Industriele computers

Ministerie van Verkeer en Waterstaat

Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer

Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/ Industriele computers Deelonderzoek Marktverkenning Componenten DVAAsysteem 5 September 2002

Ministerie van Verkeer en Waterstaat

DireCtOTaat-GeTieraal Rijkswaterstaat Adviesdienst Verkeer en Vervoer

Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/ Industriële computers Deelonderzoek Marktverkenning Componenten DVMsysteem 5 september 2002

MATCH Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers

JVünïsterie van Verkeer en Waterstaat

ICT Solutions B.V. Project

MATCH

Document ID

ICT2002.17.0049

Auteur(s)

R. Fiering, W. Blokvoort, M. Wassenaar, F. Kleisman, E. Oude Middendorp

Status

Definitief

Datum

5 september 2002

Classificatie

Beperkt

Versie

2.0

Geprint

11/09/02 13:57

Bestandsnaam

ICT2002.17.0049.doc

Historie isiWi

•liiiiiiii iiiiii

iüiiiÉ

itilli

0.1

2 juli 2002

Allen

Concept versie

1.0

9 juli 2002

Allen

Extern voorstel van ICT naar AVV en MD

1.1

12 juli 2002

Frans Kleisman

Extern voorstel van ICT naar AVV en MD met verwerkte opmerkingen van AVV en MD a.d.h.v. versie 1.0

1.2

13 augustus 2002

Ruud Fiering

Intern voorstel met verwerkte opmerkingen van AVV en MD a.d.h.v. versie 1.1

1.3

16 augustus 2002

Ruud Fiering

Extern voorstel met verwerkte opmerkingen van AVV en MD a.d.h.v. versie 1.1

2.0

5 september 2002

Ruud Fiering

Defintieve versie met verwerkte opmerkingen van AVV en MD a.d.h.v. versie 1.3 Distributie

0.1

3 juli 2002

1.0

9 juli 2002

ri

;

12 juli 2002

iiiiinii

Ilifi

J. Koers, B. Sieverdink, A. Rissewijck

ICT Solutions

ER. van der Ster

RWS AVV

G. Mol

RWS AVV

A.C.J. Beekman

RWS MD

J.C. Spek

RWS MD

E.R. van der Ster

RWS AVV

G. Mol

RWS AVV

A.C.J. Beekman

RWS MD

J.C. Spek

RWS MD

1.2

13 augustus 2002

M. Ruijs, W. Wijnia

ICT Solutions

1.3

16 augustus 2002

G. Mol

RWS AVV

A.C.J. Beekman

RWS MD

E.R. van der Ster

RWS AVV

2.0

5 september 2002

Dit document is eigendom van ICT Solutions B.V. Niets uit deze uitgave mag worden verveelvoudigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke wijze ook, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de eigenaar. © 2002 ICT Solutions B.V. Alle rechten voorbehouden.

2-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering, W. Blokvoort.

Versie: 2 0 Status: Definitief

ICT2002 17.0049 S september 2002

Inhoudsopgave 1 Samenvatting

5

2 Introductie 2.1 Doel 2.2 Context 2.3 Scope 2.4 Termen en afkortingen 2.5 Referenties 2.6 Overzicht

7 7 ..7 .....9 9 10 11

3 Communicatiestandaarden 3.1 Inleiding 3.2 Standaarden 3.3 Profibus 3.3.1 Wat is Profibus 3.3.2 Architectuur van Profibus 3.4 CAN-bus 3.4.1 Wat is CAN-bus 3.4.2 Architectuur van CAN-bus 3.5 TCP/IP 3.5.1 Wat is TCP/IP 3.5.2 TCP/IP Architectuur

12 12 12 15 15 .15 .17 17 .17 18 18 18

3.6 OPC

19

3.6.1 Historie 3.6.2 Wat is OPC 3.6.3 OPC Architectuur 3.6.4 Kenmerken 3.7 Communicatie media

19 19 19 20 21

4 PLC Systemen 4.1 Historie 4.2 Basisprincipes en kenmerken 4.2.1 Opbouw PLC-systernen 4.2.2 SoftPLC en PLC-insteekkaart 4.2.3 Interfacemogelijkheden 4.2.4 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie-ontwikkeling 4.2.5 Bedrijfszekerheid 4.2.6 Ondersteuning op langere termijn 4.3 Softwarestandaarden 4.3.1 IEC 61131-3 4.4 Vergelijking van bekende PLC-systemen

23 23 24 25 26 26 26 27 27 28 28 30

5 SCADA 5.1 Basisprincipes en kenmerken 5.1.1 Opbouw SCADA-systemen 5.1.2 Interface-moge lijkheden 5.1.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie-ontwikkeling 5.1.4 Bedrijfszekerheid 5.1.5 Ondersteuning op langere termijn 5.1.6 Software standaarden 5.1.7 Vergelijk van bekende SCADA-pakketten

31 31 35 37 37 38 38 38 38

6 DCS Systemen 6.1 Basisprincipes en kenmerken 6.1.1 Opbouw DCS-systemen

41 41 41

3-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriéle computers

i^^Tf*

R Fiering, W Blokvoort,

it ^ t e * »

ICT2002.1 7 0049 Versie: 2 0 Status Definitief

5 september 2002

6.1.2 Interface moge lijkheden 6.1.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie-ontwikkeling 6.1.4 Bedrijfszekerheid 6.1.5 Ondersteuning op langere termijn 6.2 Hardwarestandaarden 6.3 Softwarestandaarden 6.4 Vergelijk van bekende DCS-systemen

42 43 43 43 44 45 .45

7 Industriële Computers 7.1 CompactPCI 7.1.1 Opbouw 7.1.2 Interfacemogelijkheden 7.1.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie-ontwikkeling 1.1.4 Bedrijfszekerheid 1.1.5 Ondersteuning op langere termijn 1.2 VME 1.2.1 Opbouw 1.2.2 Interfacemogelijkheden 1.2.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie-ontwikkeling 1.1.4 Bedrijfszekerheid 1.1.5 Ondersteuning op langere termijn 1.3 Industriële PC 1.3.1 Opbouw 1.3.2 Interfacemogelijkheden 1.3.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie-ontwikkeling 1.1.4 Bedrijfszekerheid 1.1.5 Ondersteuning op langere termijn 1.4 Slotopmerking industriële computers

46 46 47 48 50 50 51 52 52 53 53 54 54 55 55 55 56 56 57 ...57

8 Referentieprojecten

58

9 Toepasbaarheidsanalyse 9.1 Communicatiestandaarden en SCADA/OPC 9.1.1 Communicatiestandaarden 9.1.2 SCADA/OPC 9.2 PLC/DCS/Industriële computer 9.2.1 Besturingssysteem 9.2.2 Interne bus 9.2.3 Interface met datacomnetwerk 9.2.4 Sensor/Actuator interface 9.2.5 Omgevingscondities 9.2.6 Beschikbaarheid 9.3 Samenvatting toepasbaarheid

61 61 61 61 63 63 64 64 64 65 65 65

10 Mogelijke Oplossingen 10.1 PLC/SCADA 10.2 SCADA-alternatief: OPC-funktionaliteit 10.3 Industriële Computers (CompaqPCI/VME) 10.4 Industriële Computers (industriële PC) met PLC

