SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION) PADA INDUSTRI MINYAK DAN GAS

SCADA (SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION) PADA INDUSTRI MINYAK DAN GAS 

Robet Fransiska M A (13310088) 

A.      Latar Belakang

Energi adalah salah satu kebutuhan pokok manusia di era modern seperti sekarang ini. Industri energi terutama energi fosil saat ini menjadi jantung penggerak ekonomi dunia. Energi yang tidak dapat diperbari tersebut tetap menjadi primadona di tengah geliat energi terbarukan karena dibanding jenis yang lain, bahan bakar fosil terutama minyak bumi dan gas tetap lebih unggul di sisi ekonomis dan kepraktisan. Selain itu industri minyak bumi juga dapat menghasilkan bahan-bahan yang sangat penting bagi industri-industri lain terutama industri kimia. Minyak bumi sangat erat kaitannya dengan produk-produk petrokimia. Hal ini disebabkan dalam minyak bumi terkandung banyak bahan selain karbon, yakni hidrogen, sulfur, nitrogen, oksigen, dan lainnya. Pada awalnya minyak bunmi banyak dimanfaatkan sebagai minyak tanah, namun seiring dengan perkembangan teknologi dan perubahan zaman yang menuntut bertambahnya kebutuhan manusia, minyak bumi diolah menjadi bahan lain seperti bahan bakar minyak (bensin, solar, avtur, dll).

Tabel 1. komposisi kimia minyak mentah

Sampai saat ini, industri minyak bumi juga masih menjadi salah satu penyumbang terbesar pendapatan negara. Oleh karena perannya yang sangat penting dan banyaknya perputaran uang yang terlibat di dalamnya maka faktor keamanan, kehandalan, efisiensi, dan monitoring menjadi isu yang sangat diperhatikan di industri minyak bumi. Untuk melakukan otomasi industri biasanya digunakan pengontrol baik PLC maupun DCS. PLC biasanya digunakan untuk mengontrol proses-proses yang membutuhkan aksi cepat seperti masalah safety. Sedangkan DCS biasanya digunakan pada proses yang bersifat kontinu dan tidak membutuhkan aksi yang cepat karena Delay time DCS lebih besar dari PLC. Selain itu DCS biasanya digunakan untuk mengontrol banyak parameter sekaligus karena modul I/O (input-output) pada DCS dapat mencapai ribuan sedangkan PLC lebih terbatas. Pengontrol baik PLC mupun DCS dikendalikan di control room. Di dalam control room, terdapat OWS (Operator Work Station) yang merupakan sarana bagi operator untuk melakukan pengontrolan di industri. OWS terdiri dari komputer HMI (Human Machine Interface) yang terhubung ke pengontrol di plant. Sedangkan untuk merubah konfigurasi maupun modifikasi pengontrol, dapat dilakukan oleh para engineer di dalam EWS (Engineering Work Station). Selanjutnya informasi yang didapat dari masing-masing control room di setiap plant dikumpulkan dan dihubungkan oleh sebuah jaringan (network) agar dapat dilakukan monitoring serta pengontrolan lebih lanjut. Monitoring yang dilakukan diperlukan untuk melakukan pengawasan dan pengambilan informasi secara terpusat. Dengan harapan informasi dapat diakses oleh semua lini mulai operator, engineering, hingga bisnis.

B.       Permasalahan

Kebanyakan sumber minyak bumi tidak terletak di tengah kota melainkan di daerah yang jauh dari pemukiman penduduk. Hal ini menyebabkan sebuah industri oil and gas, biasanya lokasi plant-nya berada di daerah yang terpencil (remote area) atau bahkan lepas pantai (offshore). Sedangkan kantor biasanya berada jauh dari lokasi plant. Bahkan dalam sebuah kawasan industri minyak, control room pun biasanya tidak berada dalam satu tempat dengan process plant. Hal tersebut menyebabkan dibutuhkannya sebuah jaringan yang dapat menghubungkan antara plant dengan office atau control room. Jaringan tersebut dibutuhkan agar memungkinkan terjadinya transfer informasi dari instrumen di pabrik ke controller di control room dan sebaliknya atau dari control room ke office dan sebaliknya bahkan dari instrumen langsung ke office untuk tujuan real time monitoring and control.

