Arsitektur SCADA: Stand-Alone, Server-Client & Redundant

Arsitektur SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) menentukan bagaimana komputer SCADA, server, client/operator station, PLC/RTU, database, dan jaringan saling terhubung dalam sebuah sistem otomasi industri.

Pemilihan arsitektur SCADA tidak hanya berkaitan dengan jumlah komputer, tetapi juga dengan jumlah operator, jumlah PLC/RTU, kebutuhan skalabilitas, availability, historian, serta kebutuhan redundancy.

Secara umum, terdapat tiga arsitektur yang sering dijumpai:

Stand-Alone SCADA
Server-Client SCADA
Redundant Server-Client SCADA

Pada sistem yang semakin besar dan kritis, arsitektur tersebut juga dapat dikembangkan menjadi sistem terdistribusi dengan redundancy pada server, network, controller, historian, dan komponen lainnya.

1. Apa Itu Arsitektur SCADA?

SCADA merupakan sistem yang digunakan untuk monitoring, supervisory control, alarm management, data acquisition, dan historical data pada proses industri.

Dalam implementasinya, SCADA dapat berkomunikasi dengan berbagai perangkat seperti:

PLC
RTU
DCS
Remote I/O
Flow computer
Intelligent electronic device (IED)
Instrumentasi digital
Industrial network

Secara sederhana, aliran data dapat digambarkan sebagai:

Sensor / Instrument
        ↓
      PLC / RTU
        ↓
 Industrial Network
        ↓
    SCADA Server
        ↓
 ┌──────┼──────┐
 ↓      ↓      ↓
Client Client Client

Pada sistem yang lebih kompleks, server SCADA dapat dibuat redundant sehingga tersedia server cadangan yang dapat mengambil alih ketika terjadi kegagalan.

Dokumentasi Siemens, misalnya, menjelaskan penggunaan arsitektur client/server untuk sistem SCADA multi-user dan penggunaan redundant server untuk meningkatkan availability.

2. Stand-Alone SCADA

Pada stand-alone SCADA, seluruh fungsi utama SCADA dijalankan pada satu komputer.

             ┌─────────────────────┐
             │    SCADA COMPUTER   │
             │                     │
             │ • HMI               │
             │ • SCADA Runtime     │
             │ • Alarm             │
             │ • Historian         │
             │ • Database          │
             │ • Communication     │
             └──────────┬──────────┘
                        │
                  Ethernet/Serial
                        │
                 ┌──────▼──────┐
                 │   PLC / RTU │
                 └─────────────┘

Satu komputer dapat menjalankan fungsi:

HMI/visualization
komunikasi PLC/RTU
alarm
trending
historian
database
data acquisition

Kelebihan Stand-Alone SCADA

Arsitektur sederhana
Instalasi relatif mudah
Biaya lebih rendah
Maintenance lebih sederhana
Cocok untuk mesin atau sistem kecil

Kekurangan

Kelemahan utama adalah adanya single point of failure.

Jika komputer SCADA mengalami:

hardware failure
operating system failure
software failure
power failure

maka fungsi monitoring dan supervisory control dari komputer tersebut dapat terganggu.

Contoh aplikasi

Stand-alone SCADA dapat digunakan pada:

mesin produksi
utility kecil
sistem water treatment skala kecil
skid package
laboratory automation
sistem dengan jumlah tag relatif kecil

3. Server-Client SCADA

Pada arsitektur server-client, fungsi SCADA dipisahkan antara SCADA Server dan SCADA Client.

                 PLC / RTU
                    │
                    ▼
            ┌───────────────┐
            │ SCADA SERVER  │
            │               │
            │ Data          │
            │ Acquisition   │
            │ Alarm         │
            │ Historian     │
            │ Database      │
            └───────┬───────┘
                    │
              SCADA Network
                    │
          ┌─────────┼─────────┐
          ↓         ↓         ↓
       Client 1  Client 2  Client 3
       Operator  Supervisor Engineer

Server berfungsi sebagai pusat pengelolaan data dan layanan SCADA, sedangkan client digunakan oleh operator atau engineer untuk mengakses informasi dan fungsi supervisory.

Dalam dokumentasi Siemens PCS 7, arsitektur client/server dijelaskan sebagai konfigurasi yang terdiri dari OS server dan beberapa OS client, dengan keuntungan antara lain administrasi data real-time dan historical secara terpusat.

