## PROSES UPGRADE KOMUNIKASI DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM DARI REMOTE INPUT/OUTPUT KE NETWORK INPUT/OUTPUT
Fitria Hidayanti 1 , Fitri Rahmah 2 , Dimas Sigit Priyatna 3 , Ardiyanti Aulia 4
Program Studi Teknik Fisika, Universitas Nasional, Jakarta 1,2,3 PT Yokogawa Indonesia 4 fitriahidayanti@gmail.com 1 , fitri.rahmah@civitas.unas.ac.id 2
Submitted August 17, 2021; Revised March 16, 2022; Accepted April 4, 2022

## Abstrak
Penggunaan  sistem  kendali  untuk  otomasi  industri  saat  ini  mencapai  pergerakan  yang  pesat,  salah satunya di bidang pengontrolan khususnya Distributed Control System (DCS). DCS memiliki beberapa generasi dari segi software maupun hardware . Penelitian ini membahas tentang upgrade DCS dilihat dari sisi hardware . Pada upgrading DCS dari Remote Input/Output (R I/O) ke Network Input/Output (N I/O) memiliki 2 tahap yaitu upgrade software dan hardware yang dijalankan secara serentak. Pada CS 3000 masih terintegrasi dengan windows 7 yang mana merupakan software dari R I/O, sedangkan untuk mengikuti perkembangan teknologi windows 10 R I/O tidak bisa menjangkaunya. Untuk N I/O sendiri menggunakan software Centum VP yang sudah terintegrasi dengan windows 10. R I/O hanya terbatas menggunakan  kabel  RJ  45  yang  memiliki  jangkauan  puluhan  meter  sehingga  harus  menggunakan repeater untuk  menghubungkan  komunikasi  jarak  jauh.  Sementara  dari  segi  komunikasi  antar Marshalling Cabinet dengan field instrument sudah menggunakan fiber optic sehingga jangkauannya bisa  mencapai  5  kilometer,  hemat  biaya,  transfer  data  lebih  cepat,  dan  hanya  perlu  satu  kabel penghubung.
Kata Kunci: Distributed Control System, Remote I/O, Network I/O

## Abstract
The use of control systems for industrial automation is currently achieving rapid movements, one of which is the Distributed Control System (DCS). DCS has several generations in terms of software and hardware. This research discusses DCS upgrades in terms of hardware. Upgrading DCS from Remote Input/Output (R I/O) to Network Input/Output (N I/O) has two stages, upgrade software and hardware upgrading run simultaneously. CS 3000 is still integrated with Windows 7, which is software from R I/O, while to keep up with the development of Windows technology, 10 R I/O cannot reach it. For N I/O itself, it uses Centum VP software that is integrated with Windows 10. R I/O is limited to using RJ45 cable,  which  has  a  range  of  tens  of  meters,  so  it  must  use  a  repeater  to  connect  long-distance communication. While, in communication between Marshalling Cabinets with field instruments, fibre optics can reach 5 km, save costs, transfer data faster, and only need one connecting cable. Key Words: Distributed Control System, Remote I/O, Network I/O

