DCS i SCADA

W2: Architektura systemów DCS i SCADA podobieństwa i różnice

Sebastian Plamowski

Pytania do poprzedniego wykładu1. Co oznacza skrót DCS i SCADA - podaj definicję systemu i do czego służy

2. Co oznaczają skróty: STPT, PV, CV, MV, DV

3. Kiedy stosowanej jest sterowanie w pętli otwartej a kiedy w pętli zamkniętej - narysuj schemat obrazujący sterowanie w pętli zamkniętej i otwartej, opisz zalety i wady.

4. Co to jest Automatyka a co to jest Automatyzacja

5. Jakie jest miejsce systemów DCS/SCADA w strukturze informatycznej przedsiębiorstwa?

6. Opisz funkcje systemów SCADA/DCS

7. Opisz priorytety systemów DCS i SCADA

8. Wymień użytkowników systemów DCS i SCADA – opisz ich zadania.

Historia DCS – rys historyczny

Inspiracją do stworzenia systemów DCS były złożone systemy sterowania ciągłego używane w przemyśle, głównie w rafineriach i obiektach chemicznych. Pierwsze takie systemy powstały w latach 40-50 ubiegłego wieku, jako systemy analogowe lub pneumatyczne. Pierwsze systemy DCS były używane jako systemy do "zarządzania" pracą i nastawami regulatorów analogowych.Prace nad systemami opartymi na komputerach rozpoczęto w latach 60-tych. Firmy: IBM, Honeywell, Yokogawa, Taylor Instrument Company (obecnie część ABB), Westinghouse i inni tworzą i wprowadzają na rynek pierwsze komputery dedykowane do sterowania procesami. Są to pojedyncze maszyny nadzorujące poszczególne pętle regulacji.Lata 70-80, rozwój komputeryzacji, sieci i standardów komunikacyjnych rozpoczyna erę prawdziwych systemów DCS. Za pierwszy system DCS uważa się system Centrum stworzony przez firmę Yokogawa (1975r).

Historia DCS – rys historycznyRozwój systemów ukierunkowany jest w stronę- zwiększenia mocy obliczeniowych

kontrolerów;- zwiększenia pamięci operacyjnej kontrolerów;- zmniejszenia cyklu czasu obliczeń;- zwiększenia liczby punktów systemowych;- zwiększenia wielkości przechowywanych

danych historycznych;- zrównoleglenie pracy operatorów, inżynierów

- rozwoju oprogramowania… w innych kierunkach (symulatory, wirtualizacja, HMI performance, bezpieczeństwo,…)

- elastyczność i skalowalność

OVATION – rys historycznyWestinghouse acquires Hagan and merges with R&D center, PRODAC First Digital Computer

Control

Westinghouse P50 --First Mini-computer

P250, P2000, W2500 & 7300 Systems

WDPF Distributed Control & Information

System

WDPFII UNIX Workstations

Acquired By Emerson

Simulation and

Optimization platforms

1960 1970 1980 1990 2000 2013

Open Platform

Westinghouse

Tesla

1916 Westinghouse & Hagan

New Releases

Architektura systemu DCS (OVATION)Elementy systemu DCS:- Stacje operatorskie- Stacje inżynierskie- Server aplikacji- Server danych historycznych- Dedykowane jednostki obliczeniowe

(optymalizacja, symulacja, diagnostyka itp…)- Sieć (rutery, switche – często redundantne)- Komputery przemysłowe (często redundantne)- Modułu I/O (0-10, 4-20, Ethernet…)- Moduły specjalizowane (karty do wibracji)+Oprogramowanie

Architektura systemu DCS (ABB 800xA)

System DCS – funkcjonalnośćPerspektywa Operatora

• Wizualizacja procesu i możliwość sterowania przez grafiki synoptyczne (automatycznie/ręcznie)

• Tworzenie grup trendowych (danych bieżących i historycznych)

• Wizualizacja na trendach danych bieżących (on-line)

• Zbieranie danych historycznych i prezentacja w postaci trendów i raportów.

