated in one loop system. In the latest research it was already built the system that can connected between LCU and workstation but the system wasn t build for DCS system. At the design of DCS as a control system in Workshop Instrumentation, the control process fuction was distribute to LCU flow and LCU level. Field data Server (FDS) which has a fuction to integrate the local control as integrated online and realtime process. Server was built in c++ language and using MySQL 5 as a database server. The result of testing the transfer data rate in server is 20ms, boudrate 9600bps in one time collecting the data. The server successfully developing using byte control protocol with rate of transfer 10bps. The server was created to sending the data package using frame protocol 8N1, which mean 8bit data, no parity and 1 stop bit. Key words : Level Local Control Unit (LCU), Distributed Control System (DCS), mikrokontroler AT89S51. v

5 LEMBAR PENGESAHAN RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM PADA MINIPLANT WORKSHOP INSTRUMENTASI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol Program Studi S-1 Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh: SELO GINANJAR NRP Pembimbing I Mengetahui/Menyetujui Pembimbing II Suyanto, ST.MT. Ir. Purwadi Agus Darwito. MSc NIP NIP Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS DR. Ir. Totok Suhartanto, DEA NIP ii

6 LEMBAR PENGESAHAN RANCANG BANGUN LOCAL CONTROL UNIT (LCU) LEVEL PADA DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS (DCS) PADA MINIPLANT WORKSHOP INTRUMENTASI TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Rekayasa Instrumentasi dan Kontrol Program Studi S-1 Jurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh: SELO GINANJAR NRP Disetujui oleh Tim Penguji Tugas Akhir: 1. Suyanto, ST. MT...( Pembimbing I) 2. Ir. Purwadi A.D. MSc...(Pembimbing II) 3. Ir. Syamsul Arifin, MT....(Penguji I) 4. Dedy A, ST...(Penguji II) SURABAYA DESEMBER, 2006 iii

7 KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji dan syukur senantiasa terpanjatkan kepada Allah SWT yang maha agung dan maha bijaksana. Atas berkah, petunjuk dan karunia-nya lah penulis mampu untuk melaksanakan dan menyelesaikan tugas akhir yang berjudul : PERANCANGAN DISTRIBUTED CONTROL SYSTEMS (DCS) MINIPLANT WORKSHOP INTRUMENTASI PADA LOCAL CONTROL UNIT (LCU) LEVEL Tugas akhir ini disusun guna memenuhi persyaratan bagi seorang mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Jurusan Teknik Fisika, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Selama menyelesaikan tugas akhir ini penulis telah banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak dan Ibu atas kasih sayang dan do a nya selama ini. 2. Bapak Suyanto,ST.MT beserta keluarga selaku Kalab Workshop Instrumentasi dan pembimbing tugas akhir yang telah memberikan segenap bimbingan, kesabaran, ilmu yang tiada ternilai harganya serta ilmu cara memberi nilai terhadap orang lain. 3. Bapak Ir. Purwadi A.D Msc beserta keluarga selaku pembimbing tugas akhir yang telah memberikan segenap bimbingan, kesabaran, ilmu yang tiada ternilai harganya. 4. Mas Fitriadi Iskandariyanto, ST selaku pembimbing kedua tugas akhir yang telah sangat banyak memberikan ilmu yang bermanfaat. 5. Bapak DR. Ir. Totok Soehartanto, DEA, selaku Ketua Jurusan Teknik Fisika. 6. Bapak Ali Musyafa selaku kalab laboratorium Rekayasa Instrumentasi atas segala bimbingan dan saran. v

8 7. Bapak dan Ibu dosen Teknik Fisika yang telah banyak memberikan ilmunya sehingga penulis dapat menyelesaikan jenjang kuliah sampai tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini tidaklah sempurna, tetapi penulis berharap ini dapat memberikan kontribusi yang berarti dan dapat menambah wawasan bagi pembaca dan mahasiswa Teknik Teknik Fisika yang nanti dapat digunakan sebagai referensi pengerjaan tugas akhir baru. Semoga awal dari permulaan yang panjang ini dapat membawa manfaat dan hikmat bagi kita semua dan juga semoga hari esok lebih baik dari hari ini. VIVAT TF, VIVAT SOLIDARITY, TOGETHER FOREVER Surabaya, Desember 2006 Penulis vi