66 66 68 70 .72

11 Conclusie en overweging 11.1 Conclusie 11.2 Overwegingen

74 74 74

4-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers

idf^T

R. Fiering, W Blokvoort,

1 \»*

ï

ICT20C2 1 7.0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

1 Samenvatting Het MATCH project betreft een marktverkenning van commerciële producten (COTS). Een onderdeel van dit project is de marktverkenning naar PLC, SCADA, DCS en Industriële Computersystemen die geschikt zijn voor het Universele Weg kant Platform (UWP). Op het UWP worden sensoren en actuatoren aangesloten. Voor deze connecties wordt ook een verkenning gedaan naar communicatiesystemen en veldbussen. Communicatiesystemen hebben reeds een lange historie in de kantoorautomatisering waar ze veelvuldig zijn toegepast. Dit zijn echter geen realtime communicatiesystemen, omdat er geen gegarandeerde transport - en update-tijd is van het berichtenverkeer. Daarentegen hebben de industriële veldbussen wel een gegarandeerde transport- en update-tijd en zijn dus meer geschikt voor realtime systemen. Daarnaast bieden de veldbussystemen een grote diversiteit aan koppelingsmogelijkheden naar de actuatoren en sensoren. Er zijn duidelijke standaarden gedefinieerd voor de veldbussystemen, hetgeen een grot e compatibiliteit garandeert. PLC systemen hebben hun oorsprong als vervanger van de relais besturingstechniek. Hedendaagse PLC systemen zijn krachtige besturingscomputers voor de besturing en registratie van industriële processen met sterke realtime eigenschappen. PLC systemen worden op een eenvoudige wijze gekoppeld met veldbus systemen, waarbij slechts configuratie noodzakelijk is om de veldsignalen te lezen of de uitgangssignalen naar het veld te versturen. Ook voor de koppeling van de PLC naar de bove nliggende systemen als SCADA of industriële computers biedt de PLC goede interface -mogelijkheden door middel van seriële lijnen of communicatiebussen als veldbussen of ethernet. Daarnaast is de PLC uitermate geschikt voor realtime besturingen en de registratie van procesdata; hiertoe kan men de gestandaardiseerde programmeertaal (IEC 61131-3) gebruiken die door PLC leveranciers wordt ondersteund. De standaard IEC 61131 -3 zorgt voor een portabiliteit van de software tussen verschillende PLC platformen. Door deze standaard te hanteren wordt aan drie basiseisen voldaan van: hard - en software worden gescheiden, er zijn meerdere leveranciers die de hardware kunnen leveren en er zijn meerdere leveranciers die voor het UWP software kunnen ontwikkelen. SCADA systemen worden gebruikt voor het verzamelen, beheren en uitwisselen van procesgegevens en voor procesvisualisatie. Ze zijn opgebouwd uit een SCADA server en één of meerdere SCADA clients voor visualisatie en bediening. De SCADA server is een uniform intermediai r tussen de besturingssystemen en bovenliggende systemen, daarnaast kan de SCADA server verschillende signalen bewaken op grenswaarden en alarmen genereren bij het onder- of overschrijden van de grenswaarden. DCS systemen hebben hun oorsprong in de chemis che en petrochemische industrie en zijn ontworpen voor het besturen en beheersen van grote continue processen met veel signalen van en naar het veld (actuatoren en sensoren). DCS-en zijn gedistribueerde besturingssystemen waarbij de bediening en visualisat ie op het centrale systeem plaatsvinden en de besturingsmodules, inclusief de koppeling naar het veld, decentraal in het veld zijn opgesteld. Kenmerken van DCS systemen zijn: veel I/O (veldsignalen), korte responsetijden, grafische interface, dedicated hardware en software. Het laatste kenmerk maakt dat ze duurder zijn en dat DCS systemen niet zo open en uitwisselbaar zijn als de overige systemen. "Industriële computers" is een verzamelnaam voor computers die geschikt zijn voor een industriële omgeving, waar computers onder zwaardere condities moeten functioneren dan in een kantooromgeving. Daarnaast worden ook hogere eisen gesteld aan de betrouwbaarheid van een industriële computer ten opzichte van een kantoor PC. In de verkenning zijn de CompactPCI, VME e n industriële PC's van de industriële computer systemen beschouwd. Alle systemen zijn zeer open en kunnen flexibel worden opgezet, zowel software - als hardwarematig. Uitgaande van het palet aan systemen die binnen deze verkenning onder de loep zijn genom en en op grond van een goede kostprijs door een brede concurrerende markt met vele leveranciers, flexibiliteit en betrouwbaarheid kan men het volgende zeggen: De koppeling van de actuatoren en sensoren is te realiseren middels de veldbus. Voor veldbussen als bijvoorbeeld Profibus of CAN -bus zijn vele componenten op de markt verkrijgbaar en is er een ruime concurrentie op de markt die een goede prijs -/kwaliteitsverhouding garanderen. Ook kan men de leverancier van de actuatoren en sensoren vragen de actuato ren en sensoren te voorzien van een veldbus -interface. Op deze wijze kunnen de componenten direct aan de veldbus worden gekoppeld, wat weer een vermindering van hardware-componenten geeft die anders voor de elektrische koppeling nodig zijn. De veldbus kan men vervolgens aansluiten op zowel industriële computers als PLC's waardoor een breed scala aan mogelijkheden ontstaat (zie Hoofdstuk 10).

5-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/lndustnele computers R. Fiering. W. Blokvoort,

Ï^^'T' II'«SS* i



Bij toepassing van een DCS systeem zullen vooral de eisen 'brede concurrentie in componenten' en 'veel leveranciers' niet haalbaar zijn daar je hierbij kiest voor een totaal -oplossing van één leverancier. Als kantekening moet hierbij gezegd worden dat in het kader van dit vooronderzoek niet diep ingegaan is op alle technische aspecten van de verschillende systemen. Om tot een goed advies te komen zal hier verder onderzoek naar gedaan moeten worden en zullen ook de nog verder uit te werken eisen en wensen hierin betrokken dienen te worden.

6-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R Fiering, W, Blokvoort,

l|f*T ü ^8S* «


ICT2002 17 0049 5 september 2002

2 Introductie 2.1 Doel Het MATCH project betreft een marktverkenning van COTS prod ucten op basis van de Architectuur voor VerkeersBeheersing (AVB) en de Applicatie Componenten Topologie (ACT). Een onderdeel van de marktverkenning is een onderzoek naar de toepasbaarheid van PLC, SCADA, DCS en Industriële Computer systemen voor het Universele Wegkant Platform (UWP). Een UWP bestaat uit diverse componenten (onder andere processing unit, communicatie unit, enz.). Binnen het kader van deze verkenning wordt gekeken naar: Q Communicatiesystemen en veldbussen Q PLC systemen D SCADA systemen Q DCS systemen Q Industriële computersystemen Van Q Q Q

deze systemen worden de volgende aspecten behandeld: Basisprincipes en actuele ontwikkelingen Analyse van het gebruik als UWP Toepassingen in de verschillende branches

Aan de hand van de verkenning wordt een aantal topologieën geschetst voor het toekomstige UWP, rekeninghoudend met vervanging van de bestaande UWP.

2.2 Context In het kader van de marktverkenning, voor componenten ten behoeve van het UWP, wordt gekeken vanuit de context van het wegkantstation. De opzet van het document is zodanig gekozen dat eerst de algemene onderdelen besproken worden die in de navolgende systemen als PLC, SCADA, DCS en Industriële computer systemen worden toegepast. Binnen de marktverkenning worden de volgende systemen onderzocht: O

Communicatiestandaarden Communicatiesystemen hebben een lange historie in de kantooromgeving. In de loop van de jaren zijn verschillende standaarden gedefinieerd. De ontwikkeling loopt van point -to-point communicatie tot de huidige buscommunicatie zoals Ethernet en Token-Ring. Veldbus is een oplossing voor de communicatie die zich afspeelt in de realtime (productie) omgeving. Hierbij worden kleine databerichten verstuurd binnen een gegarandeerde tijd. Veldbussen worden ingezet voor de koppeling naar actuato ren en sensoren in het veld.

Q

PLC systemen PLC systemen zijn oorspronkelijk de vervanging van de relais besturingssystemen. Vandaag de dag zijn PLC systemen krachtige computers die specifiek zijn ontworpen voor het besturen en registreren van industriële processen met een verscheidenheid aan actuatoren en sensoren.

Q

SCADA systemen SCADA systemen worden toegepast in industriële omgevingen voor het verzamelen en beheren van procesdata. Via verschillende communicatiemogelijkheden kan de procesdata uitgewisseld worden met andere systemen. Middels user-interfaces kan men processen grafisch visualiseren voor monitoring en bewaking.

•

DCS systemen DCS systemen worden toegepast in zware industriële omgevingen. Het gaat hierbij om totaaloplossingen van user-interface tot en met besturing. DCS systemen kunnen grote hoeveelheden veldsignalen verwerken. Jarenlang is er een duidelijk verschil tussen DCS en PLC/SCADA systemen geweest. Dit is langzaam aan het verdwijnen.

7-74 [MATCH) Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R, Fiering, W. Blokvoort,

i $"*'"W* «^tó* »

Versie: 2.0 Status: Definitief

ICT2002 17 0049 5 september 2002

Industriële computersystemen Industriële computersystemen zijn op te splitsen in twee soorten. De eerste soort is een modulair opgebouwde computer met een hele range van interface insteekkaarten, de tweede soort is een industriële (zware) uitvoering van een normale PC. De eerste soort wordt gebruikt voor re altime besturingen en de tweede als robuust platform voor database, SCADA, MES applicaties in de industriële automatisering.


| jïlSiillipin


i \»*

i

ICT2002.17 0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

2.3 Scope De scope van de marktverkenning voor de componenten omvat: Q De kenmerken (sterke en zwakke punten) van: Communicatiesystemen en veldbussen PLC systemen SCADA systemen DCS systemen Industriële computersystemen O Toepassing van soft-PLC of maatwerksoftware op Industriële Computersystemen. Q De belangrijkste standaarden op zowel hard - als softwaregebied: Profibus CAN-bus TCP/IP IEC 61131 programmeernorm voor PLC's OPC server / OPC cliënt communicatie voor SCADA ü Belang van toepassing van standaarden voor het creëren van een hoge mate van leveranciers onafhankelijkheid. Q Beheer en onderhoud op afstand via netwerken. D Grootste leveranciers op de PLC - en SCADA-markt met: Bespreking van hun producten Ondersteuning van hun producten Q Bespreking van een aantal referentieprojecten op PLC / SCADA gebied in diverse industrieën. • Analyse van het toepassen van de verschillende concepten voor het UWP, rekening houdend met: Hardwarekosten Licentiekosten Interfaces naar het veld en de verkeerscentrales Schatting applicatie-ontwikkeling Hergebruik / flexibiliteit Beheermogelijkheden op afstand Beschikbaarheid Onderhoudskosten Ondersteuning op lange termijn (zowel soft - als hardware)

2.4 Termen en afkortingen WMMmMMMïi-iiïïïï^ïfïm

iliilililBiiill Kernel

Kern component van een operating system

Event Driven

Actie op basis van gebeurtenis

Pollen

Het regelmatig ophalen van data

9-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R Fiering, W Blokvoort

Versie 2 0 Status Definitief

ICT2002 17 0049 S september 2002

iÏBsiiii:

ATM BPS CAN COTS

CT-bus DCS DDE DIN ISO MES MTBF ODBC OEM OPC OSI PCI PDU PLC Profibus PXI

RTDB SBC SCADA SQL STD TCP/IP UPS UWP VME VXI

ililiil

Asynchronous Transfer Mode Board Support Package Controller Area Network Commercial Off The Shelf Computer Telephony bus Distributed Control System Dynamic Data Exchange Deutsches Institut für Normung International organisation for Standardisation Manufacture Execution System Mean Time Between Failure Open DataBase Connectivity Original Equipment Manufactures OLE for Process Control Open System Interconnection Peripheral Component Interconnect Protocol Data Unit Programmable Logic Controller Proces Fieldbus Pci eXtensions for Instrumentation Realtime Tag DataBase Single Board Computer Supervisory Control And Data Acquisition Structured Query Language Subscriber Trunk Dialing Transmission Control Protocol/Internet Protocol Uninterruptible Power Supply Universeel Wegkant Platform Versa Module Europe Vme eXtensions for Instrumentation

2.5 Referenties

IBIliBilllillil [avv97-2]

Vooronderzoek ontwerp voorbeeldplatform wegkantstation Conceptuele eisen

[hta97]

Onderzoek Systeemprogrammatuur wegkantstations Vooronderzoek ontwerp voorbeeldplatform wegkantstation Memo 'criteria wegkantplatform (CONCEPT)'

10-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R Fiering, W Blokvoort,

iCT


ICT2002.17 0049 5 september 2002

2.6 Overzicht De basisprincipes, eigenschappen en de actuele ontwikkeling van de communicatiestandaarden worden beschreven in hoofdstuk 3. Aansluitend worden in hoofdstuk 4 de basisprincipes, eigenschappen en de actuele ontwikkeling van PLC-systemen behandeld. Vervolgens worden de SCADA systemen in hoofdstuk 5, DCS systemen in hoofdstuk 6 en Industriële systemen in hoofdstuk 7 op gelijke wijze behandeld. In hoofdstuk 8 worden enkele referentieprojecten benoemd. In hoofdstu k 9 wordt de toepassingsanalyse gedaan van de beschreven systemen en vervolgens worden in hoofdstuk 10 de mogelijke toepassingen van deze systemen gedaan aan de hand van topologieschetsen. In hoofdstuk 11 wordt als afsluiting de conclusie en een overweging geformuleerd.

11-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers

téfîP'

R Fiering. W Blokvoort,

1 \e&

I

ICT2002.17.0049 Versie: 2 0 Status Definitief

5 september 2002

3 Communicatiestandaarden 3.1 Inleiding In dit hoofdstuk gaan we een aantal communicatiestandaarden behandelen. Allereerst geven we een overzicht van tegenwoordig veel toegepaste communicatiestandaarden. Daarna zullen we een selectie uit deze tabel verder uitwerken in dit hoofdstuk. Tevens wordt de OPC standaard uitgewerkt. OPC is een standaard die tegenwoordig zeer populair is in de industriële automatiseringswereld. Als laatste zullen we tegenwoordige media behandelen die gebruikt kunnen word en voor de communicatie.

3.2 Standaarden Er zijn tegenwoordig een groot aantal standaarden voor de communicatie. Om hier een keuze uit te maken is het van belang dat de eigenschappen van de communicatievormen afgewogen worden tegen de wensen / eisen die een gebruiker aan zijn communicatie stelt. In onderstaande grafiek (Figuur 3.1) worden een groot aantal communicatievormen voor de onderste laag van procesautomatisering weergegeven in relatie tot hun toepassingsgebied en hun reactietijd.

Bestu ringsbus Komplexe Diereten

Eenvoudige Diensten

Byte

Bit

Sersorfactuator Bus

1 ms

10 ms

100 ms

1 s

10 s

Figuur 3.1 Veldbussen en hun eigenschappen

Vervolgens wordt er een tabel weergegeven van de overige eigenschappen van een aantal communicatie standaarden die veel toegepast worden.

12-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/lndustnële computers R. Fiering, W. Blokvoort,

Versie: 2.0 Status Definitief

ICT2002.17 0049 5 september 2002

ikiifebtbasigSl ;

:>Tö(JQJ:blgig::i;ï:;:I:i:f: Ring

:

Master/Slave MultiMaster Twisted pair

Bus Master/Slave MultiMaster Twisted pair

RS422

Aangepaste RS485

Aangepaste RS485

127

256

128

64

Begrensd door IP adres

200 m- 1200m 9,6 Kbit/s 12 Mbit/s 3 msec, 0.5 msec

400m 500 Kbit/s 1.43 msec

40m-1km 10 Kbit/s 1 Mbit/s 1 msec

50-5Q0m 125 Kbit/s 500 Kbit/s 2 msec

Loopt verder

Stilstand

Loopt verder

Loopt verder

100m 10 Mbit/s / 100 Mbit/s 3,2msec, 2,3 msec (bij 30% belasting) Stilstand/ Loopt verder

Bus

Ring Master/Slave

Master/Slave

Master/Slave MultiMaster

Optisch

Twisted pair. Optisch, Wireless

Twisted pair, Optisch

RS485

RS485

IliSiaxiiisaaHtai^ l ! |:•:: 254 |ât!örSi?s;i:i|:::;i:H4 5 m - 76Km i;;Slie|j50tÖf|S;::.i:::: 2.5 Mbit/s

JOommüiicalfeli : :

: :

1

: 1

: : : : : : : : : : : : : : : .••:: :: ::': : ::: !:::::£ : .:\ : • : : • • : " •

0,26 msec

iiiiiiiiiPi : S?;4ï::';i:i:;i!!"i:i™S^;«:; :!:;SitaÏ!UiS;!b|j:ieiëii:::>ï Stilstand

1.

2. 3.

We O Q Q

a

:jiB.ëvföe:Me: t ; :i;: : , : ;

i:|?ïöfiföüS;|sï::;f::.| ;lnt^küsii ;;r; : U;^ Bus

Bus/Ster Master/Slave MultiMaster Twisted pair, Optisch. Coax, Wireless Ethernet

Afstanden worden weergegeven in relatie tot medium (min. kwaliteit versus max. kwaliteit, bij lage snelheid). Gebruik van repeaters en optisch of wireless medium is in de getallen uitgesloten (met uitzondering van lichtbus). Metepeaters en/of optisch medium wordt de haalbare afstand aanzienlijk vergroot (afhankelijk van de standaard van 1 km tot wereldwijd). Glasvezel kan zonder versterker al afstanden bereiken tot 80 km. Het aantal dat hier wordt gegeven is het maximale aantal stations dat theoretisch adresseerbaar is. Zonder extra voorzieningen (bijvoorbeeld repeaters) zal dit, afhankelijk van het medium, beperkt worden door elektrische belasting van de bus. Overdrachttijd in configuratie van 10 stations met ieder 32 in en uitgangen.

zullen in dit document de volgende de standaarden behandelen: Profibus CAN-bus TCP/IP OPC

Er zijn nog meer standaarden op de markt zoals te zien is in de tabel, maar de bovengenoemde standaarden zijn meer gangbaar. Profibus en CAN -bus worden qua proceshiërarchie toegepast op veldbusniveau. Dit is het niveau van de actuatoren en sensoren, oftewel de onderste laag van de industriële automatisering. TCP/IP is in principe toepasbaar door de hele hiërarchie. De OPC standaard wordt gebruikt om e en eenduidige interface te verkrijgen richting de onderste laag van de industriële automatisering. Bij een keuze moeten enkele eigenschappen in overweging genomen worden. In een bureau -omgeving worden op Ethernet gebaseerde netwerksystemen gebruikt om PC' s met elkaar te koppelen. Dit type netwerk is geschikt voor het verzenden van grote hoeveelheden gegevens. De reactietijd van dit type netwerk is echter niet voorspelbaar. Deze eigenschap is in de industriële automatisering niet acceptabel. Hier moet de re actie- tijd gegarandeerd zijn. Fabrieken worden tegenwoordig meer en meer uitgerust met communicatiesystemen. Door de hiërarchische opbouw van dit communicatiesysteem is de aard van de communicatie verschillend naar gelang het niveau. Figuur 3.2 maakt dit duidelijk.

13-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/tndustnele computers R Fiering, W. Blokvoort.

Versie 2.0 Status: Definitief

ICT2002.17.0049 5 september 2002

Reactietijd

Berichtlengte

Fabriek

Fabriekshal Cel Besturing

>

111

>

11

>

Sensor/actuatoi

>

11

111 Beiïchtfrekwentie

Aantal apparaten

Figuur 3.2 Overzicht communicatieniveaus in een fabriek Op lagere niveaus konden de netwerksystemen van de hogere niveaus niet ingezet worden. Dit is vanwege de niet gegarandeerde reactietijd. Dit is juist een van de eigenschappen die een veldbus, zoals Profibus en CAN -bus, wel heeft. Daarom is dit een van de belangrijkste criteria voor de acceptatie van veldbus in productie -omgevingen. Tegenwoordig zijn de communicatiesnelheden van de hogere niveaus (TCP/IP) zo hoog, dat het mogelijk wordt het realtime gedrag te benaderen. Communicatie-eigenschappen worden mede bepaald door de invulling van het communicatiemodel (zie Figuur 3.3). Een bekend model is het OSI model. Profibus, CAN, TCP/IP geven elk hun eigen invulling. De lagen die ze gebruiken hebben effect op hun complexiteit, snelheid en realtime gedrag. OPC verzorgt de dataoverdracht naar de applicatielaag op een gestandaardiseerde wijze. Dit kan gerealiseerd worden met zowel Profibus, CAN als TCP/IP.