## 1. PENDAHULUAN
Penggunaan  sistem  kendali  untuk  otomasi industri saat ini mencapai pergerakan yang sangat  pesat.  Banyak  industri  yang  mulai melakukan kontrol pada sistemnya. Distributed Control System (DCS) mengacu pada  sistem  kontrol  proses  dengan  elemen pengendali tidak terpusat di lokasi melainkan  didistribusikan  ke  seluruh
sistem.  Sistem  pengendali  tidak  berdiri sendiri  melainkan  berhubungan  dengan sistem  jaringan  untuk  komunikasi  dan pemantauan [1].
DCS  didesain  berbentuk  modular  agar dalam pemakaiannya mudah untuk dirawat dan  dikombinasikan  dengan  komponen yang  lain.  DCS  juga  mampu  mengontrol berbagai  parameter  serta  untuk  kontrol
proses multi-input dan multi-output [2]–[6]. DCS  memiliki  beberapa  generasi,  mulai dari  Centum  CS  hingga  Centum  VP. Centum CS memiliki kekurangan dari segi teknologi,  komunikasi,  dan  pemeliharaan. Centum  VP  mempunyai  keunggulan  dari segi software yaitu bisa terintegrasi dengan windows  10,  sedangkan  Centum  CS  tidak bisa terintegrasi [7]–[9].
DCS yang ada saat ini tidak bisa terhubung dengan  teknologi  yang  ada  sekarang. Komunikasi  dengan Remote  Input/Output (R  I/O)  adalah  komunikasi  model  lama, sedangkan Network  Input/Output (N  I/O) adalah  komunikasi  model  baru  yang memiliki  kecepatan,  efisiensi,  error  yang kecil karena dibekali dengan fiber. Saat ini teknologi Operating System (OS) itu sendiri sudah  mencapai  Windows  10  sementara R  I/O  tidak  bisa  diintegrasikan  dengan teknologi terbaru. Dengan adanya kekurangan dari Centum CS yang tidak bisa terintegrasi  dengan Operating  System terbaru,  oleh  karena  itu    perlu  dilakukan peningkatan ke Centum VP.

## 2. METODE PENELITIAN
Langkah-langkah upgrade DCS dari R I/O menjadi N I/O ditunjukkan pada Gambar 1, yaitu:
1. Upgrade  software pada Human Machine Interface (HMI).
Peningkatan  HMI  merupakan  langkah awal  untuk  melakukan upgrade system dikarenakan Operating  System yang digunakan R I/O yaitu Windows 7 yang terintegrasi dengan Centum CS sedangkan  untuk  N  I/O  terintegrasi dengan Centum VP.
2. Hardware
Sebagian  besar  produk  DCS  terbaru memiliki  kemampuan  untuk  terhubung ke  perangkat Input/Ouput (I/O)  di bagian belakang pengontrol DCS lama. Sebagian  besar  I/O  dan  kabel  di lapangan  dapat  ditingkatkan  sesuai kebutuhan.  Cara  ini  memungkinkan
penggantian  yang  lebih  mudah  dan mengurangi  biaya  tenaga  kerja  untuk pekerjaan listrik dan kabel dan pembaruan dokumentasi terkait, seperti diagram kabel.

## Gambar 1. Diagram Alir Upgrade Hardware System
Langkah  –  langkah upgrade  hardware system pada Gambar 1 yaitu:
1. Field  Control  Unit (FCU)  adalah otak  dari  DCS,  karena  berfungsi sebagai controller yang mana semua perhitungan  mengenai  kontrol  di plant dilakukan di FCU.
2. Precious  Flight  Control (PFC) adalah  tempat  khusus  diletakannya modul, node, dan I/O.
3. Ekspansi adalah sebuah kabinet/lemari yang berfungsi sebagai  tempat  peletakkan  NIU, Power  Supply ,  penghubung  kabel, dan adaptor .
4. Node  Interfae  Unit (NIU)  adalah unit yang berfungsi sebagai penghubung modul ke Field Control Station (FCS) pada Gambar 2.
5. Input/Output (I/O) adalah masukkan atau keluaran dari field instrument .

## Gambar 2. Control Station

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
CENTUM VP memiliki arsitektur sederhana  dan  umum  yang  terdiri  atas antarmuka  mesin  manusia  yang  disebut stasiun  antarmuka  manusia  (HIS),  stasiun kontrol  lapangan  (FCS),  dan  jaringan kontrol.  Arsitektur  Sistem  VP  CENTUM ditunjukkan pada Gambar 3. Jaringan yang sangat fleksibel dapat dirancang menggunakan  peralatan  jaringan  yang tersedia secara komersial seperti switching HUB  (Layer  2  dan  Layer  3).  Arsitektur sistem  memungkinkan  hingga  1.000.000 Tag dan 512 Stasiun. Domain yang berbeda dapat  didefinisikan  untuk  memisahkan disiplin fungsional.
FCS  adalah  jantung  dari  Sistem  Kontrol Centum  VP  yang  terdiri  atas  catu  daya ganda, Communication  Card ganda  dan processor RISC redundan tunggal bergantung  pada  ketersediaan  sistem  yang diperlukan. FCS pada Gambar 4 melakukan semua tindakan terkait proses kontrol. FCS berisi  PID  aktual  dan  pengontrol  lainnya, sakelar,  logika,  urutan,  dan  algoritma lanjutan.  FCS  berkomunikasi  melalui  bus ESB/ER  dengan  NIU  dan  melalui  Vnet/IP (kontrol  proses  waktu  nyata Local  Area Network (LAN)) dengan antarmuka operator dan lingkungan teknik.

