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