Arsitektur Sistem SCADA: Dari Level Field hingga Enterprise

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) adalah arsitektur sistem kontrol yang menggabungkan komputer, jaringan komunikasi data, dan antarmuka pengguna grafis untuk pengawasan tingkat tinggi atas mesin dan proses industri. SCADA mencakup berbagai perangkat di lapangan, seperti sensor, aktuator, serta PLC (Programmable Logic Controller) dan DCS (Distributed Control System) yang menghubungkan ke proses pabrik. Sistem SCADA umumnya digunakan di berbagai industri besar (energi, air bersih, minyak & gas, manufaktur, dan transportasi) yang memerlukan pemantauan dan kontrol proses secara real-time. Dengan demikian, arsitektur SCADA menjadi komponen kunci dalam otomasi industri (“SCADA industrial automation”) karena mampu mengintegrasikan perangkat keras (sensor/aktuator) hingga perangkat lunak level atas untuk pengambilan keputusan.

Fungsi utama sistem SCADA meliputi:

• Akuisisi Data: Mengumpulkan data proses dari sensor dan instrumen lapangan.
• Komunikasi Data: Menyalurkan data proses antara lapangan dan sistem pusat (misalnya melalui jaringan LAN/WAN atau protokol standar industri).
• Penyajian Informasi: Menampilkan data proses secara grafis melalui HMI (Human–Machine Interface) atau antarmuka pengguna lain, mempermudah operator untuk memantau keadaan sistem.
• Pemantauan dan Kontrol: Memantau kondisi proses secara real-time dan meneruskan perintah kontrol (misalnya setpoint dan alarm) kembali ke aktuator atau pengendali di lapangan.

Manfaat penggunaan SCADA sangat beragam. Sistem SCADA modern dapat mengotomasi pengawasan jarak jauh dan meningkatkan efisiensi operasional. Dengan SCADA, pengumpulan dan pengolahan data berlangsung real-time, sehingga tim operasi dapat segera menanggapi alarm dan kondisi darurat. Fitur historisasi data memungkinkan analisis performa jangka panjang untuk perencanaan pemeliharaan. Berkat integrasi antar level, SCADA juga membantu menurunkan biaya perawatan dan meminimalkan waktu henti operasi.

Contoh ilustrasi arsitektur SCADA sering digambarkan sebagai piramida atau lapisan berjenjang (berdasar ISA-95), mulai dari perangkat lapangan hingga sistem perusahaan. Diagram berikut ini menggambarkan level-level hierarki tipikal dalam arsitektur SCADA:

Diagram contoh arsitektur SCADA berlapis (lapisan Field hingga Enterprise).

Level 0 (Lapangan): Proses Fisik

Pada Level 0 (Field Level) terdapat proses fisik aktual, yakni lingkungan di mana sistem industri beroperasi. Di level ini terdapat field devices seperti sensor pengukur (misalnya sensor suhu, tekanan, aliran, posisi) dan aktuator/elemen kontrol akhir (misalnya katup kontrol, motor listrik, pompa) yang langsung berinteraksi dengan material fisik dan energi proses. Fungsi utama di lapangan adalah mengukur parameter proses (mengonversi besaran fisik ke sinyal listrik) dan melakukan aksi fisik kecil sesuai perintah kontrol (misalnya membuka atau menutup katup).

• Perangkat/teknologi: Berbagai sensor (termokopel, RTD, flowmeter, sensor tekanan, LDR, dsb), aktuator elektromekanik (katup solenoid, motor servo, aktuator hidraulik), instrumentasi analog/digital.
• Fungsi utama: Menghasilkan data proses mentah (misalnya tegangan listrik atau sinyal digital); menerima sinyal kontrol untuk menggerakkan katup atau switch; biasanya tidak ada pemrosesan logika kompleks di level ini – hanya konversi sinyal dan aksi dasar.

Pada level ini juga terdapat instrumentasi cerdas yang semakin umum, seperti smart sensors atau smart transmitters yang sudah dilengkapi mikrokontroler untuk melakukan pengkondisian sinyal. Namun data mentah dari level 0 umumnya dikumpulkan oleh pengendali di level atas (Level 1) untuk diolah lebih lanjut.

