1 5 - DCS vs PLC SCADA - Como saber Quando usar cada um deles V2 (W1 Rev 7)

DCS vs. PLC/SCADA Como decidir qual usar?

Ana Rodrigues, I IA AS Carlos Campos, I IA AS Siemens Ltda.

Estereótipos Clássicos de DCS x PLC/SCADA Característica DCS x PLC/SCADA

PLC

DCS

Surgimento

1960’s

1975

Substituição de…

Relés Eletromecânicos

Produtos Manufaturados… Aplicação Clássica

“Pecas”

Controladores Pneumáticos & Single Loop “Produto”

Automotiva

Refinaria

Tipo de Controle

Discreto

Regulatório

Linguagem Típica de Configuração

Lógi Lógica ca “Lad “Ladde der” r”

Bloc Bl ocos os de Funç Função ão

Tempo de Execução das Lógicas Tamanho

20 ms ou menos

100 ms – 1 sec

Compacto

Grande

A SIEMENS é o único fornecedor de automação com significativa presença tanto no mercado de DCS quanto no de PLC/SCADA.

DCS

PLC / SCADA

DCS x PLC/SCADA

r

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Process-Industries

sl a ci m e h C

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Hybrid-Industries

c a mr a h P

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B & d o o F

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Factory-Industries

s ic n or t c el E

Uma das mais significativas tendências em automação é a convergência entre DCS e PLC/SCADA DCS x PLC/SCADA

PLC

DCS

Mas o quê “convergência” realmente significa?

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. DCS x PLC/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.

Sistemas Híbridos * Ref: Artigo técnico “Sistemas de Controle Híbrido”, Revista Intech n.62 

DCS x PLC/SCADA

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

Sistemas Híbridos * Ref: Artigo técnico “Sistemas de Controle Híbrido”, Revista Intech n.62 Utilização

DCS x PLC/SCADA

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 multiprojeto que contém todos os aspectos de uma base de dados única (controle, visualização, redes de controladores, de comunicação, instrumentação e de dispositivos)

Apesar das similaridades, DCS e PLC foram desenvolvidos com diferentes objetivos DCS x PLC/SCADA

P o d a

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PLC

DCS

 

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to n e mi v e d a ç n ar u g e

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a B e d el or t n o C

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o u ní t n o C le or t n o C

Resumo DCS x PLC/SCADA



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 



Traditional trade-offs





Prós e contras de soluções baseadas em DCS e PLC

Plataformas Comuns – o objetivo





Funcionalidade “Out-of-the-box” vs. “roll-your-own”

Quais são os benefícios

Siemens S7 / WinCC vs. PCS 7

  

O quê é igual, o quê é diferente? Prós e contras de cada Com o quê devemos tomar cuidado

Do ponto de vista tecnológico, DCS e PLC/SCADA têm várias similaridades Business Integration Supervisory Control

DCS HMI

DCS x PLC/SCADA Engineering

Controller  Network I/O

Field Device RTD, T/C, mA, etc.

Business Integration Supervisory Control

PLC HMI

Engineering Field Device

Controller  Network 8 IM 15 2

D

I

AI4

DO 4

4 DO

D 4 O

DO 4

M 1 2 5 I

I/O 24 Vdc, 120 Vac, etc.

Perguntas chave para determinar qual tecnologia atende melhor sua aplicação… DCS x PLC/SCADA



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



Grau de customização desejado

O quê você produz? Como? Peças vs. Produto… DCS x PLC/SCADA 

Envolve a manufatura e/ou montagem de itens específicos (acron. “Peças”)



Envolve a combinação e/ou transformação de matéria-prima (acron. “Produto”)



Você consegue visualizar o produto progredindo ao longo do processo



Normalmente é impossível visualizar o resultado até que o produto esteja completamente produzido



Controle lógico de alta velocidade



Combinação de controle regulatório (loop) e batelada (sequencial)

PLC / SCADA

DCS

Valor do produto e custo de parada DCS x PLC/SCADA

Qual é o valor do seu produto? O quê acontece se o processo pára? 

