TELEMETRY SYSTEM

TELEMETRY SYSTEM
Created by Cak Unggul
On Ramadhan 2018

1.0. TELEMETRY NETWORK
Telemetry-network merupakan komponen terpenting didalam menyajikan alur komunikasi (communication pathway) pada sistem SCADA. Yang harus diperhatikan adalah pada pemakaian dapat mengikutsertakan lebih dari satu jenis telemetry network. Misalnya pada pemakaian yang bersifat critical biasanya memerlukan sistem back-up atau recovery procedure untuk jaringan utamanya. Dengan demikian analisa terhadap requirement untuk pemilihan terhadap sistem komunikasi amat menentukan suksesnya telemetry network system terpilih. Komponen dari telemetry network meliputi: 
• Topology; 
• Transmission Mode; 
• Link Media dan 
• Protocol.

1.1. TOPOLOGY.
Topology adalah suatu geometric arrangement nodes dan link yang membentuk suatu sistem telemetry network yang bisa berupa point-to-point; point-to-multipoint maupun multipoint-to-multipoint topology
• Point to Point.
Ini adalah link komunikasi yang digunakan diantara dua station. Masing-masing station dapat melakukan komunikasi dengan lainnya atau salah satu station dapat melakukan inquire & control terhadap station yang lain. digunakan bilamana diperlukan peer to peer communication connection, misalkan back-up communication link antar remote station yang terletak di-site dan master control station yang berada di control room.
• Point To Multipoint
Disebut juga multi drop communication adalah communication-link terhadap tiga atau lebih station dimana salah satunya merupakan communication-arbitrator (master) yang akan melakukan control bilamana station yang lain berkomunikasi dengannya. Point to Multipoint adalah topology utama yang diapliksikan pada Sistem SCADA
• Multipoint To Multipoint
Ini adalah link komunikasi antar tiga atau lebih master station dimana tidak terdapat masterstation yang menjadi communication-arbitrator dengan demikian setiap master station dapat dipanggil untuk berkomunikasi dengan yang lain.

1.2. TRANSMISSION MODE
Transmission Mode adalah suatu upaya bagaimana suatu informasi dapat dikirimkan dan diterima diantara station dalam suatu network. Topologi dari suatu sistem SCADA, biasanya akan menentukan jenis transmission mode dari data yang akan dikirimkan. Ada tiga jenis transmission mode yaitu simplex, half-duplex dan full-duplex
• Simplex
Pada transmission mode jenis ini semua informasi akan dikirimkan tanpa memerlukan jawaban dari penerima.  Transmission mode jenis ini dapatdijumpai pada point to  point maupun point to multipoint topology
• Half Duplex
Pada transmission mode jenis ini semua informasi dikirimkan sekaligus pada communication-link dalam satu arah. Bilamana penerima akan membalas data yang diterima, maka harus menunggu sampai semua data habis terkirim. Transmission mode jenis ini dijumpai pada point to multipoint topology
• Full Duplex
Pada transmission mode jenis ini semua informasi akan dikirimkan dan diterima pada saat yang bersamaan. Transmission mode ini dijumpai pada point to point topology

1.3. LINK MEDIA
Link-media adalah prasarana yang tersedia guna merealisasikan  bagaimana suatu informasi dikirimkan dan diterima diantara station dalam satu network yang sama, link media tergantung pada hal-hal berikut:
• Aplikasi data-transmission yang diperlukan
• Lokasi dari remote-site dan control center nya
• Jarak antar remote site
• Link media yang tersedia di-area tersebut dan
• Project budget

• Public Transmission Media, meliputi:
▪Public Switch Telephone Network (PSTN): dial-up network ini disediakan oleh perusahaan jasa telekomunikasi. Jenis line ini yang biasa digunakan sehari-hari untuk voice dan transmisi data.
▪Private Lease Line (PLL): PLL adalah dedicated line yang secara tetap menghubungkan antara dua atau lebih lokasi yang digunakan untuk pengiriman data secara analog. Bilamana menginginkan line ini untuk bisa mentransmisi voice maka diperlukan “voice option”
▪Digital Data Services (DDS): DDS adalah “wide-bandwidth” khusus yang disewakan secara privat dengan menggunakan teknik digital untuk mentransfer data dengan kecepatan tinggi dengan error terendah