7 APPLICATIE

6 PRESENTATIE

5 SESSIE 4 TRANSPORT

3 NETWERK 2 DATALINK

1 FYSISCH

ISO/OSI LAGEN MODEL

Figuur 3.3 ISO/OSI lagen model

14-74 [MATCH) Marktverkenning van PLC'SCADA/DCS/Industnele computers R Fiering, W. Blokvoort,


ICT2O02 17.0049 5 september 2002

3.3 Profibus 3.3.1 Wat is Profibus Op initiatief van het Duitse Ministerie van Onderzo ek en Technologie werd eind 1987 samen met een aantal Duitse firma's het project 'Feldbus' gestart. Het doel was het vastleggen van de specificaties voor een open communicatiesysteem voor de onderste laag van de industriële automatisering. Dit systeem moest voldoen aan een aantal eisen: _ ^ _ _ _ _ _ _ _ Q open: specificaties toegankelijk voor alle fabrikanten MsMt&Mft&E'SËBWt^ Q middelmatige snelheid Q gegarandeerde reactietijd D korte berichten O relatief eenvoudige protocollen Q implementeerbaar met goedkope hardware (microcontoller) Deze veldbus heet Profibus (Process Fjeld Bus) en is ondertussen een DIN norm geworden. De Profibus norm legt vast: G Er zijn verschillende lagen: applicatie, FMA7, FMS, LLI, FMA1/2, FDL en PHY. Q De diensten van elke laag zijn toegankelijk via een interface. Q Het formaat van de berichten (PDU) is vastgelegd. O De werking van elke laag wordt beschreven door toestandsdiagrammen. Profibus is een open communicatiesysteem. Iedereen die dit wenst, kan de normen raadplegen en met deze kennis zijn apparatuur koppelen met Profibus. Elke firma die zijn apparatuur Profibus compatibel maakt, is verplicht om deze apparatuur te laten certificeren door een erkende Profibus -organisatie. Profibus is 1989 begonnen in Duitsland op basis van de Duitse nationale standaard DIN 19245. In 1996 is deze standaard overgenomen door Europa en vastgelegd in de Europese standaard EN 50170. In 2000 volgde de internationale standaardisering met de IEC 61158. Veel PLC-leveranciers hebben voor hun PLC-systeem een Profibus interface ontwikkeld. Verder zijn er legio leveranciers die I/O blokken, sensoren, relais, enz. leveren met een Profibus interface. Hierdoor is een grote diversiteit van mogelijkheden ontstaan voor Profibus. Profibus is de bekendste en meest toegepaste veldbus binnen de industriële a utomatisering.

3.3.2 Architectuur van Profibus Zoals bij de meeste netwerksystemen is ook Profibus opgebouwd in lagen. Als referentie wordt het ISO / OSI lagen model gebruikt. Elke laag vervult een specifieke taak in het netwerksysteem. Profibus heeft niet a lle lagen ingevuld, die door het OSI model voorgesteld worden. Functies die in het OSI model terug te vinden zijn in de presentatie- en transportlaag (laag 4 en 6), komen bij Profibus in laag 7 voor. Profibus bevat geen functies uit de netwerklaag omdat de koppeling tussen meerdere Profibus netwerken niet voorzien is. In Figuur 3.3 wordt de invulling van de verschillende lagen door Profibus weergegeven.

15-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industnele computers R. Fiering, W. Blokvoort,

l^***"!" i 'kw* ï

8


ICT2002 1 7.0049 5 september 2002

GEBRUIKER 7 APPLICATIE

6 PRESENTATIE

ALI \

\

\

\ \

5 SESSIE

\

\

4 TRANSPORT

\

\

7FMS \ N

\

\

7LLI \

3 NETWERK

3-6

2 DATALINK

FDL

1 FYSISCH

PHY

ISO/OSI LAGEN MODEL

PROFIBUS LAGEN MODEL

Figuur 3.4 Profibus in het ISO/OSI lagen model De Q Q Q

Profibus standaard is in drie delen vastgelegd: Deel 1 FDL: toegang tot het netwerk Deel 2 FMS.LLI: applicatielaag Deel 3 DP: Decentrale Periferie

Profibus heeft uitvoeringsvormen die bruikbaar zijn aan de bovenkant van de communicatieniveaus (zie Figuur 3.4) als aan de onderkant (Profibus -DP). Profibus maakt gebruik van RS485 op de fysische laag. Voor Profibus zijn de media twisted pair, Fiber-Optie en wireless toe te passen. De uitleg van deze media is verderop in dit hoofdstuk te vinden. Indien Fiber -Optie wordt toegepast, is het mogelijk om grote afstanden te overbruggen.

16-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiertng. W. Blokvoort,

ICT


1CT20G2.17 0049 5 september 2002

3.4 CAN-bus 3.4.1 Wat is CAN-bus CAN staat voor Controller Area Network. Het is een serieel communicatieprotocol dat efficiënt toegepast kan worden voor realtime toepassingen met een zeer hoog veiligheidsniveau. Het domein waar de CAN toegepast kan worden, is zeer uitgebreid. Dit gaat van "high speed networks" tot "low cost industrial applications". Sensoren, sturingen, eenvoudige bouwstenen en zeer ingewikkelde elektronica kunnen met elkaar communiceren met een snelheid tot 1MBit/s. De data in een bericht is beperkt tot maximaal 8 bytes. H iermee profileert CAN-bus zich tot een sensorbus met een goede reactietijd. CAN-bus is ontstaan in de auto-industrie. CAN-bus is geschikt voor zware industriële toepassingen waar de kans op storing zeer hoog is. Door een ingebouwd controlesysteem kan de CAN-Controller zien of het bericht dat verzonden werd ook inderdaad zonder fouten is aangekomen. Indien nodig kan het bericht opnieuw verzonden worden.

3.4.2 Architectuur van CAN -bus CAN heeft de volgende eigenschappen: • Berichten hebben prioriteiten • Flexibele configuratie • Consistente dataformaten • Multimaster mogelijk • Foutendetectie, signalering en afhandeling De lagenstructuur van de CAN -bus is niet volgens de ISO/OSI norm opgebouwd en ziet er uit als in Figuur 3.5 weergegeven.

7 APPLICATIE

Applicatie

6 PRESENTATIE

Object 5 SESSIE 4 TRANSPORT

3 NETWERK

Transport

2 DATA LINK 1 FYSISCH

ISO/OSI LAGENMODEL

FYSISCH

CAN LAGEN MODEL

Figuur 3.5 CAN -bus lagen model Elk van deze lagen heeft zijn taak binnen het CAN -bus protocol. G De fysische laag bepaalt op welke wijze bits verstuurd worden. • De transferlaag is de kern van CAN. Ontvangen berichten worden naar de objectlaag doorgegeven. De transferlaag ontvangt van de objectlaag berichten di e dan op de bus verzonden worden. De transferlaag is verantwoordelijk voor de bit timing en synchronisatie, berichtformaat, busarbritage, het correct verzenden en controleert eventuele fouten. • De objectlaag houdt zich bezig met het filteren van ontvangen berichten.

17-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industnële computers R Fiering, W Blokvoort.


ICT2002 17.0049 5 september 2002

Q

De appiicatielaag verzorgt de verbinding met de gebruikers (programma's), zoals deviceNET, SDS of CAL.

3.5 TCP/IP 3.5.1 Wat is TCP/IP TCP/IP staat voor Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Deze netwerkstandaard is ontwikkeld voor gebruik in het ARPANET (Advanced Research Project Agency NETwork), één van de voorlopers van het huidige Internet. Het is in de loop der jaren echter uitgegroeid tot een standaard voor packet -switching netwerken. IP is een zogenaamd datagram -protocol. Dit betekent in de praktijk dat het protocol niet garant staat voor een foutvrije verzending van de data. Daarom wordt de IP -laag voor de applicaties afgeschermd door een andere protocollaag, het Transmission Control Protocol (TCP). TCP is een verbinding georiënteerd p rotocol, dat garant staat voor een foutloze verzending van data. In tegenstelling tot IP brengt TCP eerst een verbinding tussen de zendende en ontvangende computer tot stand, voordat er data verstuurd mag worden. De betrouwbaarheid van TCP wordt vooral ge realiseerd door hertransmissie. Na ieder pakket dat wordt verstuurd, wordt een transmissietimer gestart. Als het pakket aankomt, wordt een bevestiging van aankomst verstuurd. Als de transmissietimer is afgelopen en er is nog geen bevestiging binnen, wordt het pakket opnieuw verstuurd. De lengte van de timer wordt door TCP bepaald door de tijdsduur die nodig is om een pakket te versturen en de bevestiging te ontvangen en op te slaan.

3.5.2 TCP/IP Architectuur De lagenstructuur van TCP/IP is volgens de ISO/OSI n orm opgebouwd en is weergegeven in Figuur 3.6. TCP/IP wordt vaak gebruikt in combinatie met Ethernet. Ethernet bevindt zich in de datalink laag (laag 2).