Level 1 (Kontrol): Perangkat Kontrol Lapangan

Level 1 berisi perangkat kontrol embedded yang mengelola logika kontrol dasar di tingkat lapangan. Di sinilah PLC (Programmable Logic Controller), RTU (Remote Terminal Unit), atau modul I/O terdistribusi beroperasi. PLC/RTU mengambil data dari sensor (Level 0), mengeksekusi program kontrol (misalnya feedback loop PID, interlocking sederhana), dan mengirimkan sinyal perintah kembali ke aktuator. Selain PLC, DCS (Distributed Control System) juga sering dikategorikan di Level 1 atau Level 2, tergantung pendekatan; intinya, semuanya adalah pengendali tingkat lapangan yang melakukan fungsi kontrol langsung.

• Perangkat/teknologi: PLC, RTU, DCS (controller terdistribusi), Input/Output modul. Misalnya, PLC di pabrik perakitan mobil yang mengontrol motor conveyor dan saklar dorong, atau RTU di pembangkit listrik untuk mengontrol breaker dan katup uap.
• Fungsi utama: Mengumpulkan data sensor dari Level 0 dan menjalankan logika kontrol secara real-time (misalnya mematikan pompa jika tekanan terlalu tinggi). Perintah kendali (setpoint kontrol, on/off output) diteruskan oleh PLC/RTU. Level 1 juga dapat berkomunikasi secara lokal antar modul kontrol.

Referensi ISA-95 menyebutkan bahwa Level 1 mencakup kegiatan sensing and manipulation dari proses fisik. Dengan kata lain, Level 1 adalah titik di mana proses fisik mulai direpresentasikan oleh perangkat elektronik cerdas. Sebagai contoh, sensor aliran mengukur besaran cairan, kemudian PLC bertindak sesuai logika (misalnya membuka katup untuk menambah aliran jika terlalu kecil). Koneksi Level 1 ke Level 2 umumnya melalui jaringan komunikasi industri (Ethernet industri, fieldbus, atau protokol serial); data dan status dari PLC dikirim ke sistem SCADA/HMI di level atas.

Level 2 (Supervisory): Pengawasan dan Kontrol Terpusat

Level 2 adalah lapisan pengawasan (supervisory) di mana sistem SCADA sejati berada. Di sini terdapat supervisory computers atau SCADA master station, beserta HMI (Human-Machine Interface), Historian, dan server monitoring lainnya. Perangkat di level ini mengumpulkan informasi teragregasi dari level 1 dan menyediakan antarmuka visual bagi operator. Biasanya, Level 2 tidak melakukan kontrol loop yang sangat cepat (itu di PLC), melainkan mengawasi proses secara keseluruhan dan memungkinkan pengaturan parametrisasi tingkat tinggi.

• Perangkat/teknologi: Server SCADA (MTU/Master), PC HMI/operator workstation, perangkat lunak SCADA, historians untuk penyimpanan data, panel sentuh/layar operator.
• Fungsi utama: Mengumpulkan data status dan alarm dari PLC/RTU, menampilkan grafik tren dan panel proses pada layar operator, mencatat histori proses ke database (SCADA historian) untuk analisis, serta memungkinkan operator mengubah setpoint atau mengirim instruksi kontrol secara manual. Sebagian kontrol proses bisa juga dilakukan di sini melalui DCS level tinggi atau supervisory control.

Secara teknis, Level 2 mengintegrasikan beberapa subsistem I/O dan logika pemrosesan. Sebagai contoh, data getaran dari sensor dapat diteruskan ke PLC (Level 1) untuk analisis awal; jika terdeteksi anomali, informasi tersebut naik ke server SCADA di Level 2 agar operator dapat melihat peringatan dan mengambil keputusan (misalnya menghentikan mesin). Menurut Wikipedia, Level 2 “berisi komputer supervisi, yang mengumpulkan informasi dari node prosesor di sistem, dan menyediakan layar kontrol operator”. Data yang dikumpulkan di Level 2 ini sering disimpan di historian (basis data ringkasan) untuk keperluan trending dan audit.

Contoh penerapan: Di pabrik pengolahan air, SCADA server Level 2 menghubungkan lusinan pompa dan katup melalui PLC. Operator dapat melihat diagram alir air pada layar SCADA, memonitor level tangki dan kualitas air, serta mengontrol proses secara real-time. Aliran data berikutnya ke Level 3 (MES) mencakup laporan produksi harian dan status pemeliharaan.

Level 3 (Manufaktur/MES): Operasional dan Eksekusi Produksi

Level 3 sering disebut lapisan Operasional/Manufacturing Execution System (MES). Di sinilah perangkat lunak MES atau Manufacturing Operations Management beroperasi untuk mengelola jadwal produksi, kualitas, logistik internal, dan fungsi manajemen lainnya dalam pabrik. Level ini menjembatani Area Produksi (Level 0–2) dengan Tingkat Perencanaan Bisnis (Level 4).

