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

TUGAS AKHIR RF 1483

RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL

SYSTEMS (DCS) PADA MINIPLANT WORKSHOP

INSTRUMENTASI

SELO GINANJAR NRP 2402.100.014 Dosen Pembimbing SUYANTO, ST. MT Ir PURWADI A.D MSc

JURUSAN TEKNIK FISIKA Fakultas Teknologi Industri

TUGAS AKHIR RF 1483

RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL

SYSTEMS (DCS)PADA MINIPLANT WORKSHOP

INSTRUMENTASI

SELO GINANJAR NRP 2402.100.014 Dosen Pembimbing SUYANTO, ST. MT Ir PURWADI A.D MSc

RANCANG BANGUN SERVER DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM PADA MINIPLANT WORKSHOP

INSTRUMENTASI

Nama : Selo Ginanjar NRP : 2402 100 014

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

Design and Developing Server Distributed Control System of Miniplant Workshop Instrumentation

Name : Selo Ginanjar NRP : 2402 100 014

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.

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. 2402.100.014

Mengetahui/Menyetujui Pembimbing I Pembimbing II

Suyanto, ST.MT. Ir. Purwadi Agus Darwito. MSc NIP. 130 604 249 NIP. 131 773 917

Ketua Jurusan Teknik Fisika FTI-ITS

DR. Ir. Totok Suhartanto, DEA NIP. 131 879 399

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. 2402.100.014 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

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.

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

DAFTAR ISI

Halaman Judul ……… Lembar Pengesahan ……… Abstrak ……… Kata Pengantar ……… Daftar Isi ……….…… Daftar Gambar ……… Daftar Tabel ……… Bab I. Pendahuluan ………... 1.1. Latar Belakang ………. 1.2. Permasalahan…………..…………... 1.3. Tujuan ….…..…..………... 1.4. Batasan Masalah………..……... 1.5. Metodologi Penelitian……….. 1.6. Sistematika Laporan ……….…... Bab II. Dasar Teori …. ……….…... 2.1. Distributed Control System………. 2.2. Server dan Engineering Interface...…… 2.3. Interface Serial RS-232... 2.4. Datalink Control Protokol……… 2.5. Protokol Jaringan Komunikasi Data...

Halaman i ii iii v vii x xv 1 1 2 3 3 3 4 5 5 6 9 14 16

2.6. Jaringan Komputer……… 2.7. Sistem Pengendalian Proses……… 2.8. Pengenalan bahasa pemrograman C+++

builder……….. 2.9. Structure Query Language... Bab III. Perancangan Server Distributed Control

System... 3.1. Local Control Unit (LCU)……….…..……. ¾ Local Control Unit Flow………... ¾ Local Control Unit Level……….. 3.2. Communication Interface……… 3.3. Perancangan Server DCS……….

¾ Interfacing Serial Port………….……….. ¾ Metode Pengendalian Pompa 1 dann

Pompa 2……… ¾ Metode Pengambilan Data LCU... ¾ Metode Untuk Mengganti Set Point... ¾ Metode Untuk Mengganti MV... ¾ Aplikasi database... ¾ Graphical User Interface (GUI) untukk

Pengendalian Plant... 21 30 30 32 35 37 37 38 40 41 42 45 47 50 52 62 66

4.2 Pengujian Time delay LCU-Server……… 4.3 Pengujian Time delay Server-Workstation 4.4 Pengujian Data error……….. 4.5 Pengujian Software Pengendali... ¾ Pengujian Login user……….. ¾ Pengujian Transmisi data Serial………. ¾ Pengujian Antrian data Server………… Bab V. Kesimpulan dan Saran………..…..

