SISTEM DETEKSI KEBOCORAN AIR PDAM SURABAYA BERBASIS TEKNOLOGI SCADA Felix Pasila, Anies Hannawati, Alan Wintareja Electrical Engineering Department, Petra Christian University 121-131 Siwalankerto, Surabaya 60236 - Indonesia Tel +62-31-8439040 ext. 1354, Fax +62-31-84336418 Email :felix@petra.ac.id, anies@petra.ac.id Abstrak Software SCADA sebagai salah satu software yang real-time sangat dibutuhkan, terutama sebagai pengontrol suatu sistem yang membutuhkan kecepatan dalam mengatasi berbagai kondisi yang mungkin dapat terjadi sewaktu-waktu dan sulit diatasi langsung oleh manusia. Aplikasi software SCADA ini sangat tepat untuk digunakan pada sistem distribusi air minum. Kelemahan sistem distribusi air minum sekarang, salah satunya adalah adanya kebocoran pada pipa. Kebocoran pipa pada instansi PDAM umumnya sangat sulit diantisipasi dengan cepat karena keterbatasan personil PDAM yang harus men-survei setiap pipa secara langsung. Kebocoran akan menyebabkan kerugian yang sangat besar jika telah melebihi 20% dari total distribusi air. Kebocoran air juga sangat bergantung dengan berapa besar debet air yang diberikan pompa utama ke setiap zona dalam satu wilayah. Jika tekanan air yang diberikan lebih besar dari yang dibutuhkan, maka besar kemungkinan terjadi kebocoran. Sistem Interkoneksi antar pipa harus diperhitungkan agar saat terjadi kegagalan pada pipa tertentu, sistem dapat dengan segera dialihkan ke pipa yang lain sehingga dengan demikian konsumen tetap mendapatkan suplai air. Sistem Interkoneksi tidak saja memegang peranan penting pada saat terjadi kegagalan saja namun juga mempengaruhi tempo pendistribusian air, pemilihan sistem Interkoneksi yang tepat akan mempersingkat waktu pendistribusian air. Dengan adanya teknologi SCADA, PDAM akan mendapat berbagai kemudahan antara lain pengontrolan perangkat distribusi air secara real-time dan otomatisasi proses pendistribusian air. Desain Distribusi Air ini terdiri dari tiga bagian utama yaitu: control system yaitu PLC LG GLOFA GM7, papan display miniatur distribusi air dan software SCADA In Touch 7.1 sebagai monitoring sistem distribusi air. Komunikasi antara PLC dan Software berjalan dengan maksimal apabila baud rate yang digunakan untuk PLC sebesar 57600. Sebelum menggunakan SCADA debet pada masing-masing Subzona adalah: 6.566,26 m 3 /hari ; 1.059,8 m 3 /hari ; dan 286,8 m 3 /hari. Setelah mempergunakan SCADA didapat debet rata-rata sebesar 2.637,62 m 3 /hari pada masing-masing Subzona. Selain itu kebocoran yang semula mencapai 40 % dapat ditekan menjadi 20 % Kata Kunci : scada, distribusi air, real time software 1. Pendahuluan Saat ini kebocoran yang terjadi pada sistem distribusi air warga Surabaya lebih dari 40 %. Tentu saja jauh melampaui batas kebocoran pipa yang menjadi standar PDAM yaitu maksimal 20 %. Disamping kebocoran air, PDAM juga mempunyai masalah yaitu penyebaran air yang tidak merata di setiap kecamatan. Daerah yang dekat sumber memiliki tekanan air yang besar, sedangkan daerah yang jauh dari sumber air akan keluar hanya pada malam hari. hal ini tentu berakibat masyarakat harus menambah investasi pompa air untuk mendapatkan air. Tabel 1 dan Tabel 2 menunjukkan kebutuhan air sebagian masyarakat Surabaya dan suplai air yang mereka terima. B-100
