Data Acquisition dan Data Logging pada SCADA

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) adalah arsitektur sistem yang memungkinkan organisasi industri memantau dan mengontrol proses secara real-time. Dalam konteks SCADA, Data Acquisition SCADA mengacu pada pengumpulan data dari perangkat lapangan (sensor, aktuator) secara berkelanjutan. Misalnya, informasi pengukuran seperti tegangan atau arus listrik disimpan dan diproses secara real time, sehingga setiap perubahan nilai dapat langsung dikirim ke stasiun pusat. Sementara itu, Data Logging SCADA (pencatatan data SCADA) berkaitan dengan penyimpanan data tersebut dalam jangka panjang. Data historis ini dimanfaatkan untuk analisis tren dan pemeliharaan prediktif. Sebagaimana didefinisikan, SCADA historian adalah aplikasi perangkat lunak yang mengumpulkan, menyimpan, dan menganalisis data dari sistem SCADA untuk memberikan gambaran kinerja proses yang komprehensif. Data historis seperti variabel proses, alarm, dan kejadian operasi dapat disimpan selama bertahun-tahun untuk analisis mendalam.

Arsitektur Sistem SCADA

Arsitektur dasar SCADA melibatkan beberapa level: perangkat lapangan (sensor/aktuator) di Level 0, pengontrol lapangan seperti PLC/RTU di Level 1, dan sistem pusat (komputer SCADA/HMI) di Level 2. Pada Level 0, sensor fisik mengukur variabel proses (misalnya suhu, tekanan, aliran). Data ini kemudian dibawa ke Level 1, di mana PLC (Programmable Logic Controller) atau RTU (Remote Terminal Unit) menjalankan logika kontrol dan mentransmisikannya ke pusat. Perangkat lunak SCADA di Level 2 menerima data, memprosesnya, dan menampilkannya pada HMI (Human-Machine Interface) untuk diinterpretasikan oleh operator. Dalam arsitektur ini, sistem SCADA juga mencatat kejadian-kejadian penting (event logging) dan menyimpan data ke dalam log file agar operator dapat menganalisis riwayat operasi.

Komponen Perangkat Keras

• Sensor dan Aktuator (Level 0): Perangkat lapangan seperti sensor suhu, tekanan, aliran, katup, dan motor yang mengukur parameter proses. Contohnya, “the Field level (Level 0) includes physical devices and sensors (temperature sensors, pressure sensors, valves, motors) that measure process parameters”.
• PLC dan RTU (Level 1): Kontroler logika terprogram yang dipasang di dekat proses. PLC/RTU membaca sinyal dari sensor, menjalankan program kontrol, dan mengirim data ke SCADA pusat. Sebagai contoh, PLC/RTU berfungsi sebagai mikrokomputer lapangan yang mengumpulkan informasi dari berbagai perangkat lapangan dan meneruskannya ke komputer dengan perangkat lunak SCADA.
• Modul I/O Remote: Papan input/output tambahan yang dihubungkan ke PLC/RTU untuk memperluas jumlah input dan output digital/analog. Modul ini memungkinkan PLC/RTU terhubung dengan banyak sensor dan aktuator sekaligus.
• Gateway dan Pengkoneksian Jaringan: Perangkat keras atau perangkat lunak yang menghubungkan berbagai segmen jaringan atau protokol. Gateway sering digunakan jika perangkat lapangan menggunakan protokol komunikasi berbeda. Misalnya, jika dua perangkat tidak memiliki metode komunikasi yang sama, perlu digunakan gateway yang menerjemahkan satu metode protokol ke protokol lain sehingga kedua perangkat dapat saling berkomunikasi.