9 DAFTAR ISI Halaman Judul Lembar Pengesahan Abstrak Kata Pengantar Daftar Isi. Daftar Gambar Daftar Tabel Bab I. Pendahuluan Latar Belakang Permasalahan Tujuan Batasan Masalah Metodologi Penelitian Sistematika Laporan.... Bab II. Dasar Teori Distributed Control System Server dan Engineering Interface Interface Serial RS Datalink Control Protokol 2.5. Protokol Jaringan Komunikasi Data... Halaman i ii iii v vii x xv vii

10 2.6. Jaringan Komputer 2.7. Sistem Pengendalian Proses 2.8. Pengenalan bahasa pemrograman C+++ builder Structure Query Language... Bab III. Perancangan Server Distributed Control System Local Control Unit (LCU).... Local Control Unit Flow... Local Control Unit Level Communication Interface 3.3. Perancangan Server DCS. Interfacing Serial Port... Metode Pengendalian Pompa 1 dann Pompa 2 Metode Pengambilan Data LCU... Metode Untuk Mengganti Set Point... Metode Untuk Mengganti MV... Aplikasi database... Graphical User Interface (GUI) untukk Pengendalian Plant... Bab IV. Pengujian dan Analisa Data Pengujian Time delay Server-LCU viii

11 4.2 Pengujian Time delay LCU-Server 4.3 Pengujian Time delay Server-Workstation 4.4 Pengujian Data error Pengujian Software Pengendali... Pengujian Login user.. Pengujian Transmisi data Serial. Pengujian Antrian data Server Bab V. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran A Lampiran B Lampiran C A-1 B-1 C-1 ix

12 DAFTAR GAMBAR Hal Gambar 2.1 Filosofi sederhana DCS... 5 Gambar 2.2 Contoh Arsitektur DCS... 6 Gambar 2.3 Transmisi data serial asinkron. 11 Gambar 2.4 Tranmsmisi data sinkron Gambar 2.5 Konfigurasi pin DB9 pada RS 232 konektor Gambar 2.6 Konfigurasi pin DB25 pada RS 232 konektor Gambar 2.7 Byte-control protocol Gambar 2.8 Bit-oriented protocol Gambar 2.9 Karakteristik protocol langsung / tidak langsung Gambar 2.10 Protocol standar dan non standard Gambar 2.11 Tujuh layer model protocol OSI Gambar 2.12 Model Arsitektur Protocol TCP/IP Gambar 2.13 Perbandingan OSI dan TCP/IP Gambar 2.14 Dua jenis jaringan broadcast. (a) Bus. (b) Ring Gambar 2.15 Arsitektur MAN DQDB Gambar 2.16 Hubungan antara host-host dengan subnet 28 Gambar 2.17 bebarapa topologi subnet untuk poin-topoint. 29 Gambar 3.1 Miniplant Workshop Instrumentasi Gambar 3.2 Arsitektur Jaringan Server DCS Workshop Instrumentasi Gambar 3.3 Perancangan Lokal Flow Kontroller Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem Pengendalian flow.. 38 Gambar 3.5 Rancang bangun Local Control Unit (LCU) Level Gambar 3.6 Diagram Blok Sistem Pengendalian Level 39 Gambar 3.7 Skema rangkaian komunikasi communication interface dengan LCU... x 40