Sumber minyak di Indonesia pada umumnya tersebar dan sangat jarang terdapat satu sumur raksasa. Sehingga pada Industri minyak, biasanya terdapat lebih dari satu sumur minyak. Bahkan ada yang hingga berjumlah ratusan atau ribuan sumur dalam satu blok operasi. Seperti yang terjadi di blok Rokan provinsi Riau yang dioperasikan oleh PT Chevron Pacific Indonesia yang memiliki 13344 sumur dengan 8933 sumur produksi, 4402 sumur non produksi, dan 9 dry hole. Setiap sumur diperlukan pengawasan dan pengontrolan masing-masing. Sehingga di setiap wellhead, terdapat instrumen yang berfungsi untuk merekam data dari masing-masing sumur minyak. Karena Jumlahnya yang sangat banyak maka tidak memungkinkan bagi engineer untuk melakukan pengontrolan dan pengawasan secara manual karena akan sangat tidak efektif dan efisien. Sehingga dengan banyaknya jumlah sumur di sebuah blok, tentu menjadi tantangan tersendiri untuk dapat memonitor dan bahkan mengontrol keseluruhan sumur minyak secara terpusat, akurat, dan real time dari jarak jauh sekalipun. Untuk mengatasi hal tersebut dapat digunakan sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Penerapan sistem SCADA memungkinkan industri untuk mendapatkan setiap informasi yang terekam oleh instrumen yang jumlahnya sangat banyak sehingga pengolahan data dapat dilakukan secara menyeluruh dan terpusat. Selain itu SCADA memungkinkan diterapkannya sistem monitoring dan kontrol jarak jauh sehingga meningkatkan kehandalan, efisiensi dan efektivitas industri.

Gambar 1. Subsea wellhead system

C.      Sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) merupakan suatu sistem pengolahan data terintegrasi yang  berfungsi untuk mensupervisi, mengendalikan dan mendapatkan data secara real time. SCADA berfungsi mulai dari pengambilan data pada sensor di lapangan, pengolahan informasi yang diterima, penyimpanan informasi di database, sampai respon yang ditimbulkan dari pengolahan informasi. Pada umumnya sistem SCADA berupa banyak RTU (Remote Terminal Unit) yang merekam data lapangan lalu mengirimnya ke master station melalui jaringan.

SCADA banyak digunakan di berbagai macam tujuan baik industri maupun non industri seperti industri manufaktur, proses, dan power plant, Distribusi air, pipa gas dan minyak, sistem telekomunikasi, distribusi listrik, dan manajemen energi. Khusus untuk penerapan di Industri proses seperti industri oil & gas, SCADA memegang peranan yang sangat penting sebagai sarana monitoring dan kontrol. Secara umum, keunggulan sistem SCADA adalah komputer dapat merekam dan menyimpan data dengan ukuran yang sangat besar, Data dapat ditampilkan sesuai kebutuhan user, dan Informasi bisa ditampilkan dan didapatkan dari jarak jauh.

Pada umumnya, komponen SCADA yang digunakan di industri terdiri dari:

•      Instrumen

Instrumen di lapangan maupun lapangan berfungsi untuk mendapatkan dan mengumpulkan data dari parameter-parameter proses yang berlangsung. Instrumen dapat berupa sensor, aktuator, ataupun yang lainnya.

•      Controller

Controller berfungsi untuk melakukan kontrol dan monitoring terhadap sensor dan aktuator yang ada di plant ataupun lapangan. Dalam suatu plant atau objek kontrol, controller yang biasanya dipakai berupa PLC atau DCS.

•      Network

Bagian terpenting dari sistem SCADA adalah adanya jaringan yang mengintegrasikan berbagai macam controller di banyak control room. Di jaringan integrasi ini biasanya protokol komunikasi antar komponen dikonversi menjadi TCP/IP.

•      Database

Database berperan penting dalam pengoperasian peralatan sistem SCADA, jika database tidak diperhatikan akibatnya tren dari proses yang berlangsung tidak dapat diketahui. Database juga diperlukan untuk memonitoring kinerja sistem dan sebagai record dari segala macam kejadian pada waktu tertentu.

•      Control Room

Control room berguna bagi para engineer untuk memonitor controller yang digunakan. Di dalam control room, engineer dapat mengatur kerja controller di plant atau site yang berjarak sangat jauh melalui jaringan SCADA.

•          Corporate System

Corporate system berguna untuk menyajikan data-data yang berasal dari site atau plant secara real time. Informasi yang ditampilkan diolah terlebih dahulu agar lebih simple dan mudah dipahami oleh pihak management. Dengan adanya sistem ini, orang-orang di bussiness line dapat secara langsung memantau kinerja industri yang sedang berjalan.

PLC (Programmable Logic Controller)

Programmable Logic Controllers (PLC) adalah komputer elektronik yang memiliki fungsi kontrol untuk berbagai tipe dan tingkat kesulitan beraneka ragam. Definisi Programmable Logic Controller menurut Capiel (1982) adalah sistem elektronik yang beroperasi secara digital dan didesain untuk pemakaian di lingkungan industri, dimana sistem ini menggunakan memori yang dapat diprogram untuk penyimpanan secara internal instruksi-instruksi yang mengimplementasikan fungsi-fungsi spesifik seperti logika, urutan, perwaktuan, pencacahan dan operasi aritmatik untuk mengontrol mesin atau proses melalui modul-modul I/O digital maupun analog. PLC merupakan salah satu komponen utama dalam sebuah sistem SCADA dan pada industri minyak dan gas bumi banyak digunakan sebagai pengontrol di unit-unit wellhead. 