• Atmospheric Media
▪Microwave Radio: media ini berupa high-frequency (GHz) terrestrial radio transmission and reception yang menggunakan parabolic-dishes sebagai antena. Dish-anttena biasanya ditempatkan pada tower atau atap dari bangunan, karena media ini menginginkan line-of-sight topology.
▪VHF/UHF Radio: media ini berupa transmisi “high-frequency electromagnetic wave” yang memancarkan signal dan kemudian ditangkap oleh antenna penerima lain yang berada dalam jangkauan-nya.
▪Geosychronous Satellite: media ini menggunakan transmisi jenis high-frequency (GHz) untuk melakukan “route-transmission” antar site. Dalam hal ini orbit satelit harus dijaga agar selalu sinkron terhadap orbit bumi (geosynchronous orbit) dengan demikian satelit akan selalu berada ditempatnya relatif sama terhadap bumi. Satelit akan menerima signal dan selanjutnya akan men-transfer nya ke earth antenna.

• Power Line
Dengan menggunakan peralatan komunikasi data khusus berupa power delivery media dan RS-232 Interface maka suatu data dapat dikirimkan atau diterima melalui Power Supply 120 VAC atau 460 VAC.

1.4. PROTOCOL
Kegunaan dari Protocol adalah untuk menentukan format data yang akan dikirim ke remote station. Komponen dari protocol meliputi: 
• hand-shaking; 
• error detection; 
• error recovery dsb. 
yang perlu diperhatikan pada saat melakukan pemilihan protocol adalah: Connection topology (point to point atau point to multi point); Transmission Mode (half-duplex atau full-duplex); sabungan terhadap  protocol existing equipment. Real Time Automation adalah salah Sistem SCADA software house yang bannyak digunakan dimana Modbus Protocol selalu digunakan sebagai Slave-Protocol untuk Remote Station sedangkan pada Master Station bervariasi tergantung equipmentnya.
Berikut adalah Daftar dari Protocol yang terdaftar pada Real Time Automation.
• Master Protocol, 
▪Allen Bradley DF1 half-duplex
▪AMOCAM2
▪Avtron Advantage 32 Drive
▪Barber-Coleman 
▪Euritherm Drive/ Controller
▪Enraf Nonius Series 858 CIU
▪Fenner Mdrive
▪Fisher DPR Series Controller
▪McQuay
▪Microtech
▪Modbus
▪Powertech Digimax Drive
▪Westinghouse Incom/ Impacc
▪Yokogawa YS/XL and UT
• Slave Protocol hanya Modbus
Selain Real-Time Automation banyak lagi Shop-ware yang mengakreditasi protocol misalkan:
• ProSoft Technology Inc. (see also www.prosoft-technology.com)
• Miille Applied Research Company, Inc (see also www.miille.com)
• Lihat juga www.execpc.com

2.0. DATA COMMUNICATION EQUIPMENT
Data Communication Equipment (DCE) adalah merupakan link transmisi antara Transmission Medium dan Master/Remote Station  atau Data Terminal Equipment (DTE) yang berfungsi untuk melakukan Modulation dan De Modulation (MODEM) terhadap data yang dikirimkan. DCE Transmission equipment meliputi Telephone modem; Radio modem; dan Satellite modem.

