DCS vs. PLC/SCADA
DCS vs. PLC/SCADA
Como decidir qual usar?
Como decidir qual usar?
Ana Rodrigues, I IA AS
Ana Rodrigues, I IA AS
Carlos Campos, I IA AS
Carlos Campos, I IA AS
Siemens Ltda.
Siemens Ltda.
DCS x PLC/SCADA
DCS x PLC/SCADA
Estereótipos Clássicos de DCS x PLC/SCADA
Estereótipos Clássicos de DCS x PLC/SCADA
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Eletromecânicos
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Controladores
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Pneumáticos & Single
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Loop
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Produtos
Produtos
Manufaturados…
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Linguagem Típica de
Linguagem Típica de
Configuração
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DCS x PLC/SCADA
Process-Industries
Hybrid-Industries
Factory-Industries
A SIEMENS é o único fornecedor de automação com significativa
presença tanto no mercado de DCS quanto no de PLC/SCADA.
PLC / SCADA
DCS
P ow er R ef in er y W at er C he m ic al s O il & G as P ul p & P ap er M et al /M in in g P ha rm ac eu tic al s G la ss A ut om ot iv e Fo od & B ev er ag e E le ct ro ni csDCS x PLC/SCADA
Uma das mais significativas tendências em
automação é a convergência entre DCS e PLC/SCADA
PLC
DCS
DCS x PLC/SCADA
Sistemas Híbridos
* Ref: Artigo técnico “Sistemas de Controle Híbrido”, Revista Intech n.62
Os sistemas híbridos surgiram como uma fusão das características
dos sistemas SDCD e SCADA.
Arquitetura Aberta
Configuração típica para sistemas híbridos:
cliente/servidor
em Ethernet TCP/IP a fim de garantir a performance do sistema
Rede de Dispositivos:
padrão de mercado (ASI e Profibus DP)
Rede de Instrumentação:
padrão de mercado (Profibus PA)
Controladores:
tempos de execução de algoritmos de controle
na ordem de 100ms, forte integração entre controladores e sistema
de operação, sistema de E/S distribuído, configurados na mesma
estação de engenharia que configura as estações de operação
Rede de Controle:
padrões de redes abertas para comunicação
rápida e determinismo entre controladores; tendência para
Ethernet Industrial
Servidor de Dados:
função de leitura dos dados do controlador
e disponibilizá-los para as estações clientes
Servidor de Aplicação
: para alta disponibilidade, atua como
servidor de aplicação provendo telas, alarmes, tendências,
relatórios, etc para as estações clientes, e servidor de dados
históricos.
DCS x PLC/SCADA
Sistemas Híbridos
* Ref: Artigo técnico “Sistemas de Controle Híbrido”, Revista Intech n.62
Estação de Engenharia:
reúne todas as funcionalidades de
engenharia dos softwares dos controladores e das estações de
visualização;
Redundância
: redundância de servidores, controladores e rede
de controle;
Facilidade de Diagnóstico de Manutenção
: diagnóstico
avançado via faceplates de dispositivos gerados automaticamente
no WinCC a partir da configuração de hardware do SIMATIC
Manager; o hardware utilizado no sistema de E/S possui as
funcionalidades de alto diagnóstico de cada módulo e troca a
quente
Base de Dados Única
: integra em uma única base de dados a
ferramenta de configuração do controlador e do sistema de
visualização
DCS x PLC/SCADA
Sistemas Híbridos
* Ref: Artigo técnico “Sistemas de Controle Híbrido”, Revista Intech n.62
Utilização de Bibliotecas e Orientação a Objetos
: filosofia da
norma IEC 61131-3 para modularização e reutilização de aplicativo
de controle e visualização;
Programação do Controlados usando a Norma IEC 61131-3
:
programação em IL, LD, FBD, ST (SCL), SFC (S7-GRAPH)
Utilização de Algoritmos Especiais e de Controle Avançado
Integração entre Aplicativos
: integração total das aplicações
existentes no sistema que passam a ser componente de um
multi-projeto que contém todos os aspectos de uma base de dados
única (controle, visualização, redes de controladores, de
comunicação, instrumentação e de dispositivos)
DCS x PLC/SCADA
Apesar das similaridades, DCS e PLC foram
desenvolvidos com diferentes objetivos
o n tr o le d e M o vi m e n to e g u ra n ça d e M á q u ina L ó g ic a d e A lta V e lo c. S e g u ra n ça P ro ce ss o s C o n tr o le d e B ate la d a C o n tr o leC o n tí n u o
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DCS x PLC/SCADA
Resumo
Convergência de DCS e PLC/SCADA
Devemos primeiro analisar os requisitos da nossa
aplicação
Características de processo vs. discreto
Depois devemos analisar nossas expectativas de
engenharia
Funcionalidade “Out-of-the-box” vs. “roll-your-own”
Traditional trade-offs
Prós e contras de soluções baseadas em DCS e PLC
Plataformas Comuns – o objetivo
Quais são os benefícios
Siemens S7 / WinCC vs. PCS 7
O quê é igual, o quê é diferente? Prós e contras de cada
DCS x PLC/SCADA
Do ponto de vista tecnológico, DCS e
PLC/SCADA têm várias similaridades
DCS
PLC
Controller Controller Supervisory Control Business Integration Supervisory Control Business Integration Engineering Engineering I/O RTD, T/C, mA, etc. I/O 24 Vdc, 120 Vac, etc.IM 152 IM 1528 DI 4AI 4DO 4DO
4DO 4DO HMI HMI Network Network Field Device Field Device
DCS x PLC/SCADA
Perguntas chave para determinar qual
tecnologia atende melhor sua aplicação…
O quê você produz e como?