Gambar 2. PLC Allen Bradley ControlLogix5000

D.      Penerapan Sistem SCADA untuk      monitoring sumur minyak

Untuk mengatasi permasalahan yang sering terjadi pada industri minyak dan gas bumi terkait banyaknya sumur yang harus dimonitor, maka sistem SCADA merupakan solusi yang tepat untuk diterapkan. Berikut ini arsitektur umum sistem SCADA:

Gambar 3. Arsitektur umum sistem SCADA

 

Pada setiap wellhead, dipasang PLC untuk menjalankan fungsi kontrol pada setiap instrumen yang ada. Karena jarak sumur biasanya berjauhan maka akan lebih efektif jika PLC dihubungkan ke master station melalui jaringan nirkabel (wireless) dengan IP address yang unik pada masing-masing unit. Data dari instrumen-instrumen yang terdapat pada wellhead, dikirim ke master station untuk disimpan di database sistem agar dapat diakses sewaktu-waktu dan diolah oleh operator.

Pemrograman PLC

Untuk dapat menjalankan fungsinya sebagai pengontrol, PLC perlu diprogram sesuai dengan kebutuhan industri. Pemrograman PLC dilakukan oleh engineer di EWS pada master station. Pemrograman PLC dapat dibangun dengan bahasa Ladder Diagram. Pada dasarnya Logic ladder diagram merupakan terjemahan dari bahasa pemrograman digital ke bahasa diagram ladder.

Gambar 4. Contoh diagram ladder

 

Pemrograman PLC yang dilakukan pada EWS kemudian diterjemahkan ke sebuah interface yang memungkinkan operator untuk membaca data atau melakukan pengontrolan. Interface tersebut biasa disebut HMI (Human Machine Interface). Untuk memudahkan operator menerjemahkan informasi yang didapat maka HMI harus dibuat dengan konsep user friendly. HMI dibuat sebisa mungkin mirip dengan proses beserta simulasi yang mirip dengan keadaan plant agar memudahkan user memahami informasi yang terbaca.

Gambar 5. Perbandingan HMI dengan interface untuk pemrograman

 

Master Station

Master station bertugas merekam dan mengolah segala informasi yang didapatkan dari masing-masing RTU atau PLC pada setiap unit wellhead dan melakukan fungsi kontrol jarak jauh. Untuk mendukung kinerja dan meningkatkan reliabilitas sistem SCADA, maka dapat dibangun subsistem yaitu submaster station. Submaster dapat digunakan untuk menangani sumur yang sangat tersebar pada wilayah yang luas sehingga diperlukan monitoring yang bersifat terdistribusi untuk meningkatkan kehandalan sistem. Fungsi submaster station antara lain adalah mendapatkan data dari RTU atau PLC di sekitarnya, melakukan perekaman dan penampilan data yang didapat dari masing-masing wellhead di area operasinya pada local operation station, meneruskan informasi ke master station, dan meneruskan perintah kontrol dari master station ke RTU atau PLC di daerah operasinya.

Gambar 6. Arsitektur umum sistem SCADA dengan  submaster station

E.       Kesimpulan

Sistem SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) memiliki keunggulan dalam menangani pengontrolan dan monitoring untuk unit yang tersebar pada jarak jauh dan berjumlah sangat banyak. Oleh karena itu permasalahan yang dialami industri oil & gas dalam monitoring dan pengontrolan sumur-sumur minyak yang berjumlah ratusan bahkan ribuan dan tersebar dalam wilayah yang luas atau bahkan kadang remote atau offshore dapat diseleseikan dengan penerapan sistem SCADA.

F.       Daftar Pustaka

[1] Keith Stouffer, Joe Falco, Karren Kent, Guide to Supervisory Control and Data Aqcuisition (SCADA) and Industrial Control System Security, National Institute of Standards and Technology.

[2] David Bailey, Edwin Wright, Practical SCADA for Industry, IDC technology, 2003

[3] Capiel, Hand book Programmable Logic Control, Factory Automatic Omron Indonesia, Indonesia, 1982. 

[4] L.A Bryan, E.A Bryan, Programmable Controllers: Theory and Implementation 2nd Edition, Industrial Text Company, 1997 

[5] Adnan Salihbegovic, Vlatko Marinković, Zoran Cico, Elvedin Karavdić, Nina Delic, Web based multilayered distributed SCADA/HMI system in refinery application, Elsevier B.V., 2008 

[6] Traian Turc, Horatiu Grif, SCADA Architecture for Natural gas plant, University of Targu mures, 2009