4. Fungsi SCADA Server

SCADA Server dapat menangani beberapa fungsi seperti:

Data Acquisition

Mengambil data dari:

PLC
RTU
DCS
controller
I/O system

Alarm Management

Mengelola:

process alarm
equipment alarm
communication alarm
system alarm

Historian

Menyimpan historical data seperti:

pressure
temperature
flow
level
motor status
valve position
production data

Data Distribution

Server menyediakan data kepada beberapa SCADA client.

Misalnya:

SCADA Server
     │
     ├── Operator 1
     ├── Operator 2
     ├── Supervisor
     └── Engineer

Dengan demikian beberapa workstation dapat mengakses informasi proses yang sama.

5. SCADA Client

SCADA Client merupakan workstation yang digunakan untuk berinteraksi dengan sistem SCADA.

Operator dapat menggunakan client untuk:

melihat mimic/process graphic
monitoring parameter
melihat alarm
acknowledge alarm
melihat trend
melihat historical data
melakukan supervisory control sesuai hak akses

Contohnya:

              SCADA SERVER
                   │
       ┌───────────┼───────────┐
       ↓           ↓           ↓
   Operator     Supervisor   Engineer
    Client        Client       Client

Arsitektur client/server juga membuat sistem lebih mudah dikembangkan ketika jumlah operator workstation bertambah. Dokumentasi Siemens menyebutkan bahwa arsitektur SCADA dapat mendukung penambahan client dan konfigurasi terdistribusi sesuai kebutuhan sistem.

6. Redundant Server-Client SCADA

Pada aplikasi yang membutuhkan high availability, satu server dapat menjadi single point of failure.

Solusinya adalah menggunakan redundant SCADA server.

Contohnya:

                    PLC / RTU
                       │
                       ▼
             ┌──────────────────┐
             │ Industrial       │
             │ Network          │
             └───────┬──────────┘
                     │
          ┌──────────┴──────────┐
          ↓                     ↓
   ┌──────────────┐      ┌──────────────┐
   │   SERVER A   │◄────►│   SERVER B   │
   │    ACTIVE    │ SYNC │   STANDBY    │
   └──────┬───────┘      └──────┬───────┘
          └──────────┬──────────┘
                     ↓
              SCADA CLIENTS

Pada kondisi normal:

Server A = Active

Server B = Standby

Kedua server dapat saling memonitor kondisi dan melakukan sinkronisasi data, tergantung mekanisme redundancy yang disediakan oleh platform SCADA.

Siemens mendokumentasikan konsep redundant server di mana dua server memiliki fungsi yang sama, saling memonitor, dan client dapat berpindah ke server aktif lainnya ketika terjadi kegagalan.

7. Bagaimana Failover Bekerja?

Failover adalah proses perpindahan layanan dari server yang mengalami kegagalan ke server redundant.

Kondisi normal

┌─────────────┐       ┌─────────────┐
│  SERVER A   │◄─────►│  SERVER B   │
│   ACTIVE    │ SYNC  │   STANDBY   │
└──────┬──────┘       └─────────────┘
       │
       ↓
   SCADA CLIENT

Server A menjalankan fungsi utama, sedangkan Server B siap mengambil alih.

Server A mengalami failure

┌─────────────┐
│  SERVER A   │
│   FAILED    │
└─────────────┘
       X

┌─────────────┐
│  SERVER B   │
│   ACTIVE    │
└──────┬──────┘
       │
       ↓
 SCADA CLIENTS

Server B kemudian menjadi server aktif.

Beberapa platform SCADA menggunakan konsep hot standby, di mana kedua server tetap berada di jaringan dan menerima data yang sama sehingga perpindahan dapat dilakukan dengan cepat.

8. Mengapa Redundancy Penting pada Sistem SCADA?

Redundancy digunakan ketika kehilangan fungsi monitoring atau supervisory control dapat memberikan dampak besar terhadap operasi.

Contohnya pada:

power generation
oil & gas
water treatment
chemical plant
pharmaceutical plant
large manufacturing plant
utility system
critical infrastructure

Tujuannya bukan sekadar mempunyai dua komputer, tetapi mengurangi kemungkinan single point of failure.

9. Redundancy Tidak Hanya pada Server

Ini merupakan konsep yang sangat penting.

Misalnya:

PLC
 │
 ▼
Switch
 │
 ├── Server A
 └── Server B

Server sudah redundant, tetapi hanya ada satu switch.

Jika switch mengalami failure:

PLC
 │
 X
Switch FAILED
 │
 ├── Server A
 └── Server B

Maka komunikasi tetap dapat terputus.