Komponen Perangkat Lunak

• HMI (Human-Machine Interface): Antarmuka grafis bagi operator untuk memantau dan mengendalikan proses. Melalui HMI, operator dapat melihat data real-time dan histori dari sistem SCADA serta memberi perintah kendali. SCADA menggunakan HMI untuk menampilkan informasi proses secara visual. Misalnya, “SCADA systems communicate and interact with devices as part of control processes. They gather data, record and log it, and present information through HMIs”.
• Perangkat Lunak SCADA: Aplikasi utama yang menjalankan fungsi pengawasan dan pengendalian. Perangkat lunak ini berkomunikasi dengan PLC/RTU, mengumpulkan data proses, memprosesnya, dan juga mencatat peristiwa penting. Sebagai ilustrasi, “the hardware [in a SCADA system] gathers and feeds data into a computer with SCADA software installed on it. The computer processes the data, then records and logs events into a file”. Selain itu, SCADA mampu mengeluarkan alarm atau mengambil tindakan otomatis ketika terjadi kondisi berbahaya (misalnya mematikan pompa jika tekanan terlalu tinggi).
• Data Historian (Basis Data Historis): Sistem basis data khusus yang menyimpan data SCADA dalam jangka panjang. Data yang dikumpulkan (misalnya nilai proses, alarm, status perangkat) diarsipkan secara terus-menerus untuk dianalisis kemudian. SCADA historian berperan sebagai repositori data, memberikan gambaran performa proses seiring waktu. Sebagaimana dijelaskan: “SCADA Historian collects data such as process variables, alarms, events, and operator actions, which can be stored for years or even decades”. Dengan adanya historian, operator dapat mengidentifikasi pola, melakukan tren analisis, dan mengoptimalkan proses berdasarkan data historis tersebut.

Protokol Komunikasi Industri

SCADA menggunakan berbagai protokol komunikasi khusus industri untuk menghubungkan perangkat lapangan dengan sistem pusat. Beberapa protokol umum meliputi:

• Modbus: Protokol komunikasi terbuka (open protocol) yang diperkenalkan oleh Modicon/Schneider Electric. Modbus banyak digunakan untuk menghubungkan komputer SCADA dengan RTU di lapangan. Protokol ini mendukung transmisi melalui serial (RS-232, RS-485) atau Ethernet (Modbus TCP).
• DNP3 (Distributed Network Protocol 3): Protokol yang awalnya dikembangkan untuk keperluan utilitas tenaga listrik. DNP3 mampu melakukan komunikasi tingkat rendah hingga aplikasi (layer 1-3) dan mendukung mode komunikasinya beserta polling dan unsolicited messaging. DNP3 banyak dipakai dalam SCADA utilitas listrik karena kemampuannya mengirimkan pesan bila ada perubahan status tanpa menunggu permintaan master.
• OPC (OLE for Process Control), khususnya OPC UA: Standar terbuka untuk pertukaran data di otomasi industri. OPC mendefinisikan spesifikasi untuk real-time data, data historis, serta alarm dan event di jaringan industri. OPC UA (Unified Architecture) adalah versi modern yang platform-independen dan aman, memudahkan interoperabilitas berbagai perangkat.
• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport): Protokol berbasis publish-subscribe yang ringan untuk komunikasi mesin-ke-mesin (M2M) dalam Internet of Things (IoT). MQTT populer di sistem IIoT dan mulai banyak diadopsi di SCADA modern, terutama dengan spesifikasi Sparkplug B untuk keandalan data dan interoperabilitasnya.

Selain itu, terdapat protokol standar lainnya (misalnya IEC 61850 di pembangkit listrik, IEC 60870-5 di utilitas), namun Modbus, DNP3, OPC, dan MQTT merupakan yang paling umum dalam aplikasi SCADA.

Konfigurasi Teknis Akuisisi dan Penyimpanan Data Historis

Dalam pengaturan SCADA, aspek teknis penting adalah bagaimana data diambil dan disimpan. Beberapa elemen kuncinya meliputi:

• Tag dan Sampling: Engineer SCADA mendefinisikan tag (variabel) yang akan direkam. Tag tersebut bisa diambil secara periodik (mis. tiap detik) atau berdasarkan perubahan nilai (event-driven). Banyak sistem SCADA menyediakan fitur seperti deadband, yaitu parameter ambang perubahan minimal agar perubahan nilai disimpan. Dengan deadband, hanya perubahan signifikan yang dicatat, sehingga mengurangi jumlah data yang disimpan.
• Frekuensi Pengambilan: Interval polling atau pencuplikan data disesuaikan dengan kebutuhan kendali. Misalnya, sinyal kritis dapat disampling lebih cepat. Sistem SCADA biasanya dapat dikonfigurasi untuk menentukan laju pengambilan data setiap tag.
• Basis Data Historis: Data yang dikumpulkan biasanya disimpan dalam basis data waktu-seri atau sistem database relasional (SQL). Sebagai contoh, modul Tag Historian dalam Inductive Ignition menuliskan data tag ke database SQL dan menyediakan pilihan tingkat penyimpanan, kompresi data, serta deadband. Data historis disimpan dalam susunan yang andal dan terstruktur agar dapat diakses untuk analisis jangka panjang.
• Integrasi dengan Historian: SCADA biasanya terhubung ke historian internal atau eksternal. Data real-time dari SCADA dikirim ke historian melalui koneksi database atau driver OPC. Historian selanjutnya mengarsipkan data dan menyediakan antarmuka untuk pencarian data masa lalu, pembuatan laporan, serta pemodelan tren.