O valor de cada produto independente que está sendo manufaturado é relativamente baixo



O valor de uma “batelada” pode ser muito alto (tanto em custo da matéria-prima quanto do produto final)



Uma parada resulta em perda de produção – a qual pode ser  recuperada rapidamente



Uma parada não resulta somente em perda de produção, pode resultar também em condições perigosas



Uma parada tipicamente não danifica o processo



Em alguns casos, uma parada pode resultar em dano ao processo (ex: o produto endurece)

PLC / SCADA

DCS

O coração do sistema O quê você considera o coração do sistema? DCS x PLC/SCADA 

Tipicamente o controlador 



Tipicamente a IHM



O controlador contém toda a lógica para automaticamente mover o produto ao longo da linha de produção



Como usualmente você não pode visualizar o produto, a IHM oferece a única possibilidade de visualizar o processo



A IHM é usualmente um painel de operação montado na própria máquina ou um PC



A IHM é usualmente um console na sala de controle central

PLC / SCADA

DCS

Necessidades do operador  O quê o operador precisa para ter sucesso? DCS x PLC/SCADA



O papel principal do operador é tratar exceções



A interação do operador é usualmente necessária para manter o processo ativo



Informações de status e alarme das exceções é a chave para manter o operador alertado sobre o quê está acontecendo no processo



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



A produção pode ser possível “às cegas”

PLC / SCADA

DCS

Requisitos de performance Quais são os requisitos gerais de performance do sistema? DCS x PLC/SCADA









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



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)

O sistema pode ser passado para offline para alterar-se a configuração Controle analógico: Somente PIDs simples

PLC / SCADA

Customização DCS x PLC/SCADA

Você espera que o sistema venha com “todas” as funções standard? 





Devido às necessidades únicas da aplicação, há uma necessidade de desenvolver  rotinas customizadas



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

Bibliotecas Standard podem ser  utilizadas como base Deve ser prevista a possibilidade de integrar funções / produtos em uma arquitetura integrada

PLC / SCADA

DCS

Expectativas de engenharia Qual é sua expectativa do sistema de engenharia? DCS x PLC/SCADA



Programar / configurar  componentes individuais  integrar depois (“bottom up”)



Design direto do sistema completo antes mesmo da implementação começar (“top down”)



Desejo de soluções customizadas



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 prédefinidas e pré-testadas economiza significativamente o tempo gasto na engenharia

O objetivo – plataformas comuns DCS x PLC/SCADA

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

Ambiente de engenharia Componentes similares – aplicações diferentes APLICAÇÃO DCS x PLC/SCADA

Batch “Advanced” Process Ctrl. Process Safety “Basic” Process Ctrl. Machine Safety Machine Control Logic & Interlocking

LINGUAGENS SFC

FERRAM. BIBLIOTECAS SIMATIC Batch I/E Asst.

PCS 7

Safety Matrix PDM

CFC PCS 7SCLES TOOLS S7 Graph Function Block Ladder Logic Statement List SIMATIC Mgr.

STEP 7

Dist. Safety

IEC

Ambiente de operação Componentes similares – necessidades diferentes APLICAÇÃO DCS x PLC/SCADA

Batch

FUNÇÕES SFC Visualization

Asset Management “Advanced” Process Ctrl. Redundancy Alarm Management Process Safety Faceplates “Basic” Process Ctrl. Trending Machine Safety Diagnostics Machine Alarm Processing Control Process Visualization Logic PB Replacement & Interlocking

DISPOSITIVO

S7 e WinCC são a base para uma arquitetura integrada PCS 7 é uma solução completa

DCS x PLC/SCADA

Componentes SIMATIC Standard + Anos de experiência da Siemens e do usuário = SIMATIC PCS 7 O PCS 7 foi lançado em 1997, com 3 updates principais Há um significativo esforço para desenvolver e testar o sistema de modo a garantir a performance do PCS 7

DCS x PLC/SCADA