Karena itu pada sistem dengan kebutuhan availability tinggi, redundancy dapat diterapkan pada beberapa layer:

┌───────────────────────────────┐
│       SCADA CLIENT            │
└───────────────┬───────────────┘
                │
       ┌────────┴────────┐
       │                 │
   Network A          Network B
       │                 │
   Server A          Server B
       │                 │
       └────────┬────────┘
                │
        Redundant Network
                │
          PLC / Controller

Dokumentasi sistem proses Siemens juga menjelaskan bahwa redundancy dapat diterapkan pada server, historian, network/bus, controller, field network, dan I/O sesuai kebutuhan availability.

10. Perbandingan Tiga Arsitektur SCADA

Parameter	Stand-Alone	Server-Client	Redundant Server-Client
SCADA Server	Tidak terpisah	1	≥ 2
Client	Umumnya 1	Banyak	Banyak
Centralized Data	Terbatas	Ya	Ya
Server Redundancy	Tidak	Tidak	Ya
Failover	Tidak	Tidak	Ya
Availability	Rendah–menengah	Menengah	Tinggi
Scalability	Terbatas	Baik	Sangat baik
Kompleksitas	Rendah	Menengah	Tinggi
Biaya	Rendah	Menengah	Tinggi
Aplikasi	Mesin/sistem kecil	Plant	Sistem kritis

Pemilihan arsitektur sebaiknya mempertimbangkan ukuran sistem, jumlah tag, jumlah operator, kebutuhan historian, network architecture, availability requirement, dan criticality proses.

11. Contoh Pemilihan Arsitektur

A. Mesin kecil

PLC
 │
 ▼
SCADA PC

Cocok menggunakan:

Stand-Alone SCADA

B. Plant dengan beberapa operator

             PLC
              │
              ▼
        SCADA SERVER
              │
      ┌───────┼───────┐
      ↓       ↓       ↓
    OP-01   OP-02   ENG-01

Cocok menggunakan:

Server-Client SCADA

C. Critical Process

                 PLC
                  │
          ┌───────┴───────┐
          │               │
       Network A       Network B
          │               │
       Server A         Server B
       ACTIVE           STANDBY
          └───────┬───────┘
                  │
               Clients

Cocok menggunakan:

Redundant Server-Client SCADA

12. Stand-Alone vs Server-Client vs Redundant

Cara mudah mengingatnya:

Stand-Alone

One computer does everything.

Satu komputer menjalankan fungsi SCADA.

Server-Client

Server provides data, clients consume and operate the system.

Server menyediakan data dan layanan kepada beberapa client.

Redundant Server-Client

Two or more servers provide high availability.

Server redundant digunakan untuk mengurangi dampak kegagalan server dan memungkinkan failover.

13. Contoh Arsitektur SCADA pada Plant

Untuk plant yang cukup besar, arsitektur dapat dikembangkan menjadi:

                FIELD LEVEL
                     │
          ┌──────────┴──────────┐
          │                     │
        PLC 1                 PLC 2
          │                     │
          └──────────┬──────────┘
                     │
              CONTROL NETWORK
                     │
          ┌──────────┴──────────┐
          │                     │
       SCADA SERVER A       SCADA SERVER B
         ACTIVE                STANDBY
          │                     │
          └──────────┬──────────┘
                     │
               SCADA NETWORK
                     │
       ┌─────────────┼─────────────┐
       │             │             │
    Operator      Operator      Engineer
    Station 1     Station 2     Station

Untuk sistem yang lebih kompleks, dapat ditambahkan:

historian server
engineering station
domain server
backup server
redundant network
firewall
time synchronization
reporting server
web client
database server

Siemens juga mendokumentasikan arsitektur multi-server dan redundant OS server pada sistem PCS 7.

14. Kesimpulan

Arsitektur SCADA dapat berkembang sesuai kebutuhan sistem.

Stand-alone SCADA cocok untuk sistem sederhana karena seluruh fungsi berada pada satu komputer.

Server-client SCADA lebih sesuai untuk sistem yang membutuhkan beberapa operator workstation dan pengelolaan data secara terpusat.

Sementara itu, redundant server-client SCADA digunakan ketika availability menjadi kebutuhan penting. Dengan dua atau lebih server yang memiliki mekanisme redundancy dan failover, gangguan pada satu server tidak harus menyebabkan seluruh fungsi SCADA berhenti.

Namun, perlu diingat bahwa redundant server saja belum tentu membuat seluruh sistem redundant. Pada aplikasi kritis, desain juga perlu mempertimbangkan redundancy pada network, PLC/controller, historian/database, power supply, dan perangkat komunikasi.

Dengan demikian, pemilihan arsitektur SCADA sebaiknya dilakukan berdasarkan kebutuhan proses, criticality, availability, scalability, reliability, dan biaya sistem.