• Listy alarmowe, potwierdzanie alarmów, przegląd i generacja raportów

• Symulator i możliwości ćwiczenia scenariuszy

• Oprogramowanie wsparcia prowadzenia procesu (optymalizacja/symulacja)

• Oprogramowanie do kierowania pracami służb obsługi (karty zadań)

• Oprogramowanie diagnostyki procesu

• Diagnostyka stanu systemu, urządzeń, komunikacji, kontrolerów

Perspektywa kierownika zmiany

• Perspektywa operatora widziana dla całego obiektu a nie tylko wybranych instalacji za które odpowiedzialny jest operator – występuje w dużych instalacjach (np. elektrownie)

• Zbiorcze raporty

System DCS – funkcjonalnośćPerspektywa inżyniera

• Perspektywa operatora + kierownika zmiany

• programowanie logiki przy pomocy zdefiniowanych bloków funkcjonalnych (i innych języków)

• Programowanie grafik procesowych

• Konfiguracja (alarmy, repozytorium danych, praw operatora)

• przechowywanie aktualnej dokumentacji dla całego systemu na stacji inżynierskiej DCS

• możliwość załadowania zmian w programie bez zatrzymywania systemu (procesu)

• możliwość równoczesnego programowania z kilku stacji roboczych

• możliwość podłączenia urządzeń pomiarowych i wykonawczych o różnych standardach komunikacji

• Oprogramowanie wspierające wbudowane (pakiety dziedzinowe np. AGA, Steam Table, identyfikacja charakterystyk statycznych i dynamicznych)

System DCS – funkcjonalnośćPerspektywa administratora

• zarządzanie dostępem do systemu

• wsparcie od strony cyberbezpieczeństwa

Perspektywa klienta

• przechowywanie aktualnej dokumentacji dla całego systemu na stacji inżynierskiej DCS - dokumentacja

• archiwizacja punktów i zdarzeń (nawet kilkuletnia) – historia, audyt

• redundancja (zwielokrotnienie) elementów takich jak: kontrolery, układy wejść-wyjść, stacje operatorskie -zapewnienie bezpieczeństwa oraz możliwości serwisowania na chodzącym obiekcie.

• obsługa bardzo dużych obiektów (do 400tys. punktów systemowych) – możliwość rozbudowy

• możliwość równoczesnego programowania z kilku stacji roboczych – możliwość łatwego serwisownia

• możliwość podłączenia urządzeń pomiarowych i wykonawczych o różnych standardach komunikacji – łatwa rozbudowa

• Dostęp zdalny – możliwość podglądu z poza firmy

• Możliwość integracji z systemami warstwy wyższej, klasy ERP – możliwość współpracy

• Zapewnienie migracji do wyższych wersji oprogramowania – zachowanie wiedzy

Systemy DCS, producenci

Emerson: DeltaV, Ovation

ABB: Melody IT, AC 800xA

Siemens: Teleperm XP, PCS 7

Honeywell: Experion PKS

Metso: MetsoDNA

Alstom: Alspa P320

GE: Mark VIe, OC 6000e

Yokogawe: Centrum

Systemy DCS, konsumenci

Energetyka (Elektrownie)

Woda (Oczyszczalnie ścieków, dystrybucja wody i ciepła)

Oil & Gas (Petrochemie, Zakłady Chemiczne)

Cementownie

Papiernie

Inne duże zakłady z procesami ciągłymi

Historia PLC – rys historyczny

Historia wynalezienie pierwszego sterownika PLC sięga 1968 roku. Cel zastąpienie przekaźników

Historia PLC – rys historyczny

Historia wynalezienie pierwszego sterownika PLC sięga 1968 roku.Firma General Motors podjęła się realizacji projektu, przyjęto następujące założenia:• łatwe programowanie i przeprogramowanie w zależności od

zmieniających się warunków przemysłowych, • łatwe utrzymanie w ruchu produkcyjnym, • budowa modułowa, zapewniająca prostą naprawę poprzez

wymianę uszkodzonych modułów, • mniejsze gabaryty i większa niezawodność w stosunku do

instalacji przekaźnikowych, • niższe koszty instalacji w stosunku do przekaźnikowych szaf

sterowniczych

Architektura systemu SCADA + PLC

Elementy systemu SCADA:- Stacje operatorskie- Stacje inżynierskie- Server aplikacji- Server danych historycznych- Dedykowane jednostki obliczeniowe

(optymalizacja, symulacja, diagnostyka itp…)- Sieć (rutery, switche – często redundantne)+Oprogramowanie

PLC:- Komputery przemysłowe (czasem redundantne)- Modułu I/O (0-10, 4-20, Ethernet…)

System SCADA – funkcjonalnośćPerspektywa Operatora

• Wizualizacja procesu i możliwość sterowania przez grafiki synoptyczne (automatycznie/ręcznie)

• Tworzenie grup trendowych (danych bieżących i historycznych)

• Wizualizacja na trendach danych bieżących (on-line)

• Zbieranie danych historycznych i prezentacja w postaci trendów i raportów.