## Gambar 4. Field Control Station
Gambar 5. Desain Processor
Komponen FCS pada Gambar 6 terdiri dari: • Field Control Unit (FCU)
• Node Unit (NU)
• ESB bus, ER bus
• House Keeping Unit (HKU)

## Gambar 6. Komponen FCS

## Upgrade  Hardware  Field  Control  Station
(FCS) Hasil upgrade
dilakukan dengan
menggunakan Field  Control  Unit (FCU), Node  Interface  Unit (NIU)  dan  I/O  card yang dikembangkan secara eksklusif untuk upgrade sistem R I/O.
Upgrade Field Control Unit (FCU) FCU pada Gambar 7 menunjukkan card dan modul yang melakukan perhitungan kontrol untuk FCS; untuk FCU dupleks, processor dan daya modul dupleks. Modul I/O dapat dipasang.  Untuk  menambahkan node  unit , diperlukan interface modul.
Gambar 7. Field Control Unit Proses Upgrade rak  penyusun  FCU ditunjukkan pada Tabel 1 berikut.
Selanjutnya gambar
upgrade FCU
ditunjukkan pada Gambar 8.
Tabel 1. Upgrade Rak FCU FCU (sebelum) FCU (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi AFE10S FCU dengan spesifikasi 19  inci  dan R I/O A2FV70S AFE10S FCU dengan spesifikasi 19 inci, memory 8 Mb  dan  R I/O FCU dengan spesifikasi 19 inci dan R I/O AFE10S FCU dengan spesifikasi 19 inci, kapasitas bisa diperluas dan R I/O AFE10S FCU dengan spesifikasi 19 inci, kapasitas bisa ditingkatkan dan R I/O AFE10S FCU dengan spesifikasi 19  inci  dan R I/O AFE10D FCU dengan spesifikasi 19 inci, memory 8 Mb  dan  R
I/O
A2FV70D Duplikasi FCU AFE10D FCU dengan spesifikasi 19 inci,
memory 8 Mb  dan  R I/O AFE10D FCU dengan spesifikasi 19  inci  dan R I/O AFE10D FCU dengan
spesifikasi 19 inci, kapasitas bisa diperluas dan R I/O AFE10D FCU dengan spesifikasi 19  inci,  2 tingkat  dan R I/O (a) Sebelum Upgrade (b) Setelah Upgrade Gambar 8. Hasil Upgrade Rak FCU Proses Upgrade tipe kabinet FCU ditunjukkan pada Tabel 2 berikut.
Selanjutnya  gambar upgrade tipe  cabinet FCU ditunjukkan pada Gambar 9.

## Tabel 2. Upgrade Tipe Kabinet FCU
FCU (sebelum) FCU (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi AFE20S Field Control Unit (dengan kabinet, untuk V net/R I/O) A2FV70S + A2CUKT3 -C
FCU dengan spesifikasi 19 inci AFM20S Field Control
Unit (dengan kabinet, untuk V
net/R I/O) AFH20S Field Control Unit (dengan kabinet, tipe
yang diperluas, untuk V net/R I/O) AFS20S Field Control Unit (dengan kabinet, tipe yang ditingkatkan ,  untuk  V net/R I/O) AFG20S Field Control Unit (R I/O, dengan kabinet) AFE20D Field Control Unit (FCU) dua  tingkat (dengan kabinet,  V net/R I/O) A2FV70S/ HKU
+
A2CUKT3 -C
FCS  Ganda dan  Kabinet (Untuk R I/O yang sudah ditingkatkan ) AFM20 D Field Control Unit (FCU) dua  tingkat (dengan kabinet, untuk V net/R I/O) AFH20D Field Control Unit (FCU) dua  tingkat (dengan kabinet, tipe yang bisa diperluas,  V net/R I/O)
AFS20D Field
Control Unit (FCU) dua  tingkat (dengan kabinet, tipe yang bisa ditingkatkan ,  V  net/R I/O) AFG20D Field Control Unit (FCU) dua  tingkat (R I/O, dengan kabinet)
(a) Sebelum Upgrade (b) Setelah Upgrade