7 APPLICATIE

6 PRESENTATIE

5 SESSIE 4 TRANSPORT

TCP

3 NETWERK

IP

2 DATALINK 1 FYSISCH

ISO/OSILAGENMODEL

Figuur 3.6 TCP/IP in het lagen model

18-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering. W. Blokvoort,

ICT


ICT2002.17.0049 5 september 2002

3.6 OPC In de industrie komt het voor, dat de applicatiesoftware niet kan communiceren met zowel de d igitale I/O als met andere applicaties. Een hoofdreden hiervoor is, dat er geen standaard interface bestaat. Door de afwezigheid van die standaard hebben verschillende producenten elk hun eigen gepatenteerde hardware of software oplossing ontwikkeld. De kosten van het integreren van al deze verschillende systemen kunnen zeer hoog oplopen. Een oplossing hiervoor is natuurlijk het algemeen aanvaarden en gebruiken van een standaard die echte "plug-and-play" technologie biedt. Elk toestel, elke applicatie kan d an vrij verbinding maken en communiceren. OPC is een standaard die dit ondersteunt.

3.6.1 Historie OPC (OLE for Process Control) is een industriestandaard die samengesteld is in samenwerking met een groot aantal toonaangevende bedrijven in de industriële auto matisering. Dit geheel in samenwerking met Microsoft. De organisatie die deze standaard bewaakt en onderhoud is de OPC Foundation. Deze organisatie heeft wereldwijd al meer dan 250 leden. Bijna alle grote producenten van industriële automatiseringssystemen zijn lid van deze organisatie. Bij het opstarten van OPC was men in staat om in één jaar tijd een eenvoudige en werkende OPC specificatie te ontwerpen. Deze werd uitgebracht in augustus 1996. The OPC Foundation heeft zijn taak veel sneller kunnen uitvoeren dan veel andere groepen, omdat het simpelweg voortbouwde op een bestaande Microsoft standaard. Microsoft is ook lid van The OPC Foundation en geeft een sterke ondersteuning aan de organisatie. Toch blijft Microsoft bewust op de achtergrond en laat het b esturen van de organisatie over aan de overige leden met ervaring in deze materie. Eén van de belangrijkste voordelen van de participatie van Microsoft is dat deze jaarlijks de leden van The OPC Foundation op de hoogte brengt van de nieuwe en voorspelde on twikkelingen in OLE/COM en andere Microsoft technologieën.

3.6.2 Wat is OPC OPC is gebaseerd op verschillende Microsoft technologieën: Q OLE: Object Linking and Embedding (tegenwoordig ActiveX) Q COM: Component Object Model Q DCOM: Distributed Component Object Mode I De ActiveX/COM technologieën definiëren hoe individuele softwarecomponenten door middel van Microsoft NT technologie kunnen communiceren. Door de toepassing van Microsoft technologieën dient wel gerealiseerd te worden dat het voor deze omgeving eenvoud ig toepasbaar is. Indien een ander operating systeem wordt toegepast, zal er voor een interface gezorgd moeten worden indien deze niet voorhanden is.

3.6.3 OPC Architectuur Bij OPC kan men onderscheid maken tussen een OPC Client en een OPC Server. Een OPC Clie nt kan een verbinding maken met meerdere OPC Servers (van één of meerdere leveranciers). Het is ook mogelijk dat meerdere clients met één server een verbinding opbouwen. Een OPC Server is een programma dat autonoom op een computer draait. Het heeft als taa k de communicatie met bijvoorbeeld een PLC te realiseren en er gegevens in te lezen of te schrijven. Een OPC Client is een programma dat als taak heeft de te schrijven gegevens aan de OPC Server aan te bieden en de te lezen gegevens bij de OPC Server op te vragen. Er zijn hoofdzakelijk drie functies die verzorgd kunnen worden: • Online Data Access: Dit is het lezen en schrijven van data tussen een applicatie en een deelnemer (bijvoorbeeld een PLC). Q Alarm and Event Handling: Dit is een mechanisme waarmee OPC Clients op de hoogte gebracht worden als een bepaalde vooraf afgesproken situatie zich voordoet. D Historical Data Access: Dit is het lezen, verwerken en bewerken van data uit een historisch register.

19-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industrièle computers R Fiering, W Blokvoort,

§ ^ " * 8 ""ff"' « 'W* ü


ICT2002.17.0049 5 september 2002

3.6.4 Kenmerken OPC biedt veel voordelen voor de industrie waaronder betere toegang tot de Proces Data. Door het gebruik van een algemene standaard kan men veel besparen op verschillende gebieden. Ten eerste zal men veel minder moeten uitgeven aan opleidingen omdat men nu maar één toolkit moet kennen om de proces data te kunnen bereiken. Tevens zullen ontwikkelingskosten sterk dalen doordat men telkens dezelfde interface -standaard kan gebruiken. De hardwareleveranciers hebben het voordeel dat ze voor een standaard de interface dienen ter verzorgen. Hiermee realiseren ze dat de hardware eenvoudig toe te passen is in verschillende applicaties dan wel hardwareconfiguraties. Tenslotte zijn er ook talrijke voordelen voor de eindgebruikers. Door de toenemende compatibiliteit zullen opstartkosten en systeemintegratiekoste n dalen. De gebruikers kunnen nu eenvoudige OPC cliënt applicaties schrijven die op een simpele manier toegang verlenen tot de procesdata. Bij het ontwerpen van deze applicaties kan er veel meer tijd gespendeerd worden aan functionaliteit van de applicatie in plaats van communicatie. Door de algemene compatibiliteit kan er vrij gekozen worden tussen verschillende leveranciers en zullen deze meer competitief moeten zijn om hun marktaandeel te behouden.

20-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering. W. Blokvoort.

i^"*'T'' * \l0t i


ICT2002.17 0049 5 september 2002

3.7 Communicatie media Om van Q O Q Q

de communicatie te realiseren i s het mogelijk om verschillende media toe te passen. Voor de overdracht de signalen zijn de volgende media tegenwoordig beschikbaar: Coax Twisted pair Fiber-Optie Wireless

Wel dient opgemerkt te worden dat het mogelijk is dat een communicatiestandaard een medium.

niet ondersteund wordt door

Coax Een coax kabel (Figuur 3.7) bestaat uit een vaste koperen geleider die omgeven is door de isolatie, een metalen vlechtwerk en als laatste een plastic buitenrand. De kabel wordt met een zogenaamde BNC connect or aangesloten op de netwerkkaart. Dit type kabel wordt nog gebruikt in oude ethernet netwerken die maximaal een verbindingssnelheid van 10MB/s kunnen realiseren.

^•}^;>V>^.:>

•!? • ; * » : *.>•;: :«-••$.>-:*:.-.:>;.*.•

^

ï

timmmmmm

Buitenrand

Metalen vlechtwerk

Isolatie

Geleider

Figuur 3.7 Coax Kabel

Twisted pair De twisted pair (Figuur 3.8) is een kabel die bestaat uit meerdere paren v an in elkaar gedraaide geïsoleerde koperen draden.

Figuur 3.8 Twisted pair kabel en RJ -45 connector Er zijn verschillende types kabels: Q Unshielded Twisted Pair (UTP) Q Shielded Twisted Pair (STP) Q Foiled Twisted Pair (FTP)

21-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R. Fiering, W. Blokvoort.

Versie. 2.0 Status Definitief

ICT2002 17 0049 5 september 2002

Het verschil zit in de manier van afscherming van de aderparen. Dit om verstori ng vanuit de omgeving te voorkomen. De verstoringen die hoofdzakelijk ontstaan zijn cross-talk en attenuation. Cross-talk is een storing van het signaal die optreedt door dat meerdere kabels te dicht bij elkaar liggen. Hierdoor beïnvloedt de ene kabel de andere kabel. Attenuation is het verlies van de signaalsterkte over een lange afstand. Er zijn 5 categorieën van UTP bekabeling. Hoe hoger de categorie, des te sneller de gegevens via deze kabel verstuurd kunnen worden.

iicifc-.::;;;: iSnéilftiBïtfiJ;:;:1::';:;;;::^!;-;^ ;:Baüdratè^;|::;|-;h:P^;;|i-::^:i,;:^

G e b r u i k : ; : ^'^jifi:::v:;

;:

'••"Q^--"h!jï=i=;:!"-:'.H

.-ï[]

1

-

Audio, DC

Luidsprekerdraad, deurbellen, traditionele telefoonkabel

2

tot 4 Mbps

<1,5MHz

Analoge telefoon

3

tot 10 Mbps

<16MHz

10BaseT

4

tot 16 Mbps

<100MHz

100BaseTX

5

tot 100 Mbps

<100MHz

100BaseTX

-:••

J;

Categorie 5 wordt tegenwoordig het meest toegepa st. Dit omdat categorie 5 nodig is voor Fast Ethernet die snelheden tot 100 Mbps haalt.

Fiber-Optie Fiber-Optie is een glasvezelkabel (Figuur 3.9). De signaaloverdracht wordt gerealiseerd met lichtpulsen en heeft geen last van elektrische verstoringen. kan het signaal niet opgevangen worden van buitenaf, waardoor het een veilig communicatiemedium is.

Ook

^ï*^W^*Kt^:]ï>:>ï:Wt**:0ï>>:^

tn

vezel

coating

Kevlar

t

Vezel versterking

t

mantel

Figuur 3.9 Fiber-Optie kabel

Wireless

Als laatste zijn er draadloze netwerken (wireless) mogelijk voor de fysieke laag (Figuur 3.10). Tot op vandaag zijn de draadloze netwerken minder snel dan de vaste maar de ontwikkeling gaat nog steeds door. Een belangrijk voordeel van een Wireless-LAN is de flexibiliteit. Het is eenvoudig om een draadloos netwerk uit te breiden met meerdere computers, omdat er geen bekabeling hoeft te worden aangelegd. Nadelen zijn er ook. De radiogolven van Wireless -LAN zijn door iedereen op te vangen of te verstoren.