• Listy alarmowe, potwierdzanie alarmów, przegląd i generacja raportów

• Symulator i możliwości ćwiczenia scenariuszy

• Oprogramowanie wsparcia prowadzenia procesu (optymalizacja)

• Oprogramowanie do kierowania pracami służb obsługi (karty zadań)

• Oprogramowanie diagnostyki procesu

• Diagnostyka stanu systemu, urządzeń, komunikacji, kontrolerów

Perspektywa kierownika zmiany

• Perspektywa operatora widziana dla całego obiektu a nie tylko wybranych instalacji za które odpowiedzialny jest operator

• Zbiorcze raporty

System SCADA – funkcjonalnośćPerspektywa inżyniera

• Perspektywa operatora + kierownika zmiany

• programowanie logiki przy pomocy zdefiniowanych bloków funkcjonalnych (i innych języków) i języka drabinkowego

• Programowanie grafik procesowych

• Konfiguracja (alarmy, repozytorium danych, praw operatora)

• przechowywanie aktualnej dokumentacji dla całego systemu na stacji inżynierskiej DCS

• możliwość załadowania zmian w programie bez zatrzymywania systemu (procesu)

• możliwość równoczesnego programowania z kilku stacji roboczych

• możliwość podłączenia urządzeń pomiarowych i wykonawczych o różnych standardach komunikacji

• Oprogramowanie wspierające wbudowane (pakiety dziedzinowe np. AGA, Steam Table, identyfikacja charakterystyk statycznych i dynamicznych)

System SCADA – funkcjonalnośćPerspektywa administratora:

• zarządzanie dostępem do systemu

• wsparcie od strony cyberbezpieczeństwa

Perspektywa klienta:

• przechowywanie aktualnej dokumentacji dla całego systemu na stacji inżynierskiej DCS - dokumentacja

• archiwizacja punktów i zdarzeń (nawet kilkuletnia) – historia, audyt

• redundancja (zwielokrotnienie) elementów takich jak: kontrolery, układy wejść-wyjść, stacje operatorskie -zapewnienie bezpieczeństwa oraz możliwości serwisowania na chodzącym obiekcie.

• obsługa bardzo dużych obiektów (do 400tys. punktów systemowych) – możliwość rozbudowy

• możliwość równoczesnego programowania z kilku stacji roboczych – możliwość łatwego serwisownia

• możliwość podłączenia urządzeń pomiarowych i wykonawczych o różnych standardach komunikacji – łatwa rozbudowa

• Dostęp zdalny – możliwość podejrzenia z poza firmy

• Możliwość integracji z systemami warstwy wyższej, klasy ERP – możliwość współpracy

• Zapewnienie migracji do wyższych wersji oprogramowania – zachowanie wiedzy

Systemy SCADA, producenci

Siemens: WinCC

InTouch: Wonderware

GE: HMI CIMPLICITY, iFIX

LabView: National Instruments

MAPS: Mitsubishi

TelSter: TelWin

EDS: Transition Technologies

I bardzo dużo innych…

Systemy SCADA, konsumenci

Przemysł – linie produkcyjne, procesy separowane, łatwe w zatrzymaniu/wznowieniu

Cechy różniące systemy SCADA i DCS• Centralizacja bazy – synchronizacja i komunikacja

HMI/logika, adresacja punktów, alarmy

• Wielkość obiektu (zazwyczaj – nie reguła)

• Rodzaj sterowania ciągłe/dyskretne

• Odporność

• Szybkość działania

• Cena

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

7 pytań od Siemensa DCS czy SCADA

Cechy różniące systemy SCADA i DCS• Centralizacja bazy – synchronizacja i komunikacja HMI/logika,

adresacja punktów, alarmy• Wielkość obiektu• Rodzaj sterowania ciągłe/dyskretne• Odporność• Szybkość działania• CenaRóżnice stopniowo się zacierają i systemy rozszerzają się w obu kierunkach, tak że obecnie praktycznie pokrywają się funkcjonalnością.

DCS = SCADA + PLC