Sistem Deteksi Kebocoran Air PDAM Surabaya Berbasi Teknologi SCADA B-101 Tabel 1. Perbandingan kebutuhan air secara teori dan pencatatan meter No Pipa Debet air Kebutuhan air Pencatatan Meter ( m 3 /hari) Teoritis (m 3 /hari) (m 3 /hari) 1 A 746,76-1.059,8 2 B 87,85 - - 3 C 131,78 67,62 42,16 4 D 87,85 58,8 75,6 5 E 87,85 58,8 72,23 6 F 131,78 58,8 36,73 7 G 87,85 45,08 36,73 Tabel 2. Perbandingan hasil perhitungan dan pencatatan meter pada Sub Zona No Sub zona Debet air (m 3 /hari) Hasil Perhitungan Pencatatan Meter 1 Simohilir Timur I 2.904,72 6.566,26 2 Raya Simohilir 746,76 1.059,8 3 Sukomanunggal 1335,93 286,8 Masalah kebocoran dan Distribusi air yang tidak merata merupakan isu utama dari paper ini. 2. Desain Sistem Scada Distribusi Air Minum Surabaya 2.1. Input Parameter Komunikasi pada SCADA Wonderware. Desain Scada menggunakan Software InTouch versi 7.1. Pertama kali adalah membuat window baru untuk mendisain semua tampilan yang diinginkan untuk diamati dan diakses. Pada window tersebut kita letakkan object yang akan dikomunikasikan dengan PLC pada display. Gambar 1. menunjukkan pembuatan object pada window di Intouch. Gambar 1. Object pada InTouch
B-102 Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2002) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 21 22 Agustus 2002 Setelah dibuat object pada window InTouch, maka doubleclick object tersebut, sehingga timbul tampilan yang menunjukkan pilihan menu untuk proses animasi, seperti gambar 2. Gambar 2. Menu Animasi Object Pilih salah satu pilihan pada menu Animasi Object, misalnya Percent Fill, dipilih Vertikal, artinya object menganimasi warna bergerak naik keatas sampai warna object penuh. Selanjutnya click tombol vertical, sehingga tampak window seperti yang terlihat pada Gambar 3. Expression merupakan symbol yang digunakan untuk komunikasi antara SCADA Wonderware dengan PLC. Jadi penulisan ekspression harus sama atau dikenali oleh PLC. Pada PLC, nilai yang ingin ditampilkan pada SCADA adalah nilai pada memory0, oleh sebab itu expression ditulis dengan mem0.
Sistem Deteksi Kebocoran Air PDAM Surabaya Berbasi Teknologi SCADA B-103 Gambar 3. Penamaan Expression Nama pada Ekspression ini akan sama dengan nama Tagname. Nama Tagname ini akan diberi tipe datanya. Penamaan Tagname ini terlihat pada gambar 4. Sedangkan gambar 5. menunjukkan berbagai tipe data untuk Tagname. Dalam hal ini tipe data adalah I/O integer, data ini merupakan data dari PLC sehingga merupakan proses Input/Output. Gambar 4. Penamaan Tagname
B-104 Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2002) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 21 22 Agustus 2002 Gambar 5. Menu Type Tagname Access Name digunakan untuk mengakses data dari PLC menuju ke SCADA Wonderware. Pemberian input pada menu Access Name ynag penting adalah pada Application Name, yaitu nama dari program I/O server, sedangkan Topic Name adalah jenis dari PLC. Gambar 6. menunjukkan menu Access Name. Gambar 6. Access Name Setelah proses penginputan parameter pada InTouch selesai dilakukan, maka selanjutnya dijalankan program GM_SER dan InTouch tersebut. (runtime). 2.2. Komunikasi PLC dengan SCADA 2.2.1 Input Parameter GMWIN. Ada 2 input untuk Input parameter pada GMWIN, yaitu Basic Parameter dan Communication Parameter.