Peran Data Historian dalam SCADA

SCADA Historian menjadi tulang punggung analisis data jangka panjang. Fungsinya meliputi pengumpulan, penyimpanan, dan analisis data industri. Historian memberikan keunggulan seperti: gambaran performa proses dalam periode panjang, deteksi pola/anomali, dan perencanaan pemeliharaan preventif. Data historis memungkinkan tim operasi mengidentifikasi tren (misalnya peningkatan penggunaan energi), mengoptimalkan parameter proses, dan membuat keputusan berbasis data. Implementasi historian memerlukan perencanaan menyeluruh; praktisi disarankan mendefinisikan kebutuhan data (perubahan frekuensi simpan, variabel penting, durasi penyimpanan), memilih teknologi database yang skalabel, serta menjaga integritas data. Dengan integrasi yang baik, sistem SCADA terhubung ke historian sehingga setiap nilai penting secara otomatis diarsipkan untuk keperluan laporkan atau analisis lebih lanjut.

Gambar 2. Contoh arsitektur SCADA dengan modul-modul historis dan komunikasi (Ignition). Pada ilustrasi di atas, modul-modul seperti OPC UA & Drivers dan MQTT bertugas menghubungkan sistem SCADA ke perangkat lapangan, sementara modul Tag Historian dan SQL Bridge menangani pencatatan data ke basis data. Sebagai contoh, Tag Historian memungkinkan data tag dari PLC/RTU dikirim ke database SQL dengan opsi kompresi dan deadband untuk efisiensi penyimpanan. Modul-modul pelaporan atau antarmuka (Perspective, Vision) kemudian menampilkan data historis tersebut kepada pengguna.

Contoh Implementasi Nyata

SCADA banyak diaplikasikan di berbagai sektor industri:

• Energi / Tenaga Listrik: Pembangkitan dan distribusi listrik memanfaatkan SCADA untuk memantau arus, tegangan, dan mengendalikan breaker. Misalnya, utilitas listrik menggunakan RTU/PLC dan SCADA untuk mendeteksi aliran arus dan tegangan pada gardu distribusi serta mengoperasikan peralatan pemutus (breaker) dalam jaringan listrik.
• Air dan Pengolahan Limbah: Sistem air minum/wastewater menggunakan SCADA untuk mengatur pompa, katup, dan memonitor level tangki reservoir maupun tekanan pipa. Contohnya, sebuah kasus di Utah (AS) memasang CR1000 sebagai RTU yang terhubung ke sensor aliran dan tekanan air, lalu menggunakan perangkat lunak VTScada untuk menampilkan status pompa dan level air secara real-time. Sistem ini memungkinkan dua kota saling berbagi pasokan air secara otomatis saat dibutuhkan.
• Manufaktur: Pabrik-pabrik modern mengotomasi lini produksi mereka dengan SCADA. SCADA mengelola jadwal suku cadang (just-in-time), robotika industri, serta pemantauan mutu dan proses. Data produksi yang dikumpulkan membantu meningkatkan efisiensi dan kualitas produk.
• Minyak dan Gas: Jaringan pipa, sumur, dan fasilitas migas diawasi oleh SCADA. Sistem ini memonitor aliran fluida, tekanan, dan suhu, serta dapat menutup katup otomatis jika terdeteksi kebocoran. SCADA di sektor migas memungkinkan integrasi berbagai peralatan lapangan (pompa, peralatan pengukur) dalam satu platform pemantauan terpusat.
• Energi Terbarukan: Pembangkit energi terbarukan (angin, surya, hidro) juga menggunakan SCADA untuk optimasi. Misalnya, turbin angin dilengkapi sensor untuk mendeteksi kecepatan angin dan voltase, yang dipantau lewat SCADA agar operasi tetap optimal. SCADA membantu menjadwalkan pemeliharaan berdasarkan data kondisi turbin dan meminimalkan downtime.