-:;H

•
Figuur 3.10 LAN Acces point, Wireless LAN PC Card

22-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering, W. Blokvocrt.

ICT


ICT2O02.17.0O49 5 september 2002

4 PLC Systemen 4.1 Historie Eind jaren zestig werd de PLC (Programmable Logic Controller) voor het eerst geïntroduceerd. De hoofdreden voor het ontwerpen van de PLC was om een vervanger te zoeken voor de grote investeringen vergende besturingen gebaseerd op relaistechniek. Bedford Associates deed een voorstel om een Modular Digital Controller (Modicon) te gebruiken voor de besturing van ee n productielijn van een grote autofabrikant. Deze nieuwe controllers konden gemakkelijk geprogrammeerd worden door de mensen van de technische diensten en de engineers van het bedrijf. De levensduur van een PLC is ook aanmerkelijk langer dan van relais. Te vens kunnen wijzigingen ook snel uitgevoerd worden ten opzichte van relaisbesturingen omdat je bij relais besturingen fysieke wijzingen moet doorvoeren. Nadat de PLC's meer ingeburgerd raakten, werden ze verder ontwikkeld waardoor ze steeds sneller en gro ter qua geheugen werden. In 1973 werd voor het eerst de mogelijkheid van communiceren met de PLC geïntroduceerd. In eerste instantie betrof het hier point-to-point communicatie (serieel) tussen PLC's onderling of tussen een PLC en een ander apparaat. Modicon ontwikkelde hierna het eerste bussysteem, Modbus genaamd. Hierdoor werd het mogelijk om meerdere PLC's of apparaten onderling met elkaar te laten communiceren. Nu werd het dus mogelijk om verschillende machines met elkaar te koppelen via een bus. Hela as was er in de beginfase niet echt sprake van standaardisatie voor de communicatie. De andere grote PLC -fabrikanten zoals Siemens, SATT en Allen Bradley ontwikkelde ieder voor zich hun eigen bussystemen (L1, ComLi, enz.). Hierdoor was het moeilijk om PLC' s van verschillende merken met elkaar te koppelen (alleen serieel was dit mogelijk). Uiteindelijk is men in de jaren negentig de belangrijkheid gaan inzien van standaardisatie (de markt vroeg hierom). Hierdoor zijn onder andere Profibus op communicatieg ebied en de IEC-61131 norm op programmeergebied ontstaan. Profibus is in hoofdstuk 3 behandeld. De IEC -61131 norm wordt verderop in dit hoofdstuk behandeld. De PLC wordt hoofdzakelijk toegepast in de industriële omgeving en is bedoeld om de apparatuur i n een installatie te monitoren en te sturen. Men noemt dit ook wel de procesbesturingslaag. Hiermee worden drukknoppen, kleppen, motoren en dergelijke bedoeld. De PLC kan tegenwoordig echter ook kleine hoeveelheden data beheren. Hierbij kan gedacht worden aan recepten of een lijst met opdrachten die de PLC zelfstandig moet uitvoeren of ook het bufferen van "snelle" data. Door de komst van Profibus is de range aan apparatuur welke aangesloten kan worden enorm uitgebreid. Zeer intelligente meet -/regelmodules worden gekoppeld met de PLC om een proces te beheersen. Er is tegenwoordig een groot scala aan PLC merken op de markt. Er zijn inmiddels ook andere oplossingen voor PLC -systemen ontwikkeld. De belangrijkste ontwikkeling hierin zijn wel de softPLC's en de PLC-insteekkaarten voor PC's. Beide worden verderop in dit hoofdstuk behandeld. De PLC is tegenwoordig uit te voeren met standaard koppelingen zoals TCP/IP, Profibus en CAN -bus.

c

3 0ü

Netwerk

23-74 [MATCH] Marktverkenning vanFfiigjötrAÂfofeHSèSsWPlbOAtWufeLsC -SVS R Fiering, W. Blokvoort,


ICT2002 17.0049 5 september 2002

4.2 Basisprincipes en kenmerken De PLC is opgebouwd uit een CPU (processor), geheugen en in- en output periferie. De processor verzorgt de sequentiële afhandeling van het programma dat in het geheugen is opgeslagen. Een PLC is opgebouwd uit een basisrack waarop de benodigde modules worden geplaatst. Eén van de modules is de CPU -kaart. Tevens moet een voedingskaart in het basisrack geplaatst worden en vervolgens de communicatiekaarten en indien nodig de in- en uitgangskaarten (zie Figuur 4.2). De PLC werkt door continue het programma te scannen. In een scan worden drie hoofdstappen uitgevoerd, namelijk inlezen van de ingangen, vervolgens uitvoeren van het programma en als laatste het aansturen van de uitgangen op basis van de beslissingscriteria die in het programma gerealiseerd zijn (zie Figuur 4.2).

Inlezen ingangen r

Scan

Uitvoeren programma

Aansturen uitgangen

Figuur 4.2 Sequentiële afhandeling PLC -programma Het programma in een PLC wordt sequentieel uitgevoerd. Dit houdt in dat de code achtereenvolgens wordt doorlopen hetgeen een gegarandeerde afhandeling van de besturingstaken binnen de scantijd van de PLC die men kan instellen. Doormiddel van de aanroepvolgorde van besturingstaken binnen een cyclus legt je vast wat als eerste en laatst wordt uitgevoerd. Daarnaast is het in de PLC's mogelijk om interrupts te gebruiken. Hierdoor is het mogelijk een bepaald stuk besturingstaken op een vaste tijdsinterval van bijvoorbeeld 10 ms te laten uitvoeren. Dit kan men toepassen voor tijd - kritische metingen of iets dergelijks. Hierdoor wordt de afhandeling van de "hoofdscan" langer, omdat tussentijds de interrupts afgehandeld moeten worden. Mocht het nu zo zijn dat de interrupts de CPU te veel belasten , is het bij veel fabrikanten ook mogelijk om speciale kaarten in een PLC-rack te plaatsen die bijvoorbeeld snelle metingen kunnen afhandelen en de meetwaarden kunnen door de PLC in de scan worden afgevraagd. Tevens is het mogelijk dat invloeden van buiten af een stuk programma initiëren. Hierbij moet bijvoorbeeld gedacht worden aan een I/O interrupt. De leverancier van de PLC levert tevens een programmeerpakket waarmee de PLC geconfigureerd en geprogrammeerd kan worden. De configuratie en het programma kun nen via het pakket ook geladen worden in de PLC. ledere fabrikant heeft voor deze communicatie zijn eigen protocollen ontwikkeld. Tegenwoordig kunnen de bekendste PLC's ook geprogrammeerd worden met een standaard instructieset die beschreven is in de IEC-61131 norm. Dit kan gedaan worden met behulp van een vijftal programmeer methodes namelijk Sequentiel Flow Chart (FCS), Functional Block Diagram (FBD), Ladderdiagram (LD), Structured Text (ST) en Instruction list (IL). Deze methoden worden in de paragraaf IEC-61131 verder uitgewerkt. Een programma geschreven volgens de IEC -61131 norm is uitwisselbaar tussen de verschillende PLC-merken die deze norm ondersteunen. Het is echter mogelijk dat leveranciers nog eigen instructies hebben toegevoegd om de capaciteit van hun PLC volledig te benutten. Zodra een programma deze speciale instructies gebruikt, is het niet meer eenvoudig uit te wisselen met andere PLC -merken. Het geheugen van een PLC is vluchtig. Dit houdt in dat op het moment dat een PLC spanningsloos r aakt zijn geheugen gewist wordt. Dit is hetzelfde principe als bij een computer. Een PLC heeft niet de beschikking over een medium zoals een harde schijf. Om nu te zorgen dat een programma in een PLC niet verdwijnt, wordt er gewerkt met geheugenmodules die door middel van een batterij hun programma bewaren. Het is ook mogelijk om geheugenmodules te gebruiken die hun programma zonder een batterij vasthouden (flash eprom's). Naast het programma wordt de data van een PLC ook bewaard middels de batterij. Bij de meeste merken is het mogelijk om via de diagnosefuncties van een PLC te controleren of de batterij nog in orde is. Dit om te voorkomen dat op het moment dat er een spanningsuitval is, alsnog alle data verloren gaat.

24-74 [MATCH] Marktverkenning van PtC/SCAÜA/DCS/lndustrié!e computers R. Fiering, W. Blokvocrt.