## Gambar 9. Hasil Upgrade Kabinet FCU
Berikutnya adalah hasil upgrade Node Unit (NU).  NU  adalah  unit  pemrosesan  sinyal yang  mengonversi  dan  mentransmisikan sinyal  I/O  proses  analog  atau  digital  yang diterima dari perangkat lapangan ke FCU.
Node  Unit (NU)  termasuk  NU  bus  ESB (simpul  lokal)  yang  dipasang  di  FCS  dan NU bus ER ( remote node ) yang dipasang di kabinet atau panel yang dekat dengan lokasi pabrik.  Unit  node  terdiri  dari interface module bus ESB atau interface module bus ER, modul I/O, dan modul catu daya.
Gambar 10. Field Control Unit
Proses Upgrade Precious  Flight  Control (PFC) ditunjukkan pada Tabel 3. Selanjutnya gambar upgrade PFC
ditunjukkan pada Gambar 11.
Tabel 3. Upgrade PFC PFC (sebelum) PFC (setelah) Model Deskripsi   Model Deskripsi PFCS Control Station A2FV70S + A2NN10D Field control unit (untuk  R I/O  yang  sudah ditingkatkan) Node  interface unit (R I/O yang sudah ditingkatkan, 19 inci rack mountable ) (5 I/O units type ) PFCD Control station dua tingkat A2FV70D + A2NN10D Duplikasi  FCU (R  I/O  yang sudah ditingkatkan, 19
inci
Node  Interface Unit (R I/O yang sudah ditingkatkan, 19 inci) (5 I/O units type ) (a) Sebelum Upgrade (b) Setelah Upgrade Gambar 11. Hasil Upgrade PFC
Extended Serial Backboard bus (ESB bus) adalah  komunikasi  yang  tersedia  untuk redundansi  ganda  yang  menghubungkan Node  Unit  bus ESB  dan  FCU. Enhanced Remote  bus (ER  bus)  adalah  komunikasi berkecepatan  tinggi  yang  tersedia  untuk redundansi  ganda  yang  menghubungkan Node Unit bus ESB dan Node Unit bus ER. Menggunakan  bus  ER, Node  Unit dapat terletak
jauh dari kabinet
FCU. Ketersediaan  ini  untuk Node  Unit  bus ER berfungsi untuk kasus-kasus seperti
menempatkan Node  Unit dekat  dengan perangkat  lapangan,  membatasi  kapasitas catu daya untuk keselamatan, atau menemukan Node  Unit secara  terpisah karena masalah ruang.
Modul Input/Output Modul input berfungsi  mengubah  sinyal proses  menjadi  format  data  digital  yang digunakan  dalam  FCS.  Modul output mengubah  format  data  digital  yang digunakan dalam FCS ke sinyal analog atau kontak.  Modul  I/O  tersedia  untuk  semua jenis sinyal yang tersedia di industri proses.
Proses Upgrade I/O  Ekspansi  Kabinet ditunjukkan  pada  Tabel  4.  Selanjutnya gambar upgrade FCU  ditunjukkan  pada Gambar 12.

## Tabel 4. Upgrade I/O Ekspansi Kabinet
I/O (sebelum) I/O (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi ACB21 I/O Ekspansi Kabinet A2CUKT3 -N Kabinet utility kit (R  I/O  yang sudah ditingkatkan) (I/O Ekspansi Kabinet (ACB21)) (a) Sebelum Upgrade (b) Setelah Upgrade

## Gambar 12. Hasil Upgrade I/O Ekspansi Kabinet
Modul Network I/O  menawarkan  banyak fleksibilitas  dalam  pemilihan  koneksi dengan  sinyal  di  lapangan.  Terminal pressure  clamps ,  konektor  MIL  dan interface  adaptor ,  kabel  KS.  Redundansi ganda  dimungkinkan  untuk  semua  modul I/O dan tipe sinyal.
Proses Upgrade Node  Interface  Unit  tipe rak  penyusun ditunjukkan  pada  Tabel  5.
Selanjutnya gambar upgrade Node Interface
Unit tipe rak penyusun ditunjukkan pada Gambar 13.