2.1. TELEPHONE MODEM
Telephone Modem berfungsi untuk meng-convert informasi digital dari PLC/DCS atau Computer kedalam bentuk analog signal yang compatible dengan Communication Media yang sedang digunakan. Signal ini kemudian akan ditransportasikan ke modem-penerima (Receiving modem) yang selanjutnya akan meng-covert-nya kembali kedalam bentuk digital data. Terdapat dua standard untuk fabrikasi Telephone Modem oleh manufacture yang berbeda untuk menjadi compatible yaitu:
• Bell Std.  
Bell Standard banyak digunakan di Amerika serikat (USA) sampai dengan dibelinya perusahaan itu oleh AT&T
• CCIT Std.   
CCIT akhirnya menjadi standard internasional untuk Modem yang juga akhirnya menjadi standard yang dipakai di USA. 
Sebagian besar Modem pada saat ini conform terhadap satu atau lebih item yang terdapat pada CCIT Standard. Misalnya V.32; V32bis; V22; V90 dsb. 
Note:
CCIT = Consultative Comitee for International Telephone and Telegraph.
Perlu dicatat walaupun sudah terdapat standard, pada kenyataan nya tidak ada dua jenis modem yang benar-benar compatible. Sekali lagi hal ini penting untuk dicatat pada saat akan melakukan penambahan atau melakuan retrofit terhadap instalasi existing.
Untuk memilih modem, questionare berikut ini membantu guna mendapatkan aplikasi yang tepat, antara lain:
▪Jenis link apakah yang digunakan melakukan transmisi data ?
▪Jenis transmission-mode jenis apa yang akan digunakan?
▪Jenis network topology yang mana yang akan digunakan?
▪Menggunakan 2-wire line atau 4-wire line?
▪Berapakah kecepatan transmisi data yang diperlukan?
▪Apakah “requirement” yang dibutuhkan oleh DTE devices? (Asynchronous atau synchronous operation)
▪Apakah jenis interface yang tersedia? (RS-232; MIL 188; EIA-449; IEEE-488 dsb)
▪Adakah feature lain juga diperlukan guna mendukung DTE’s?
▪Apakah memerlukan standard? (UL; CSA; FCC dsb.)
▪Rack mounted atau stand-alone modem?
▪Berapa input-power rating yang tersedia?
▪Berapa ambient temperature-nya?
▪Berapa “modem respons time” yang dikehendaki?
• Analog Dial-up Modem
Modem jenis ini mempunyai karakteristik antara lain
▪ASCII string yang digunakan untuk mengkonfigurasi dan mengontrol dial-up
▪Auto answer dan hang-up control capability
▪Transmission rate 28 kBps
▪Manufacture: data-link, Miille Applied Research Co. Ltd
• Analog Leased-Line Modem
Karakteristiknya meliputi
▪Asynchronous Point-to-point full duplex
▪Asynchronous point-to-multipoint half-duplex
▪Transmission rate 28 kBps
▪Manufacture: data-link, Miille Applied Research Co. Ltd
• Leased-Line ISU
Integrated Service Unit (ISU) adalah modem ekivalen terhadap digital data services (DDS) yang digunakan untuk system point-to-point maupun point-to-multipoint. ISU terbentuk dari dua komponen yaitu:
▪Data Services Unit (DSU) yang disambung ke RS-232 link dan
▪Channel Service Unit (CSU) yang akan mentransmit signal digital ke communication line
▪Transmission rate mencapai 57.6 kBps baik untuk poin-to-point maupun point-to-multipoint topology.

2.2. RADIO TRANSMISSION MODEM
Radio transmission modem dapat digunakan pada topology point to point; point to multipoint; atau pada pemakaian multipoint to multipoint. Hal utama yang harus diperhatikan dalam pemilihan radio modem adalah radio frequency band. Frequency untuk radio transmission dapat dikelompok-kan sebagai berikut:
▪VHF (66 ~ 79 MHz; 150 ~ 174 MHz)
▪UHF (450 ~ 470 MHz)
▪High Frequency UHF (850 ~ 960 MHz)
▪Micro Wave (> 1 GHz)
Selain frequency hal lain yang perlu mendapat perhatian adalah:
▪Coomuncation rate yang diperlukan
▪Space requirement. Rack-mounted atau stand alone Modem?
▪Apakah requirement dari DTE devices? synchronous atau asynchronous operation 
▪Apakah jenis interface yang digunakan (RS-232, IEEE-488 dsb) feature lain untuk penyokong DTE?
▪Apakah diperlukan “featur diagnostic”
▪Apakah tersedia power supply pada remote-site?
▪Apakah diperlukan lisensi?
▪Apakah diperlukan standard? (UL, CSA, FCC,..)
▪Komposisi modem dan radio integral unit atau separate unit?
▪Radio modem “design and operation”?
▪Berapakah response time yang diperlukan? 

• Radio Modem akan dijumpai dalam bentuk:
▪Integral Unit
Key-up time antara radio dan modem “fully integrated”, sehingga unit ini tidak lagi memerlukan intervensi programmable controller. Bilamana antara modem dan transmitter/receiver dipisah, maka permasalahan compatibility akan muncul.
▪Two Separate Unit, masing-masing terpisah menjadi:
Digital data modem yang dilengkapi dengan connector RS-232 dan radio transmitter/receiver yang dilengkapi dengan connector untuk Antenna
Yang sering terjadi pada metode ini adalah modem tidak langsung melakukan control pada saat radio sedang melakukan pengiriman/ transmit carrier. Yang harus dilakukan adalah communication device harus dilengkapi “key wake-up” terhadap radio sebelum melakukan “transmitting” data ke modem.
Selain itu harus diperhatikan pula time-to-transmit power requirement dari kombinasinya sebab external modem tidak mempunyai kemampuan untuk mengetahui kapan radio dalam kondisi full power. Modem memerlukan time delay sebelum pengiriman data.
• Pemilihan Radio Transmission Modem berdasarkan pada Topology
▪Point - to - Point (atau broadcast), full-duplex radio,a plikasi ini memerlukan sebuah transmitter yang terpisah dan receiver dalam masing-masing radio modem.
▪Point to Multipoint (atau broadcast) half-duplex master Radio, half duplex remote radio.
Untuk mencapai performace yang sempurna biasanya digunakan ”master” radio modem karena mempunyai transmitter yang terpisah dari receiver-nya. Hal ini juga akan menghasilkan RTS to CTS delay yang terpendek terhadap masing-masing master station data trnasmission. (RTS: Request to send, CTS: Clear to Send)
▪M/ipoint to M/poin full-duplex package radio modem  mempunyai kemampuan untuk melakukan “buffer” dan interpret dalam penerimaan dan pengiriman melalui “airwave” dalam bentuk “half-duplex” 