ICT


ICT2002.17 0049 5 september 2002

4.2.1 Opbouw PLC-systemen Een PLC kan als een stand-alone systeem of als onderdeel van een totaal systeem fungeren. Een stand -alone systeem is bijvoorbeeld een lokale stoplichtinstallatie. De informatie wordt verzameld door middel van lussen en drukknoppen. De sturing wordt gerealiseerd met behul p van de verkeerslichten. In een totaal systeem wordt de PLC gekoppeld met andere PLC's of computer systemen zodat informatie uitgewisseld kan worden (zie Figuur 4.3). Applicatie Y

Applicatie X

I PLC1

PLC 2

PLC 3

Figuur 4.3 Systeem met meerdere PLC's

De PLC kan op verschillende manieren opgebouwd worden qua I/O modules. Dit is te rea liseren met behulp van een extensionrack, remote I/O rack en velddevices. Een extensionrack moet gezien worden als een uitbreiding van het basisrack. Een remote I/O rack wordt via een bus aangesloten op het basisrack (bijvoorbeeld via Modbus of Profibus, TCP/IP). In het remoterack worden vervolgens I/O modules geplaatst. Een remoterack kan van een ander merk zijn. Velddevices hebben vaak zelf intelligentie. Ze worden benaderd via een bussysteem zoals omschreven bij Remote I/O. Het is dan mogelijk om de de vices via de bus te configureren en uit te lezen. Voorbeelden van dit soort devices zijn flowmeters, regelaars en dergelijke. In Figuur 4.4 zijn voorbeelden van de diverse koppelingen met een PLC te zien. Basisrack

Extension rack

Extension rack

Veldbus

Remote IO rack Regelaar

Figuur 4.4 Remote I/O voorbeelden Voor het opbouwen van PLC-systemen kan men beschikken over een groot scala aan producten die gekoppeld kunnen worden met een PLC. Tevens zijn er ook veel interface -convertors beschikbaar om bijvoorbeeld een CAN-bus aan te sluiten op Profibus. Met behulp van de PLC is het dan mogelijk om allerlei data te v erzamelen van zijn I/O en hiermee berekeningen uit te voeren en op basis van deze berekeningen sturingen uit te voeren

25-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R Fiering, W, Blokvoort,


ICT2002.17.0O49 5 september 2002

of door te geven aan een bovenliggend systeem zoals bijvoorbeeld SCADA. Het is vaak ook mogelijk om meerdere processoren in één rack te p laatsen (in een Siemens rack kunnen bijvoorbeeld tot vier processoren geplaatst worden), ledere processor kan hierbij een specifieke taak afhandelen. De procesdata van de processoren kan onderling eenvoudig uitgewisseld worden.

4.2.2 SoftPLC en PLC-insteekkaart De configuratie van een softPLC is bijna gelijk aan een basisrack. De configuratie bestaat uit PC en een insteekkaart voor de communicatie. De software die geïnstalleerd wordt op de PC, zorgt voor het realiseren van de functionaliteit die in een PLC gere aliseerd wordt met de CPU -kaart. De voeding wordt verzorgd door de PC. De communicatiekaart verzorgt de communicatie met de I/O volgens het principe van Remote I/O zoals hierboven omschreven. Er kan tevens een tweede veldbuskaart geplaatst worden, die bijv oorbeeld communiceert met SCADA. De meestal standaard aanwezige ethernet TCP/IP kaart kan gebruikt worden om te communiceren met andere softPLC's of computersystemen die meestal op Windows gebaseerd zijn. De software die de functionaliteit realiseert van d e PLC kan meestal als een apart proces gestart worden op een PC. Dit houdt in dat op het moment dat het operating system crashed, het softPLC proces blijft functioneren. Indien de voedingsspanning van de PC uitvalt, zal de softPLC niet meer functioneren. Een PLC die gerealiseerd wordt met behulp van een insteekkaart biedt hiervoor uitkomst. De insteekkaart bevat dezelfde onderdelen als een normale CPU -kaart van een PLC. De voeding van de insteekkaart kan gerealiseerd worden door de PC, maar vaak is het ook mogelijk om een externe voeding aan te sluiten. Het PLC -programma draait op de insteekkaart. Hierdoor blijft de PLC in bedrijf op het moment dat de PC spanningsloos wordt of het operating systeem crashed. Het voordeel van dit soort systemen is dat de dat a van het proces eenvoudiger te benaderen is. De PC waarop de softPLC draait, kan bij de data zonder externe communicatie. De opzet met een softPLC of insteekkaart kan qua prijs gunstiger uitvallen ten opzichte van een PLC.

4.2.3 Interfacemogelijkheden PLC's hebben tegenwoordig de beschikking over bekende interfacestandaarden. Dit zijn bijvoorbeeld ethernet, Profibus of CAN-bus. De protocollen die gebruikt kunnen worden zijn iets minder uitgebreid. Zo zal een PLC niet FTP (File Transfer Protocol) ondersteunen o mdat een PLC niet werkt met files. Een PLC is gebaseerd op geheugen. Er zit geen opslagmedia in een PLC zoals een harde schijf. De protocollen die ondersteund worden door een PLC, zijn gebaseerd op het uitwisselen van data en niet van complete bestanden zo als bij computers. De data die hoger liggende systemen nodig hebben worden door deze systemen zelf uitgelezen. Ook kan aan de PLC, middels zijn communicatiekaart, de opdracht gegeven worden om een gewenst datagebied op een gevraagde tijdcyclus te versturen (unsollicited). Tevens is het mogelijk om in de applicatie te programmeren die alleen data verzendt op het moment dat het voor andere applicaties interessant is. Hierbij dient bijvoorbeeld te worden gedacht aan een gereed signaal of een storingsmelding. De interface met de I/O laag is zeer uitgebreid. De meeste interfaces worden ondersteund en indien een interface niet beschikbaar is, zijn er vaak convertors naar een standaard interface beschikbaar.

4.2.4 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie -ontwikkeling Om een PLC-systeem te kunnen gebruiken, heb je minimaal een basisrack nodig met daarop een CPU -kaart, een voeding en eventueel een communicatiekaart. Daarnaast worden de l/O kaarten geplaatst om de aansturing te kunnen realiseren. Er zijn PLC's die uitgevoerd zijn als modules, wat inhoudt dat in een module de bovengenoemde items verwerkt zijn. Vervolgens kan door middel van een interface de module uitgebreid worden. De prijs van een PLC is sterk afhankelijk van wat hij moet gaan besturen. Van belang zij n de hoeveelheid I/O welke afgehandeld moet worden, de complexiteit en de gewenste snelheid van de applicatie. De systemen die te verkrijgen zijn, liggen in de kostprijs van EUR 500 tot 6.000 (CPU, voeding en interface). De I/O moet vervolgens naar wens nog toegevoegd worden. De prijzen van I/O kunnen liggen van EUR 100 tot 3.000 voor speciale besturingskaarten. Het onderhoud van een PLC -systeem is in normale omstandigheden niet echt nodig. Dit omdat PLC -systemen worden toegepast in industriële omgevinge n waar er vanuit wordt gegaan dat een installatie minimaal 10 tot 15 jaar zonder problemen kan functioneren. Het onderhoud wat uitgevoerd wordt is het om de 2 a 3 jaar vernieuwen van een batterij. De batterij is van belang als de continuïteit van spannings voorziening niet gegarandeerd is. Natuurlijk kan er altijd een kaart defect raken. Deze zal dan vervangen moeten worden.


Irf*"*"T

R Fiering, W. Blokvoort,

i ^«S*

ICT2002.17 0049 i


S september 2002

De applicatie-ontwikkeling is afhankelijk van de complexiteit. Het is mogelijk om een library aan te maken met de gerealiseerde functi eblokken. Hierdoor is hergebruik van code zeer goed uitvoerbaar. De applicatie is op gestandaardiseerde methode te realiseren door toepassing van IEC -61131. Indien de applicatie gemaakt is met het programmeerpakket van leverancier X, is het echter niet mog e lijk om de applicatie te gebruiken in het pakket van leverancier Y. Wel zijn er IEC-61131 programmeerpakketten op de markt waarmee meerdere merken PLC's geprogrammeerd kunnen worden. Of dit in de praktijk altijd goed uitpakt is de vraag, omdat de pakkette n en interfaces van de fabrikanten ook gewijzigd kunnen worden. Een werkwijze zou kunnen zijn om de code voor de applicatie in een algemene tekstverwerker te maken volgens de IEC 61131 standaard. Vervolgens kan de tekst geïmporteerd worden in de programmee rpakketten van de leveranciers. Hierna kan de code gecompileerd worden.

4.2.5 Bedrijfszekerheid Bedrijfszekerheid is een belangrijke eigenschap voor een PLC. In de industriële omgeving waar de PLC hoofdzakelijk wordt toegepast, is het van groot belang dat de PLC bedrijfszeker is om de continuïteit van een proces te garanderen. Er zijn PLC's waar het mogelijk is om tijdens bedrijf I/O kaarten uit te wisselen. Dit om te voorkomen dat een proces gestopt moet worden om onderhoud aan de besturing te kunnen uitvoere n. De PLC is zodanig ontwikkeld dat bedrijfszekerheid gewaarborgd wordt en deze technieken hebben zich de afgelopen jaren al bewezen. De PLC-configuraties zijn in het kader van bedrijfszekerheid ook zodanig in te voeren dat het gehele systeem redundant uitgevoerd kan worden. In deze configuraties is het ook mogelijk om de PLC's eikaars acties te laten controleren. Dit houdt in dat beide CPU's geprogrammeerd zijn met dezelfde applicatie. Beide CPU's lezen de ingangen en doorlopen het programma en nemen, geb aseerd op de stand van de ingangen, een beslissing. Indien de uitkomsten van de CPU's niet gelijk zijn, wordt er geen actie ondernomen en zal er een foutsituatie ontstaan. Hiermee kan voorkomen worden dat sturingen plaatsvinden die het proces onveilig make n.

