Teknologi Komunikasi Digital dalam Dunia Industri

 

Kemunculan teknologi elektronik digital telah membawa kemajuan yang signifikan untuk peralatan instrumentasi dalam dunia industri. Dimulai dari aplikasi komputeasi digital tahun 1960an, dilanjutkan dengan DCS yang pertama dibuat tahun 1970an, sampai dengan label "smart" untuk banyak perangkat baik itu transmitter, aktuatorkontrol, dll pada tahun 1980an sampai sekarang dimana teknologi digital telah berkembang dengan kemampuan "sharing information & diagnostic" pada instrumentsi yang diukur dan dikontrol. Tujuan dari penulisan postingan ini lebih kepada memberikan gambaran umum mengenai teknologi digital yang digunakan untuk akuisisi data (pengukuran & perekaman proses data) dan komunikasi digital, serta menyoroti beberapa standar yang digunakan dalam dunia industri. Postingan selanjutnya akan dikhususkan untuk diskusi lebih mendalam mengenai standar instrumentasi digital tertentu.

Salah satu kelebihan dari penggunaan teknologi digital dibanding analog adalah kemampuan untuk mengkomunikasikan data dalam jumlah besar melalui sejumlah kanal data. Dalam dunia sinyal analog misalnya 4-20 mA, sepasang kabel hanya bisa berkomunikasi dengan satu variabel, sedangkan dalam dunia jaringan digital sepasang kabel dapat berkomunikasi dengan sejumlah variabel yang hampir tak terbatas. Satu-satunya yang menjadi pembatas hanyalah kecepatan dari komunikasi data tersebut. Batas satu sinyal per kanal dari sinyal analog 4-20 mA merepresentasikan "bottleneck" komunikasi/transfer data antara perangkat field instrumen dan sistem kontrol. Apabila sepasang kabel hanya digunakan untuk satu variabel, bisa dikatakan sistem tersebut kurang efektif dan mahal. Masalah lainnya yang muncul terjadi bila perangkat instrumentasi itu menghasilkan banyak variabel pengukuran seperti coriolis flowmeter yang mengukur mass flowrate, fluid density, dan temperature fluid atau "smart' valve positioner yang mengukur posisi stem, tekanan aktuator, tekanan supply dan temperatur control valve. Tuntutan untuk menghandle banyak data dari perangkat sistem instrumentasi tersebut memunculkan "inovasi" baru berupa komunikasi digital yang dapat diandalkan untuk mengatasi permasalahan dari sinyal analog.

Standar HART dari Rosemount merupakan upaya awal yang mengkombinasikan sinyal analog dan digital dimana sinyal digital HART ditumpangkan pada sinyal analog 4-20 mA. Kombinasi tersebut memberikan kelebihan berupa "simplicity & certainty" dari sinyal analog dan komunikasi multivariabel melalui sinyal digital. Kelemahan dari penggunaan wired-HART adalah keterbatasan penggunaannya untuk proses kontrol yang relatif lambat saja sehingga tidak dapat digunakan untuk proses maintenance lebih lanjut (perubahan range, diagnosa data polling, dll). Berikut beberapa jenis standar komunikasi digital (secara umum disebut filedbus) yang didesain untuk menginterkoneksikan perangkat instrumentasi dalam dunia industri :

- HART

- Modbus

- Foundation Fieldbus

- Profibus PA

- Profius DP

- Profibus FMS

- AS-I

- CANBus

- ControlNet

- DeviceNet

- LonWorks

- BACnet

Kelebihan digital fieldbus instrument menjadi lebih terlihat ketika dihubungkan dengan host system seperti DCS. Fieldbus instrument biasanya memiliki sarana untuk memberikan informasi termasuk diagnosa dengan format navigasi yang mudah.

Aplikasi lain dari teknologi komunikasi digital untuk pengukuran dan kontrol dalam dunia industri adalah sistem SCADA (Supervisory Control & Data Acquisition). Sistem SCADA serupa dengan DCS namun biasanya memiliki cakupan area geografis yang lebih luas. Contoh dari aplikasi SCADA adalah :

- Sistem power generation & distribusi listrik

- Sistem pengolahan air & air limbah beserta distribusinya

- Sistem eksplorasi minyak & gas beserta distribusinya

- Sistem monitoring storage tank.

Contoh Sistem SCADA pada dunia industri 

Proses data dalam sistem SCADA ditarik dari transmitter atau perangkat lainnya yang dikonversi melalui RTU (Remote Terminal Unit) dan dikomunikasikan ke satu atau lebih MTU (Master Terminal Unit) sebagai lokasi sentral dimana operator dapat memonitor dan melakukan pengontrolan sistem. Apabila aliran informasi berupa sistem satu arah (simplex, dari alat pengukuran ke operator station), sistem ini lebih cocok disebut sebagai sistem telemetri dibanding sebagai sistem SCADA yang lebih kepada sistem informasi dua arah. 

Ungkapan "Necessity is the mother of invention" benar benar berpengaruh pada perkembangan sistem telemetri dan SCADA. Kebutuhan untuk monitoring dan kontrol pada sistem distrubusi tenaga listrik memunculkan inovasi pada sistem telemteri analog PLC (Power Line Carrier). Sistem tersebut menumpangkan sinyal berfrekuensi tinggi (50 kHz - 150 kHz) pada sinyl berfrekuensi rendah (50 Hz - 60 Hz) untuk mengkomunikasikan informasi dasar seperti suara manusia (jaringan telepon yang dikhususkan untuk operator sistem tenaga listrik), monitoring power flow ( wattmeter, MVAR meter), atau trip control yang menggunakan relai proteksi. Sistem telemetri ini merupakan sistem skala besar pertama yang merasakan manfaat dari teknologi digital (sekitar tahun 1960an). Keberadaan dari sistem telemetri ini menginsiprasi dan mendorong industri lainnya baik skala kecil maupun besar untuk ikut serta mengaplikasikan sistem ini ke dalam industri mereka.