DCS vs. PLC/SCADAComo decidir qual usar?

Ana Rodrigues, I IA ASCarlos Campos, I IA ASSiemens Ltda.

DCS x PLC/SCADA

Estereótipos Clássicos de DCS x PLC/SCADA

Característica PLC DCS

Surgimento 1960’s 1975

Substituição de…Relés

Eletromecânicos

Controladores Pneumáticos &

Single LoopProdutos

Manufaturados…“Pecas” “Produto”

Aplicação Clássica Automotiva Refinaria

Tipo de Controle Discreto Regulatório

Linguagem Típica de Configuração

Lógica “Ladder” Blocos de Função

Tempo de Execução das Lógicas

20 ms ou menos 100 ms – 1 sec

Tamanho Compacto Grande

DCS x PLC/SCADA

Process-Industries Factory-IndustriesHybrid-Industries

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

PLC / SCADADCS

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DCS x PLC/SCADA

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

PLC DCS

Mas o quê “convergência” realmente significa?

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

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PLC DCS

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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

Grau de customização desejado

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…

PLC / SCADA DCS

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?

PLC / SCADA DCS

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?

DCSPLC / 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?

DCSPLC / 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?

DCSPLC / SCADA

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?

DCSPLC / 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

Qual é sua expectativa do sistema de engenharia?

DCSPLC / SCADA

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

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

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