3. MASTER STATION DEVICE
Master Station didalam Sistem SCADA akan melakukan hal-hal berikut:
• Pengumpul field-data dan secara berkala membaca dan/atau menerima data baru langsung dari remote-station atau melalui sub-master station.
• Melakukan koordinasi monitoring dan control terhadap seluruh sistem melalui Operator Interface.
• Beberapa jenis master station yang banyak ditemui antara lain adalah
▪VAX atau UNIX-based Computer
Ini adalah tingkat tertinggi dari work station, penggunaan VAX-base atau UNIX-base Computer dalam berkomunikasi dengan master station melalui koneksi Local Area Network digunakan untuk melakukan “initial control action” ke remote stations melalui master station.
▪Personal Computer base
Pada sistem SCADA skala terbatas, pemakaian Personal Computer akan berfungsi sebagai master station dan juga central komputer
▪PLC atau Logic Processor base
Pemakaian Programmable Controller sebagai master station bilamana aplikasinya mengharuskan penggunaan satu atau lebih master station yang terpisah dari operator interface. Misalnya untuk pengontrolan local input dan output.

3.1.VAC/UNIX BASE COMPUTER MASTER STATION
DCS bisa dikategorikan sebagai VAX atau UNIX base Computer, pemilihan perangkat ini sebagai Master Station dilakukan dengan pertimbangan jumlah remote station yang banyak sehingga mengasilkan jumlah I/O yang besar pula (diatas 1000 I/O). Perangkat seperti ini juga dapat digunakan untuk mem-“maintain” seluruh data-base system;  melakukan support terhadap local operator interface, membuat report dan menyediakan program applikasi. Master station jenis ini memerlukan program aplikasi untuk berkomunikasi melalui “ethernet-network” ke “master data concentrator” atau perangkat lain yang terhubung didalam network.

3.2. PC-BASE MASTER STATION
Perangkat ini dipilih pada konfigurasi dalam kategori “small SCADA”, software yang digunakan untuk mengoperasikan PC biasanya adalah software yang dibuat khusus misalnya RS View 32 Software, RS Link 2.0 Communication Server Software; RSLogix 5000 programming software dsb. Software tersebut harus memenuhi persyaratan dapat digunakan untuk operator interface maupun master station. RSView 32 mempunyai keistimewaan selain dapat digunakan sebagai operator interface pada saat yang sama akan beroperasi sebagai master station (multi-tasking) sehingga konfigurasi semacam ini akan menghasilkan “most-inegrated” dan “cost-effective” master station untuk pemakain SCADA System dengan skala terbatas.

3.3. PLC-BASE MASTER STATION
Pemilihan PLC sebagai master station bilamana permintaan seperti dibawah ini diperlukan pada saat pengoperasian sistem SCADA.
▪master station harus mampu untuk melakukan pengendalian (control fuction) terhadap local I/O
▪redundancy master station
Yang perlu diperhatikan dalam pemilihan PLC adalah:
▪Processor, besarnya frequency (GHz ) yang disajikan PLC, makin besar Ghz makin cepat scan-time nya
▪Memory,  besarnya kByte yang disajikan PLC
▪I/O point, jumlah maximum I/O yang terdapat pada PLC
▪Card per rack, sangat mempengaruhi dalam merancang efisiensi ruang
▪Interface: built-in atau external connector
▪Proctocol: ingat tidak ada satupun product yang menjamin protocol compatibility. Modbus adalah protocol yang banyak digunakan.
▪Maximum remote station yang dapat di tangani oleh PLC tersebut.
 Pemilihan PLC juga harus mempertimbangkan terhadap jenis telemetry network yang dipilih terutama transmission mode-nya (half-duplex atau full-duplex)