Tantangan Umum dan Solusi

Dalam penerapan SCADA dan data logging sering ditemui beberapa tantangan, antara lain:

• Kompatibilitas Perangkat dan Protokol: Banyak perangkat lama (legacy) menggunakan protokol usang yang tidak kompatibel. Solusinya adalah penggunaan gateway/protocol converter atau standar OPC/MQTT agar data dapat diintegrasikan.
• Kehilangan Data saat Gangguan Komunikasi: Jika koneksi RTU–SCADA terputus (karena power loss atau sinyal hilang), data sensor dapat hilang. Untuk mengatasi ini, RTU/PLC perlu memiliki buffer lokal non-volatil. Sebagai contoh, kemampuan logging mencakup penyimpanan data jika komunikasi gagal. Jika buffer kecil (misal hanya 100 event dalam memori volatile), data berisiko hilang saat gangguan; buffer besar (ribuan event di memori non-volatile) dapat mencegah kehilangan data.
• Volume Data Besar: Perusahaan besar menghasilkan data sangat banyak, yang menuntut penyimpanan efisien. Solusi meliputi pengaturan deadband untuk meminimalisir data tidak perlu, kompresi historis, dan penyimpanan bertingkat (misalnya data tertua diarsipkan ke sistem tersimpan jangka panjang).
• Keamanan Siber: SCADA rentan terhadap serangan siber karena bergantung pada jaringan publik atau terbuka. Penting menerapkan enkripsi (misalnya TLS), firewall, dan segmentasi jaringan agar akses dibatasi. Sebagaimana disebutkan, “SCADA networks… are made up of hardware and software that can easily fall prey to hacking”, sehingga keamanan menjadi sangat krusial.
• Kualitas Data dan Kalibrasi Sensor: Data yang tidak akurat akibat sensor rusak atau drift dapat menyesatkan. Praktik terbaiknya adalah kalibrasi sensor rutin, serta pemfilteran data (misalnya menggunakan deadband) agar noise tidak tercatat.
• Kesinambungan dan Redundansi: Untuk keandalan tinggi, sistem SCADA sering dibuat redundant. Misalnya, server SCADA dan historian ganda, jalur komunikasi cadangan, dan pasokan listrik UPS/backup. Langkah ini mencegah kegagalan total jika salah satu komponen gagal.

Praktik Terbaik dan Tips

Untuk menjaga keandalan dan skalabilitas sistem SCADA, berikut beberapa praktik terbaik yang umum disarankan:

• Definisikan Tujuan dengan Jelas: Tentukan ruang lingkup dan kebutuhan data secara spesifik. Misalnya, jenis data apa yang penting disimpan, interval pengambilan, dan seberapa lama data disimpan.
• Pilih Teknologi dan Protokol yang Tepat: Gunakan perangkat keras dan lunak yang mendukung ekspansi di masa depan. Pilih protokol industri standar (OPC UA, MQTT, dsb.) agar mudah diintegrasi dan diperluas.
• Jaga Kualitas Data: Pastikan data akurat dan konsisten. Terapkan validasi input, kalibrasi sensor berkala, dan gunakan pengaturan deadband untuk menghindari pencatatan fluktuasi kecil yang tidak perlu.
• Keamanan Mendasar: Implementasikan kontrol akses berbasis peran, enkripsi data in-transit, dan segmentasi jaringan agar komponen kritis terisolasi. Pelatihan dan kebijakan keamanan juga penting dalam mencegah human error.
• Pemeliharaan Rutin dan Pencadangan: Lakukan update perangkat lunak, patch keamanan, dan cek kesehatan perangkat secara berkala. Buat cadangan konfigurasi SCADA dan data historian secara rutin, serta rencanakan pemulihan bencana (disaster recovery) untuk menghadapi insiden tak terduga.
• Monitor dan Tinjau Sistem: Pantau kinerja sistem SCADA (misalnya latency jaringan, ketersediaan RTU) dan alarm, lakukan analisis tren periode, serta evaluasi kapasitas penyimpanan. Dengan begitu, skalabilitas dan stabilitas dapat terjaga saat sistem berkembang.

Dengan menerapkan praktik-praktik tersebut, sistem SCADA akan lebih andal dan siap menghadapi pertumbuhan data di masa depan. Referensi dan metode yang dibahas di atas didukung oleh literatur industri dan panduan teknis terbaru, sehingga dapat menjadi pedoman untuk perancangan sistem SCADA yang efisien dan scalabel.