5.1. Kesimpulan……….. 5.2. Saran……… Daftar Pustaka Lampiran A Lampiran B Lampiran C 72 74 77 79 81 84 94 99 99 99 A-1 B-1 C-1

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 ………... 12

Gambar 2.5 Konfigurasi pin DB9 pada RS 232 konektor... 13

Gambar 2.6 Konfigurasi pin DB25 pada RS 232 konektor... 14

Gambar 2.7 Byte-control protocol... 15

Gambar 2.8 Bit-oriented protocol... 16

Gambar 2.9 Karakteristik protocol langsung / tidak langsung... 17

Gambar 2.10 Protocol standar dan non standard... 18

Gambar 2.11 Tujuh layer model protocol OSI... 18

Gambar 2.12 Model Arsitektur Protocol TCP/IP... 20

Gambar 2.13 Perbandingan OSI dan TCP/IP... 21

Gambar 2.14 Dua jenis jaringan broadcast. (a) Bus. (b) Ring... 25

Gambar 2.15 Arsitektur MAN DQDB... 27

Gambar 2.16 Hubungan antara host-host dengan subnet 28 Gambar 2.17 bebarapa topologi subnet untuk poin-to-point………. 29

Gambar 3.1 Miniplant Workshop Instrumentasi... 36

Gambar 3.2 Arsitektur Jaringan Server DCS Workshop Instrumentasi... 36

Gambar 3.3 Perancangan Lokal Flow Kontroller... 37

Gambar 3.4 Diagram Blok Sistem Pengendalian flow.. 38

Gambar 3.5 Rancang bangun Local Control Unit (LCU) Level………... 39

Gambar 3.8 Rangkaian komunikasi serial mikrokontroller dengan menggunakan max232... 41 Gambar 3.9 Transmisi data Asinkron... 43 Gambar 3.10 Algoritma pengiriman data... 44 Gambar 3.11 Diagram alir protocol pengendalian

pompa 1 dan 2 pada server... 47 Gambar 3.12 Flowchart Pengambilan data lcu... 49 Gambar 3.13 Paket pengiriman data tiap byte... 50 Gambar 3.14 Diagram alir protocol perintah ganti set

point pada server... 51 Gambar 3.15 Diagram alir protocol perintah rubah MV

pada server... 53 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... 56 Gambar 3.20 Melihat database User pada Server DCS... 57 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…………... 62 Gambar 3.27 Konfigurasi ws_user_tbl………. 63 Gambar 3.28 Konfigurasi ws_level_tbl………. 64 Gambar 3.29 Konfigurasi Table ws_flow_tbl…………... 64 Gambar 3.30 Konfigurasi Table ws_flout_tbl…………... 65 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

Gambar 3.34 Konfigurasi Table ws_flout_tbl…………... 67

Gambar 3.35 Tampilan chart dari GUI server... 68

Gambar 3.36 Tampilan face plate dari server DCS... 69

Gambar 4.1 Tampilan User Login... 74

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………... 81

Gambar 4.8 Pesan error muncul jika user salah memasukkan password……….. 82

Gambar 4.9 Tampilan pesan error jika terdapat karakter terlarang... 83

Gambar 4.10 indikator Status Pompa dan aliaran fluida… 86 Gambar 4.11 Perbandingan tampilan pada server dengan pada lcu... 88

Gambar 4.12 Tampilan pada server untuk monitoring data pada lcu... 90

Gambar 4.13 Tampilan Menu RS232 Connection Setup. 91 Gambar 4.14 Tampilan Form RS232 Connection Setup. 91 Gambar 4.15 Oscilloscope... 92

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... 93

Gambar 4.19 penerimaan paket 8 bit data... 94

Gambar 4.20 Simulasi menguji antrian data untuk mengakses 1 LCU... 95

Gambar 4.21 antrian data pada tabel LCU level... 95 Gambar 4.22 Simulasi menguji antrian data untuk

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 2.1 Klasifikasi prosesor interkoneksi

berdasarkan jarak... 23

Tabel 3.1 Protokol komunikasi ...……. 45

Tabel 3.2 Protokol pengendalian Pompa... 46

Tabel 3.3 Protokol pengambilan data LCU... 47

Tabel 3.4 Protokol perintah ganti set point ………... 50

Tabel 3.5 Protokol pergantian manipulated variable 52 Tabel 4.1 Uji Time delay Bukaan Valve 0-100%... 71

Tabel 4.2 Uji delay bukaan valve 100-0%... 71

Tabel 4.3 Uji delay bukaan valve 100-0%... 72

Tabel 4.4 Uji delay bukaan valve 0%-100%... 73

Tabel 4.5 Hasil pengujian respon sistem terhadap inputan login user... 75