Sistem Deteksi Kebocoran Air PDAM Surabaya Berbasi Teknologi SCADA B-105 1. Basic Parameter. Pada Basic Parameter kita harus menginputkan jenis/model dari PLC LG yang digunakan. Dalam hal ini yang kita inputkan pada Basic Parameter berupa GLOFA. 2. Communication Parameter, meliputi : STATION NO, terdapat pilihan dari 0 sampai 31. BAUD RATE, terdapat 7 pilihan parameter, yaitu : 57600, 38400, 19200, 9600, 4800, 2400, 1200 PARITY BIT, terdapat 3 pilihan, yaitu : None, Even, Odd. DATA BIT, terdapat 2 pilihan, yaitu : 7 atau 8 STOP BIT, terdapat 2 pilihan, yaitu : 1 atau 2 COMMUNICATION CHANNEL, terdapat 3 pilihan, yaitu 1. RS232C Null Modem or RS422/485 2. RS232C Modem (Dedicated Line) 3. RS232C Dial Up Modem DEDICATED, terdapat 2 pilihan, yaitu : 1. Master 2. Slave Pada Communication Parameter, masih terdapat parameter-parameter yang lain, akan tetapi untuk mengkomunikasikan antara PLC dengan SCADA, operator cukup untuk menginputkan parameter-parameter tersebut.
B-106 Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2002) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 21 22 Agustus 2002 2.2.2. Input Setting Parameter GM_SER. Pada input setting parameter GM_SER ini, operator harus menginputkan data yang sama dengan Input pada Communication Parameter, misalnya untuk Input Baud Rate, Parity Bit, Data Bit, Stop Bit dan Slave Station. Menu yang terdapat pada GM_SER meliputi : 1. Com Port 2. Com Parameter (Baud, Parity, Data, Stop) 3. Slave Station (0-31) 4. Word Length (1..960) Input Setting Parameter pada GM_SER ini akan berpengaruh terhadap kecepatan pengiriman data baik dari PLC menuju SCADA maupun sebaliknya. Dengan Baud Rate yang tinggi, Word Length yang pendek, dan didukung pula dengan kualitas prosessor yang cepat maka proses pengiriman data menjadi cepat. 3. Hasil Simulasi Gambar 7 dan 8 memperlihatkan model tampilan desain Scada pada Sistem Distribusi air. Gambar 7. Window Pengontrolan Pompa Distribusi Kondisi Bila Terjadi Kebocoran Bila terjadi kebocoran pada salah satu pipa di wilayah Subzona maka pipa yang mengalami kebocoran akan blink dengan warna merah.
Sistem Deteksi Kebocoran Air PDAM Surabaya Berbasi Teknologi SCADA B-107 Gambar 8. Gambar Kebocoran Pada Pipa Pengujian 1 Pengujian dilakukan dengan cara mengirimkan parameter-parameter dari PLC menuju ke SCADA atau sebaliknya. Pengujian 1 menjelaskan komunikasi antara PLC dengan SCADA, dimana nilai dari proses PLC dapat dilihat pada software InTouch. Terlebih dahulu dibuat Ladder Diagram pada GMWIN. Gambar Ladder Diagram untuk pengujian 1 terdapat pada gambar 9. Gambar 9. Ladder Diagram Pengujian 1 Variabel-variabel yang digunakan ladder diagram Pengujian 1, meliputi: Variabel A, Name : A
B-108 Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2002) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 21 22 Agustus 2002 Variable Kind : VAR Data Type : INT Allocation : AT %MW0 INITIAL VALUE : <Default> Comments : - Basic Parameter : GLOFA Communication Parameter : 1. STATION NO : 0 2. BAUD RATE : 57600 3. PARITY BIT : None 4. DATA BIT : 8 5. STOP BIT : 1 6. COMMUNICATION CHANNEL : RS 232C Null Modem Or RS422/485 7. Dedicated : Slave Setelah parameter-parameter tersebut diinputkan maka kita dapat men-write program Ladder tersebut ke PLC. Setting Parameter pada GM_SER : Com Port : COM1 Com Parameter (Baud, Parity, Data, Stop) : 57600,n,8,1 Slave Station (0..31) : 0 Word Length (1..960) : 50 Langkah selanjutnya