• Perangkat/teknologi: Sistem MES, software SCM (Supply Chain Management), CMMS (Computerized Maintenance Management System), laporan produksi, modul analitik batch atau formula.
• Fungsi utama: Mengumpulkan data proses dan peralatan dari SCADA (Level 2) untuk penjadwalan produksi, pengelolaan kualitas, pemantauan kinerja, serta mengkoordinasikan aktivitas kerja human-level (misalnya jadwal operator atau perbaikan mesin). MES bertugas menerjemahkan target produksi tingkat perusahaan (misalnya jumlah produk, waktu, spesifikasi) menjadi perintah produksi yang dieksekusi oleh Level 1/2.

Level 3 tidak langsung mengontrol perangkat fisik; melainkan mengontrol proses produksi secara keseluruhan. Misalnya, MES menentukan urutan batch produksi kimia, menyimpan data formulasi bahan, dan memantau stok material. Sistem ini juga melacak hasil produksi untuk pelaporan kinerja. Dalam ISA-95 disebutkan bahwa Level 3 mencakup aktivitas manufaktur seperti optimasi produksi dan penjadwalan. MES juga dapat mengintegrasikan data maintenance (CMMS) dan informasi ERP untuk memutuskan kapan mesin perlu dihentikan untuk perawatan tanpa mengganggu target produksi.

Level 4 (Enterprise): Perencanaan Bisnis Korporat

Level 4 adalah tingkatan Enterprise Resource Planning (ERP) dan manajemen perusahaan. Di sini terletak sistem informasi bisnis dan logistik tingkat tinggi yang menghubungkan operasi pabrik dengan tujuan bisnis perusahaan. Contohnya meliputi ERP (seperti SAP), sistem SCM tingkat perusahaan, sistem akuntansi, dan dashboard manajemen.

• Perangkat/teknologi: ERP, modul perencanaan material (MRP), BI (Business Intelligence), CRM (Customer Relationship Management).
• Fungsi utama: Menggunakan data operasional dari Level 3 untuk pengambilan keputusan strategis, seperti perencanaan produksi jangka panjang, pengelolaan persediaan, analisis keuangan, dan perencanaan rantai pasok. Level 4 menentukan target produksi dan sumber daya yang dibutuhkan (misalnya volume produksi, bahan baku, jadwal pengiriman) berdasarkan informasi aktual pabrik.

Level 4 tidak langsung berinteraksi dengan alat lapangan. Sebaliknya, Level 3 melaporkan ringkasan produksi, kualitas, dan pemeliharaan ke Level 4. Sistem ERP di Level 4 kemudian memproses informasi ini untuk mendukung perencanaan keuangan dan logistik korporat. Menurut standar ISA-95, Level 4 mencakup aktivitas perencanaan bisnis dan logistik manufaktur, sehingga data operasional pabrik menjadi masukan penting bagi pengambilan keputusan di tingkat perusahaan.

Hubungan antar Level dan Aliran Data

Setiap level dalam arsitektur SCADA saling terhubung dalam aliran data terstruktur. Secara umum, data naik dari level fisik ke level bisnis, sementara instruksi kontrol turun dari level bisnis ke lapangan. Perpindahan data antar level dapat digambarkan sebagai berikut:

• Level 0 → Level 1: Sensor dan instrumen (Level 0) mengirim data mentah (misalnya besaran fisik seperti suhu, tekanan, aliran) ke perangkat kontrol di Level 1 (PLC/RTU). Level 1 juga menerima perintah operasi (misalnya on/off, setpoint) dari atas dan menerapkannya ke aktuator di lapangan.
• Level 1 → Level 2: PLC/RTU mengumpulkan data proses dan status peralatan dari Level 0, mengolah logika lokal, lalu meneruskan data ringkasan (nilai proses, alarm, event) ke sistem SCADA/HMI di Level 2. Pengiriman data ini sering terjadi secara periodik atau berbasis kejadian (on-demand).
• Level 2 → Level 3: Server SCADA di Level 2 menyimpan data historis dan melaporkan informasi kinerja serta peristiwa produksi (contoh: total output harian, waktu henti mesin) ke sistem MES di Level 3. Data ini digunakan MES untuk perencanaan produksi dan analisis operasional. Komunikasi dapat melalui middleware (OPC, MQTT, API) atau konektor MES khusus.
• Level 3 → Level 4: Informasi agregat dari MES (Level 3), seperti jumlah barang terproduksi, efisiensi lini, dan status inventori, diteruskan ke sistem ERP pada Level 4. Sistem ERP mengintegrasikan data ini dengan fungsi bisnis lain (misalnya keuangan, logistik) untuk merumuskan rencana produksi dan distribusi perusahaan.