## Tabel 5. Upgrade NIU Tipe Rak Penyusun
NIU (sebelum) NIU (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi ANS10 Node Interface Unit untuk single R I/O bus (19 inci) A2NN10D Node  Interface Unit (R I/O yang sudah ditingkatkan, 19 inci) (2 I/O tipe unit) AND10 Node Interface Unit untuk R I/O bus (19 inci) ANS50 Node Interface Unit A2NN10D Node  Interface Unit (R I/O yang sudah
single R
I/O bus (19 inci) ditingkatkan, 19 inci) (5 I/O) AND50 Node Interface Unit (5 I/O) redundant R  I/O  bus (19 inci) (a) Sebelum
Upgrade (b) Setelah Upgrade

## Gambar 13. Hasil Upgrade Rak Penyusun NIU
Selanjutnya  adalah  Proses Upgrade Node Interface Unit tipe kabinet ditunjukkan pada Tabel 6. Selanjutnya gambar hasil upgrade ditunjukkan pada Gambar 14.

## Tabel 6. Upgrade NIU Tipe Kabinet
NIU (sebelum) NIU (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi ANS20 Node Interface Unit untuk single  bus (tipe kabinet)
A2NN20D Node Interface Unit (R  I/O  yang sudah ditingkatkan, tipe instalasi cabinet ) AND20 Node Interface Unit redundant R  I/O  bus
(tipe kabinet)
(a) Sebelum Upgrade (b) Setelah Upgrade Gambar 14. Hasil Upgrade NIU Tipe Kabinet
Berikutnya  adalah  Proses Upgrade I/O Modul  Nest  ditunjukkan  pada  Tabel  7. Selanjutnya gambar hasil upgrade ditunjukkan pada Gambar 15.

## Tabel 7. Upgrade I/O Modul Nest
I/O Modul Nest (sebelum) I/O Modul Nest (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi AMN1 1 Nest analog modul I/O A2BA3 D Nest untuk adaptor I/O AMN1 2 High speed nest modul analog I/O Multichanne l I/O for upgrade secara langsung dipasang  ke backboard node interface unit . AMN2 1 Nest relay modul I/O Multichanne l I/O for upgrade secara langsung dipasang  ke backboard node interface unit .
AMN3 1 Nest tipe
terminal modul I/O
AMN3 2 Nest tipe
konektor modul I/O AMN3 3 Nest modul komunikasi AMN3 4 Nest multipoint control modul analog I/O AMN5 1 Nest communicatio n cards (a) Sebelum
Upgrade (b) Setelah Upgrade

## Gambar 15. Hasil Upgrade I/O Modul Nest
Berikutnya  adalah  Proses Upgrade I/O Modul dari channel ditunjukkan pada Tabel 8.  Selanjutnya  gambar  hasil upgrade ditunjukkan pada Gambar 16.

## Tabel 8. Upgrade I/O Modul dari Channel
I/O Modul Channel (sebelum) I/O Modul Channel (setelah) Model Deskripsi Model Deskripsi AAM10 Current/voltage input module Quantity 16 A2SAM105 Current input/voltage input adaptor Quantity 16 AAM11 Current/voltage input modul Quantity 16
AAM11B Current/voltage input module Quantity 16 AAM21 mV, thermocouple , A2SAT105 mV/TC/RTD
Input adaptor
and  RTD input module Quantity 16 Quantity 16 AAM21J mV, thermocouple , and  RTD input
module Quantity 16 APM11 Pulse input module Quantity 16 A2SAP105 Pulse input signal adaptor Quantity 16 AAM50 Current  output module Quantity 16 A2SAM505 Current output/voltage output adaptor Quantity 16
AAM51 Current/voltage output module
(a) Sebelum Upgrade (b) Setelah Upgrade