4.0. SUBMASTER STATION DEVICE
Suatu aplikasi yang melibatkan I/O yang sangat besar akan memerlukan Submaster station yang akan menangani aktivitas seperti:
▪Melakukan “gathering” data dari remote station yang berada dalam region yang sama.
▪Melakukan “support”  terhadap local operator interface yang berada didalam region yang sama.
▪Melakukan support logging terhadap Alarm dan Event.
▪Melakukan komunikasi terhadap “remote station data” dan support control command”
▪Melakukan interface antara remote station dengan host master station.
4.1. DATA ROUTING
Bilamana suatu aplikasi sistem SCADA memerlukan satu atau lebih data yang dikumpulkan kedalam sub-master station, maka masing-masing submaster harus dapat melakukan “half-duplex communication-support” baik terhadap master station maupun half-duplex remote station melalui serial port yang berlainan. Pada aplikasi ini submaster dapat berkomunikasi langsung dengan master station atau remote station-nya, tetapi bilamana ada “data exchange” antara master station dan remore station hanya dapat dilakukan melalui “submaster data table”. Master programming terminal dapat secara langsung melakuan “remote-programming” terhadap submaster tetapi “remote-programming” tersebut tidak dapat dilakukan secara langsung kepada remote terminal. Artinya programming terhadap remote station harus melalui master substation-nya, aliran data semacam ini dinamakan sebagai data-routing (dan perangkatnya dinamakan router)
Bilamana suatu aplikasi sistem SCADA memerlukan satu atau lebih “data routing submaster station” maka harus menggunakan PLC dengan kapasitas tinggi misalkan Allen Bradley Logix 5500 yang dilengkapi dengan dua serial port. Satu serial port dikonfigurasikan half-duplex untuk berkomunikasi dengan master station sedang satu port yang lain juga harus dikonfigurasi half-duplex untuk dapat berkomunikasi dengan remote station-nya.
Pada aplikasi semacam ini data-routing submaster tidak hanya dapat berkomunikasi secara langsung dengan master dan remote station-nya, melainkan juga master station dapat mengirim “message” secara langsung ke remote station melalui submaster station tanpa melakukan “additional programming” atau menggunakan data-table memory yang terdapat pada submaster.
Programming terminal atau MMI (Man to Machine Interface) dihubungkan dengan master station melalui Ethernet atau ControlNet yang juga dapat di “route” melalui master dan submaster dalam rangka untuk melakukan programming atau “data-exchange” terhadap remote station.


5.0. REMOTE STATION DEVICE
Remote Station didalam Sistem SCADA melakukan tugas yang di-route dari Master Station atau submaster station sebagai berikut:
▪melakukan pengendalian terhadap input dan output dari field deviced; misalkan valve-valve, metering equipment, drive dsb.
▪melakukan monitoring terhadap kondisi field device dan membuat alarm-logger
▪malaporkan status field device ke master station dan meng-aplikasikan “command” yang didapat dari master station.Pada remote station pengetahuan yang cukup terhadap teknik instrumentasi dan control sangat membantu dalam pemilihan perangakt yang sesuai. Remote station harus mampu untuk melakukan pengendalian (control fuction) terhadap local I/O serta mempunyai kemampuan redundancy. Untuk persyaratan semacam ini hanyalah PLC yang sesuai untuk digunakan sebagai perangkat kerasnya. Pemilihan PLC tersebut harus disesuaikan dengan aplikasi dan budget. Pertimbangan yang menentukan dipilihnya suatu remote station device antara lain adalah:
▪Berapa jumlah analog I/O yang akan digunakan?
▪Berapa jumlah descrete I/O yang akan digunakan?
▪Apakah diperlukan integrated dial-out phone modem (ASCII Instruction)?
▪Berapakah program/ data memory yang diperlukan (8K, 16K, 32K atau 64K)?
▪Aapakah diperlukan redundancy?
▪Apakah diperlukan mathematical function?
▪Apakah diperlukan PID controller setting?
▪Apakah diperlukan on-line programming capability?
▪Apakah diperlukan “key switch”?
▪Apakah diperlukan built-in clock/ calendar?
▪Apakah diperlukan local MMI?
▪Apakah diperlukan programming communication port?
▪Berapakah level power supply yang tersedia cukup?
▪Apakah memerlukan communication protocol?

▪Apakah memerlukan remote station programming melalui telemetry system?