Integrasi antar level memungkinkan koordinasi penuh di seluruh organisasi. Sebagai contoh, jika MES mendeteksi keterlambatan produksi karena kegagalan mesin, ERP dapat menyesuaikan jadwal pengiriman bahan baku atau mengalihkan stok untuk memenuhi target permintaan.

Jalur komunikasi dan keamanan: Koneksi antar level umumnya memakai jaringan Ethernet industri dan protokol terstandardisasi. Untuk keamanan, arsitektur ICS (Industrial Control Systems) menganjurkan segmentasi jaringan dan zona demiliterisasi (DMZ) antara lantai pabrik (Level 0–2) dengan jaringan korporat (Level 3–4). Misalnya, DMZ (Process Information Network) diposisikan sebagai penghalang agar akses Level 4 tidak langsung ke Level 1/2, sesuai pedoman ISA-99 (IEC 62443). Desain jaringan ini memastikan bahwa serangan siber atau gangguan dari tingkat perusahaan tidak langsung mempengaruhi lapisan kontrol kritis di lapangan.

Pentingnya Integrasi Antar Level

Integrasi antar level pada arsitektur SCADA membawa banyak manfaat penting bagi efisiensi dan keamanan sistem. Pertama, integrasi menyeluruh memungkinkan visibilitas perusahaan-ke-pabrik secara end-to-end. Dengan data yang mengalir lancar dari lantai produksi ke meja manajemen, perusahaan dapat mengoptimalkan proses, mengurangi pemborosan, dan merespons perubahan permintaan lebih cepat. Misalnya, proses produksi dapat distandarisasi dan dikendalikan secara otomatis berdasarkan kebijakan perusahaan, sehingga mengurangi kesalahan manusia.

Kedua, standar dan interoperabilitas yang diterapkan pada setiap level (seperti OPC UA, Ethernet/IP) memastikan bahwa sistem dari berbagai vendor dapat berkomunikasi tanpa hambatan. Ini memudahkan perluasan sistem (scalability) dan upgrade teknologi dengan biaya lebih rendah, karena antarmuka antar level sudah terdefinisi secara konsisten.

Ketiga, dari sisi keamanan, struktur berlapis memungkinkan penerapan kebijakan keamanan khusus pada tiap level. Misalnya, firewall dan segmen terpisah di antara level isolasi kritis, serta penggunaan VPN untuk koneksi remote. Standar ISA-99 (IEC 62443) merekomendasikan pendekatan “zona dan kanal” untuk membatasi akses dan mengenkripsi data saat berpindah antar zona. Dengan demikian, integrasi antar level tidak hanya efisien, tetapi juga memperkuat pertahanan siber bagi sistem SCADA secara keseluruhan.

Kesimpulan

Memahami arsitektur sistem SCADA dari level lapangan hingga enterprise sangat penting bagi pelajar dan teknisi otomasi. Dengan mengetahui fungsi masing-masing level (0–4) dan teknologi yang umum digunakan – mulai sensor dan PLC hingga MES dan ERP – para profesional dapat merancang dan memelihara sistem yang efisien dan aman. Integrasi yang baik antar level memastikan data mengalir secara tepat guna: dari pengukuran proses mentah hingga laporan bisnis strategis. Sebagai hasilnya, proses manufaktur menjadi lebih terkontrol, lebih cepat merespon masalah, dan selaras dengan tujuan perusahaan. Pengetahuan mendalam tentang arsitektur SCADA juga mempersiapkan pelajar dan teknisi menghadapi tantangan keamanan dan interoperabilitas industri 4.0. Dengan memahami bagaimana setiap lapisan bekerja bersama-sama, mereka dapat mengoptimalkan sistem otomasi industrial (SCADA industrial automation) dan berkontribusi pada peningkatan produktivitas industri.

Sumber: Konsep-konsep dalam artikel ini diambil dari standar ISA-95 dan literatur otomasi industri, termasuk Siemens (ISA-95 framework), panduan operasi SCADA, serta sumber-sumber teknologi otomasi seperti elProcus dan AutomationForum. Semua tingkat dan fungsinya telah disesuaikan dengan terminologi Indonesia agar mudah dipahami teknisi dan pelajar.