13 Gambar 3.8 Rangkaian komunikasi serial mikrokontroller dengan menggunakan max Gambar 3.9 Transmisi data Asinkron Gambar 3.10 Algoritma pengiriman data Gambar 3.11 Diagram alir protocol pengendalian pompa 1 dan 2 pada server Gambar 3.12 Flowchart Pengambilan data lcu Gambar 3.13 Paket pengiriman data tiap byte Gambar 3.14 Diagram alir protocol perintah ganti set 51 point pada server... Gambar 3.15 Diagram alir protocol perintah rubah MV pada server Gambar 3.16 Tampilan untuk memasukkan parameter Port. 54 Gambar 3.17 Tampilan User Login. 55 Gambar 3.18 Algoritma Pemrograman User Login.. 55 Gambar 3.19 Tampilan Form user Sign In Gambar 3.20 Melihat database User pada Server DCS Gambar 3.21 Daftar menu pada tombol klik kanan mouse pada database user.. 58 Gambar 3.22 Message Untuk mengkonfirmasi aksi pada database User. 59 Gambar 3.23 Tampilan Miniplant Workshop Instrumentasi.. 60 Gambar 3.24 Tampilan muka server DCS. 61 Gambar 3.25 Tampilan Database LCU Flor.. 62 Gambar 3.26 Tampilan Database LCU Level Gambar 3.27 Konfigurasi ws_user_tbl. 63 Gambar 3.28 Konfigurasi ws_level_tbl. 64 Gambar 3.29 Konfigurasi Table ws_flow_tbl Gambar 3.30 Konfigurasi Table ws_flout_tbl Gambar 3.31 Konfigurasi Table ws_pid_tbl. 65 Gambar 3.32 Konfigurasi Table ws_spectank_tbl 66 Gambar 3.33 Konfigurasi Table ws_lvout_tbl.. 66 xi

14 Gambar 3.34 Konfigurasi Table ws_flout_tbl Gambar 3.35 Tampilan chart dari GUI server Gambar 3.36 Tampilan face plate dari server DCS Gambar 4.1 Tampilan User Login Gambar 4.2 Tampilan Main Page Workstation. 76 Gambar 4.3 Tampilan Data Trend 77 Gambar 4.4 Error data pada PC 256mb RAM, sampling rate 20ms 78 Gambar 4.5 Error data pada PC 760mb RAM, sampling rate 50ms 79 Gambar 4.6 Tampilan Software Server DCS. 80 Gambar 4.7 Tampilan awal User Login Gambar 4.8 Pesan error muncul jika user salah Gambar 4.9 memasukkan password.. 82 Tampilan pesan error jika terdapat karakter terlarang Gambar 4.10 indikator Status Pompa dan aliaran fluida 86 Gambar 4.11 Perbandingan tampilan pada server dengan pada lcu Gambar 4.12 Tampilan pada server untuk monitoring data pada lcu Gambar 4.13 Tampilan Menu RS232 Connection Setup. 91 Gambar 4.14 Tampilan Form RS232 Connection Setup. 91 Gambar 4.15 Oscilloscope Gambar 4.16 uji trasmisi pada pin 2 DB9. 92 Gambar 4.17 uji trasmisi pada pin 3 DB9. 93 Gambar 4.18 pengiriman paket 8 bit data Gambar 4.19 penerimaan paket 8 bit data Gambar 4.20 Simulasi menguji antrian data untuk mengakses 1 LCU Gambar 4.21 antrian data pada tabel LCU level Gambar 4.22 Simulasi menguji antrian data untuk mengakses 2 LCU Gambar 4.23 antrian data pada tabel LCU flow Gambar 4.24 antrian data pada tabel LCU level xii

15 xiii

16 DAFTAR TABEL Hal Tabel 2.1 Klasifikasi prosesor interkoneksi berdasarkan jarak Tabel 3.1 Protokol komunikasi Tabel 3.2 Protokol pengendalian Pompa Tabel 3.3 Protokol pengambilan data LCU Tabel 3.4 Protokol perintah ganti set point Tabel 3.5 Protokol pergantian manipulated variable 52 Tabel 4.1 Uji Time delay Bukaan Valve 0-100% Tabel 4.2 Uji delay bukaan valve 100-0% Tabel 4.3 Uji delay bukaan valve 100-0% Tabel 4.4 Uji delay bukaan valve 0%-100% Tabel 4.5 Hasil pengujian respon sistem terhadap inputan login user xii