DCS i SCADA W2: Architektura systemów DCS i SCADA podobieństwa i różnice Sebastian Plamowski
Pytania do poprzedniego wykładu 1. 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 historyczny Rozwój 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 historyczny Westinghouse Westinghouse acquires Hagan and merges with R&D center, PRODAC First Digital Computer Control P250, P2000, W2500 & 7300 Systems WDPFII UNIX Workstations Acquired By Emerson Simulation and Optimization platforms 1916 Westinghouse & Hagan 1960 1970 1980 1990 2000 2013 Tesla Westinghouse P50 -- First Mini-computer WDPF Distributed Control & Information System Open Platform 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 funkcjonalność Perspektywa 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 funkcjonalność Perspektywa 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 funkcjonalność Perspektywa 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 ciagłymi
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 funkcjonalność Perspektywa 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 DCS funkcjonalność Perspektywa 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 DCS funkcjonalność Perspektywa 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 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 Cena Różnice stopniowo się zacierają i systemy rozszerzają się w obu kierunkach, tak że obecnie praktycznie pokrywają się funkcjonalnością. DCS = SCADA + PLC