pada software InTouch, dibuat window baru, misalnya PROJECT. Pada Window tersebut dibuat tanda #, kemudian double click tanda tersebut, lalu inputkan : Value display : Analog Expression : meword0 Tagname : meword0 (type: I/O Integer) Access Name : PLC (hanya untuk penamaan) Node Name : - Application Name : GM_SER Topic Name : GLOFA Protocol to use : DDE When to advice server : Advice only active items Setelah InTouch di-runtime, maka tanda # akan berubah menjadi angka sesuai dengan dengan nilai pada proses PLC. Kecepatan pengujian 1 dapat dilihat pada table berikut : Tabel 3. Kecepatan Pengiriman Data WORD LENGTH Kecepatan Pengiriman Data (ms) 57600 38400 19200 1 10 17 26 10 22 30 51 50 64 80 137 100 113 148 273 200 202 294 538 400 368 544 1043 500 482 702 1305 750 698 1048 1933 800 748 1103 2092 960 895 1324 2476 Simulasi menggunakan Pentium III-800MHz, Memory 64
Sistem Deteksi Kebocoran Air PDAM Surabaya Berbasi Teknologi SCADA B-109 Pengujian 2 Pengujian ADC pada PLC dengan menggunakan potensiometer 10K sebagai Variabel besarnya tingkat kebocoran. Dalam percobaan digunakan 2 potensiometer yang menunjukkan besarnya Hasil pembacaan Perubahan RI dengan R2 tetap pada ADC pada PLC GLOFA G7H-ADHA ada pada table berikut : Tabel 4. Tabel Pengujian Potensiometer RI-10K RI(Ohm) V(Volt) Digital Output 9.8K 10.92 3940 9.5K 9.8 3788 8K 9.6 3192 7K 8.8 2792 6K 8.2 2392 5K 7.1 1996 4K 6.3 1598 2K 3.4 798 1K 1.86 398 0.4K 0.77 159 0.1K 0.20 40 0.001K 0.002 3 0 0 0 Dari Tabel di atas di dapatkan grafik 10. yang menunjukkan respon ADC terhadap perubahan Potensiometer. 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Perbandingan Potensiometer terhadap Output ADC 9.8K 9.5K 8K 7K 6K 5K 4K 2K 1K 0.4K 0.1K 0.001K Digital Output Gambar 10. Grafik Potensiometer I terhadap Output ADC Dapat diasumsikan grafik 10. adalah grafik yang linier, sehingga setiap perbedaan tahanan dari potensiometer RI terhadap R2, selalu memberikan harga yang dapat dihitung dalam script Scada sehingga tingkat kebocoran lebih dari 20 % dapat di set. 4. Kesimpulan Kecepatan pengiriman data memegang peranan penting dalam sistem Distribusi Air menggunakan Scada. Komputer yang dibutuhkan sebagai Master/Server minimal Pentium IV/1.4G
B-110 Proceedings, Komputer dan Sistem Intelijen (KOMMIT 2002) Auditorium Universitas Gunadarma, Jakarta, 21 22 Agustus 2002 dengan Memory 512M dan space Harddisk sebesar 20 GB. Komunikasi dapat dilakukan dengan kabel (sebaiknya menggunakan serat optik) atau wireless(radio/satelit). Tekanan minimum yang harus diberikan pada Zona Raya Simohilir : 3,6 mka dengan asumsi kebocoran 20 % dan tanpa perlu penambahan pompa air pada konsumen. Kerugian yang dapat ditekan dengan adanya Scada : Rp. 1,665 Milyar/Thn dengan asumsi 1m 3 = Rp. 264 dengan kebocoran 6.307.200 m 3 Jika data Distribusi Air seluruh Surabaya lengkap, maka Sistem Scada ini dapat dibuat lebih integrasi dengan sumber air yang ada. 5. Daftar Pustaka [1] PDAM, Distribusi dan Instalasi Penjernihan Air Minum, Surabaya, 1994. [2] J. Jacob, Michael, Industrial Control Electronics Application and Design, Purdue University, Prentice Hall, Engle Wood Cliffs, New Jersey 07632, 1988 [3] L. Streeter, Victor, Fluida Mekanik, September 1984 [4]., User s Manual LG Programmable Logic Controller GLOFA GM7 Series, LG Industrial System, November 2000 [5] Wonderware s Engineer, Wonderware FactorySuite 2000 v7.1 Handbook, Wonderware Coorporation, December 2000