O valor do seu produto e o custo de parada
O quê você enxerga como “o coração do seu sistema”?
As necessidades do operador
Requisitos de Performance
DCS x PLC/SCADA
O quê você produz? Como?
Envolve a manufatura e/ou
montagem de itens específicos (acron. “Peças”)
Você consegue visualizar o
produto progredindo ao longo do processo
Controle lógico de alta velocidade
Envolve a combinação e/ou
transformação de matéria-prima (acron. “Produto”)
Normalmente é impossível
visualizar o resultado até que o produto esteja completamente produzido
Combinação de controle
regulatório (loop) e batelada (sequencial)
Peças vs. Produto…
DCS x PLC/SCADA
Valor do produto e custo de parada
O valor de cada produto
independente que está sendo manufaturado é relativamente baixo
Uma parada resulta em perda de
produção – a qual pode ser recuperada rapidamente
Uma parada tipicamente não
danifica o processo
O valor de uma “batelada” pode
ser muito alto (tanto em custo da matéria-prima quanto do produto final)
Uma parada não resulta somente
em perda de produção, pode resultar também em condições perigosas
Em alguns casos, uma parada
pode resultar em dano ao processo (ex: o produto endurece)
Qual é o valor do seu produto?
O quê acontece se o processo pára?
DCS x PLC/SCADA
O coração do sistema
Tipicamente o controlador O controlador contém toda a
lógica para automaticamente mover o produto ao longo da linha de produção
A IHM é usualmente um painel de
operação montado na própria máquina ou um PC
Tipicamente a IHM
Como usualmente você não pode
visualizar o produto, a IHM
oferece a única possibilidade de visualizar o processo
A IHM é usualmente um console
na sala de controle central
O quê você considera o coração do sistema?
DCS
PLC / SCADA
DCS x PLC/SCADA
Necessidades do operador
O papel principal do operador é
tratar exceções
Informações de status e alarme
das exceções é a chave para manter o operador alertado sobre o quê está acontecendo no
processo
A produção pode ser possível
“às cegas”
A interação do operador é
usualmente necessária para manter o processo ativo
Faceplates e trends analógicos
são críticos para visualizar o quê está acontecendo no processo
Gerenciamento de Alarmes é
fundamental para a operação segura do processo
Uma falha na IHM pode forçar
uma parada do processo
O quê o operador precisa para ter sucesso?
DCS
PLC / SCADA
DCS x PLC/SCADA
Requisitos de performance
O scan das lógicas deve ser 10
ms ou menos; especialmente nas aplicações que envolvem controle de movimento
Normalmente o custo de um
sistema redundante não é justificado
O sistema pode ser passado para
offline para alterar-se a configuração
Controle analógico: Somente
PIDs simples
Os loops de controle devem rodar
com scan de 100 a 500 ms
A redundância do sistema é
usualmente necessária para aumentar a disponibilidade
Alterações online da configuração
são normalmente necessárias para afinar a estratégia de controle
Controle analógicos: PID simples
+ Avançado (Cascata, Ratio, Feedforward, Split Range)
Quais são os requisitos gerais de performance do sistema?
DCS x PLC/SCADA
Customização
Devido às necessidades únicas
da aplicação, há uma
necessidade de desenvolver rotinas customizadas
Bibliotecas Standard podem ser
utilizadas como base
Deve ser prevista a possibilidade
de integrar funções / produtos em uma arquitetura integrada
Muitos algoritmos (ex: PID) são
muito complexos, e não variam de aplicação para aplicação
Bibliotecas Standard são
esperadas
Espera-se que o sistema (do
dispositivo de campo até o console) funcione como uma solução completa
Você espera que o sistema venha com “todas” as funções
standard?
DCS
PLC / SCADA
DCS x PLC/SCADA
Expectativas de engenharia
Programar / configurar
componentes individuais
integrar depois (“bottom up”)
Desejo de soluções
customizadas
Design direto do sistema completo
antes mesmo da implementação começar (“top down”)
Desejo de soluções baseadas em
funcionalidades “prontas”
O sistema deve ser desenhado de
modo que seja “fácil” a engenharia de aplicações para processos
A utilização de funções
pré-definidas e pré-testadas
economiza significativamente o tempo gasto na engenharia
DCS x PLC/SCADA
O objetivo – plataformas comuns
Como vimos, a diferença tecnológica entre o DCS e
PLC/SCADA é pequena
Entretanto, pode ser significativa dependendo dos requisitos
da aplicação
O grande benefício para muitas empresas é uma plataforma
comum, engenharia comum, e rede de comunicação
comum para sistemas discretos e de controle de processos
Filosofia da Siemens – Produtos são criados como
componentes modulares de tal maneira que podem ser
reutilizados dependendo da aplicação do cliente
DCS x PLC/SCADA
Ambiente de engenharia
C
omponentes similares – aplicações diferentes
Logic
& Interlocking
Machine
Control
Machine
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“Basic”
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BIBLIOTECAS
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SCL
SFC
Safety Matrix
CFC
SIMATIC Mgr.
SIMATIC Batch
PDM
I/E Asst.
IEC
Dist. Safety
PCS 7
STEP 7
PCS 7 ES TOOLS
DCS x PLC/SCADA
Ambiente de operação
C
omponentes similares – necessidades diferentes
Logic
& Interlocking
Machine
Control
Machine
Safety
“Basic”
Process Ctrl.
Process
Safety
“Advanced”
Process Ctrl.
Batch
APLICAÇÃO
FUNÇÕES
DISPOSITIVO
PB Replacement
Process Visualization
Alarm Processing
Alarm Management
Trending
SFC Visualization
Faceplates
Redundancy
Diagnostics
Asset Management
DCS x PLC/SCADA