## Gambar 16. Hasil Upgrade I/O Modul dari
Channel

## 4. SIMPULAN
Pada penelitian ini, ada beberapa simpulan yaitu:
1. Upgrade FCS  dimulai  dari  FCU,  PFC, Ekspansi, NIU, dan IO secara berurutan.
2. Centum  CS  tidak  bisa  dioperasikan menggunakan OS windows 10, sedangkan  untuk  Centum  VP  bisa diintegrasikan dengan windows 10.
3. Modul baru lebih baik dari segi bentuk, letak,  dan  untuk  fungsi  dari  masing- masing bagian lebih kompleks.
4. Komunikasi  dari  R  I/O  hanya  terbatas menggunakan  kabel  RJ-45,  sedangkan N  I/O  dengan fiber bisa  sampai  5  km, sehingga antara station dan marshalling cabinet tidak  perlu  menggunakan
repeater untuk menyambung
komunikasinya  dan  transfer  data  lebih cepat.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada  Lembaga  Penelitian dan  Pengabdian  pada  Masyarakat  (LPPM) Universitas  Nasional,  Fakultas  Teknik  dan Sains  serta  Program  Studi  Teknik  Fisika atas dukungannya pada penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] R.  V.  Barenji,  A.  V.  Barenji,  and  M.
Hashemipour,  “A  multi-agent  RFID- enabled distributed control system for a flexible
manufacturing shop,”
International  Journal  of  Advanced Manufacturing Technology , vol. 71, no.
9–12,  2014,  doi:  10.1007/s00170-013-
5597-2.
[2] R. Anand, “DCS, PLC and open control systems - History, issues and selection,” in ISA TECH/EXPO Technology Update Conference Proceedings , 2001, vol. 413
I.
[3] A.  M.  Damayanti,  M.  Rifa’i,  and  T. Tarmukan, “Implementasi Sistem
Kontrol  PID  pada  Proses  Reverse Osmosis  Pengolahan  Air  Laut  Berbasis DCS,” Jurnal Elektronika dan Otomasi Industri ,  vol.  3,  no.  2,  2020,  doi:
10.33795/elkolind.v3i2.74.
[4] C.  Dey  and  S.  K.  Sen, Industrial Automation  Technologies .  2020.  doi:
10.1201/9780429299346.
[5] F.  Putra,  M.  Kamal,  and  N.  Safitri, “Modifikasi Sistem Pengendalian
Proses  Back  Wash  Berdasarkan  Sensor PDT  pada  Sirkulasi  Cooling  Water Berbasis  DCS  di  PT.  Pupuk  Iskanda Muda,” Jurnal  TEKTRO ,  vol.  3,  no.  1, 2019.
[6] H.  S.  N.  Muzwar,  A.  K.  Pamososuryo, and  E.  Ekawati,  “Pemodelan  Kolom
Distilasi  Pabrik  Petrokimia  dengan Menggunakan Distributed Control
System,” Jurnal  Otomasi  Kontrol  dan Instrumentasi ,  vol.  6,  no.  2,  2015,  doi: 10.5614/joki.2014.6.2.2.
[7] M.  Saravanabalaji  and  V.  Athappan, “Level Plant Automation Using
Yokogawa  DCS  Centum-VP  -  A  Case Study,”  in Lecture  Notes  on  Data
Engineering and Communications
Technologies ,  vol.  26,  2019.  doi:
10.1007/978-3-030-03146-6_95.
[8] K.  (Universitas  B.  Ramadhan,  “Sistem Kontrol  Multivariabel  Temperatur  dan Level dengan Yokogawa DCS CENTUM  VP,” Journal  of  Chemical Information and Modeling , vol. 110, no. 9, 2017.
[9] Y.  Irwanto,  D.  Harsono,  and  Sutanto, “Automation  of  mixing  tank  system  in STTN-BATAN  mini  plant  using  DCS Centum  VP,” Journal  of  Physics: Conference  Series ,  vol.  1436,  no.  1, 2020, doi: 10.1088/1742- 6596/1436/1/012128.