4.2.6 Ondersteuning op langere termijn De ontwikkeltijd van een PLC is niet te vergelijken met de ontwikkeltijd van een computer. Een PLC wordt vaak uitgebracht in een reeks. Deze reeks wordt speciaal ontwikkeld en grondig getest. Aangezien de levensduu r van industriële projecten normaal gesproken rond de 10 tot 15 jaar ligt zal de noodzaak voor de ontwikkeling van de PLC's een soortgelijke doorlooptijd hebben. De ontwikkel -/updatecyclus voor de programmeerpakketten voor de PLC van de leveranciers hebben wel een kortere doorlooptijd, omdat onder andere de Windows versies elkaar snel opvolgen. Het is dan zaak voor de leverancier om het pakket compatible te maken met de nieuwe versie van Windows. Dit heeft geen invloed op de werking van de PLC. Het is vaak wel mogelijk om de firmware van een CPU of andere intelligente kaarten te updaten om nieuwe mogelijkheden te integreren. Voor de ondersteuning van de hardware is het bij sommige leveranciers mogelijk om een contract af te sluiten, waarbij zij garanderen dat de gebruikte componenten op voorraad blijven voor een afgesproken periode.

27-74 [MATCH] Marktverkenning van PLCfSCAOAtfOCS/Industriële computers

iffi^'W'


1 \t&t

1

ICT2002 17.0049 Versie: 2 0 Status: Definitief

5 september 2002

4.3 Softwarestandaarden Door standaarden in te voeren voor software is het mogelijk om de kwaliteit van de software te vergroten. Tevens is het dan ook mogelijk om software eenvoud iger uit te wisselen over meerdere platvormen. Dit werd ook ingezien door de leveranciers van industriële automatisering. Daarom werd in 1993 de standaard IEC 61131 ingevoerd voor industriële automatisering. De standaard bestaat uit een zestal onderdelen, namelijk: 1. Totale overzicht en de definities 2. Hardware 3. Programmeertalen 4. Gebruikershandleidingen 5. Message Service Specification 6. Niet 7. Fuzzy Logic Voor deze studie behandelen we uitsluitend onderdeel 3, programmeertalen. In de volgende paragraaf wordt de norm uitgewerkt.

4.3.1 IEC 61131-3 De IEC 61131-3 is de enige wereldstandaard voor programmeertalen in de industriële automatisering. Het harmoniseert de programmeermethode van hoe mensen industriële systemen ontwerpen en programmeren. Een standaard programmeeromgeving zorgt ervoor dat mensen met verschillende achtergronden onderdelen van een applicatie kunnen onderhouden gedurende de totale lifecycle van de software. De lifecycle bestaat uit specificatie, ontwerpen, implementatie, testen, installeren en als laatste onderhoud. Alle onderdelen worden samen gevoegd in de Common Structure en moeten dan gaan samenwerken. De standaard bevat een omschrijving voor een vijftal programmeermethodes, namelijk Sequential Function Chart (SFC), Function Block Diagram (FBD), Instruction List (IL), Structured Text (ST) en Ladder Diagram (LD). Door middel van opdeling in logische elementen, modulering en het toepassen van moderne softwaretechnieken, wordt elk programma gestructureerd, hergebruik bevorderd, het aantal programmeerfouten verkleind en de productiviteit verhoogd. Het hoofddoel van IEC 61131 -3 is om bestaande PLC -talen te standaardiseren. Tevens is de leverancier vrij om nog extra functies toe te voegen. De in de IEC 61131 -1 omschreven functies moeten minimaal ondersteund worden. De IEC 61131-3 wordt in de volksmond ook IEC 1131 genoemd. Er is in principe geen verschil tussen de standaarden. De IEC 1131 is een harmonisatie van IEC -standaarden en lokale versies. Wel komt er een tweede editie voor de IEC 61131. Dan zullen de sta ndaarden niet volledig meer overeen komen. Het is ondanks de standaard niet zo dat een applicatie die gemaakt is met het programmeerpakket van leverancier X, zomaar gebruikt kan worden in het pakket van leverancier Y. Dit komt om de volgende redenen: Q De I/O systemen van de PLC gebruiken verschillende manieren voor het adresseren. Q Elke leverancier van PLC's kan een andere sub -set voor de norm geïmplementeerd hebben. Q De verschillen in de toepassing van interrupt afhandeling. D Tevens hebben de leveranciers verschillende implementaties van specificatieconstanten, zoals de maximale Q

lengte van een array of een string. Als laatste, is er geen standaard fileformaat gedefinieerd in de IEC -61131-3 voor het opslaan van applicaties.

Een optie is om de applicatie uit te werken in tekstbestanden en vervolgens de code te importeren in de programmeerpakketten van de leveranciers. De programmeerpakketten hebben door de standaardisatie ook een aantal eigenschappen verkregen. De volgende eigenschappen is in veel pakketten teru g te vinden: • Grafisch programmeren van de code O Ondersteuning van meerdere schermen Q Muisgestuurd Q Pull down menu's O Geïntegreerde helptekst Q Controle van de syntax bij het invoeren van de code Om 1. 2. 3. 4. 5.

een systeem te ontwerpen worden 7 stappen doorlopen. De stap pen zijn: Identificatie van de externe interfaces naar het systeem Definitie van de interfaces met andere systemen Definitie van user interacties, van bijvoorbeeld een operator, onderhoud In kaart brengen van de mogelijke toestanden van de systeemonderdele n Bepalen van de functionaliteit van de benodigde functie blokken

28-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA
§ ^"^""W" 1 ^w* «


ICT2002 17.0049 5 september 2002

6. 7.

Definiëren van de maximale verwerkingstijden van de systeemonderdelen Configuratie van het systeem, bepaling van de benodigde hardware, indelen van de benodigde taken en toekenning van de I/O aan de functieblokken

Wat Q ü Q

zijn uiteindelijk de voordelen van het gebruik van de standaard: Effectieve inzetbaarheid van applicatie -ontwikkelaars. Meer beschikbare tijd voor oplossen problemen door hergebruik software. Minder onduidelijkheden en fouten.

Q

De programmeertechnieken in meerdere segmenten toe te passen.

Q

Harmonieus combineren van verschillende componenten van verschillende locaties, leveranciers, landen of projecten. Uit deze opsomming blijkt dat het toepassen van een standaard veel voordelen he eft.

Een aantal nadelen zijn: O •

De code kan niet op de meest effectieve manier geprogrammeerd worden, omdat de totale instructieset van de PLC niet gebruikt kan worden. Doordat de code niet optimaal geprogrammeerd is, heeft dit een negatieve invloed op de cyclustijd van een PLC.


1JJ***TS**

R Frering, W. Blokvoort,

1 \B*

1

ICT2002 17 0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

4.4 Vergelijking van bekende PLC-systemen Op de PLC-markt is een groot aantal leveranciers actief. Zo links en rechts wordt er wel gefuseerd zodat PLC type(s) geïntegreerd worden in het totaalpakket van een andere leverancier. In de PLC-markt wordt er inmiddels vaak voldaan aan de IEC 611 31 -3 standaard om er voor te zorgen dat het mogelijk wordt om software te kunnen uitwisselen. Verder zijn er veldbussen ontwikkeld die door meerdere leveranciers ondersteund worden. De volgende producenten behoren tot de grote spelers van de wereld op PLC -gebied: Q ABB met de AC-serie en de van Alfa Laval overgenomen Sattline reeks Q Allen Bradley met een grote reeks PLC -types zoals de Logix reeks en de PLC en SLC reeks Q Hitachi met de H, EH150, Micro EH, EH-Rio serie D Mitsubishi met de Melsec FX, A en Q serie O Omron met onder andere de CVM1, CV, CS1 en CJ1 • Schneider-electric met de Quatum, Micro, Momentum, Nano, Premium en Quantum • Siemens met S7 reeks Al deze PLC-merken voldoen aan de volgende criteria: • Op afstand beheren en configureren mogelijk Q Communicatie door midde I van TCP/IP mogelijk • Profibus D CAN-bus Q Modbus D Voldoet aan IEC 61131-3 norm • Goede bedrijfszekerheid Q Ondersteuning hardware 10 tot 1 5 jaar Wel dient er op gelet te worden dat een communicatiestandaard ook gecertificeerd is bij een leverancier. Soms worden de standaarden wel ondersteund, maar zijn ze niet gecertificeerd.

30-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fienng, W Blokvoort,

1!?''''TT" S \&t I


ICT2002 17.0049 5 september 2002

5 SCADA SCADA staat voor Supervisory Control And Data Acquisition. SCADA -systemen worden veel toegepast in industriële omgevingen. Met behulp van SCADA -systemen kan men procesdata verzamelen, beheren en uitwisselen met externe systemen. Via user-interfaces kan men processen grafisch visualiseren voor procesmonitoring en bewaking. In industriële omgevingen bevinden SCADA -systemen zich boven de procesbesturingslaag, welke meestal uit PLC's of andere dedicated I/O systemen bestaan. SCADA -systemen bouwt men op basis van standaard pakketten die door meerdere leveranciers aangeboden worden. Deze pakketten bevatten standaardfuncties om SCADA-systemen/applicaties te realiseren. Ook beschikken deze ove r gestandaardiseerde interfaces voor koppelingen met externe systemen, zoals: OPC, DDE, SQL/ODBC. Voor communicatie met externe devices zoals PLC's, bieden SCADA-leveranciers naast OPC veelal een grote verscheidenheid aan I/O drivers voor point-to-point koppelingen (onder andere serieel) en veldbussen (TCP/IP, Profibus, Ethernet, Modbus). Naast toepassingen in de procesindustrie, wordt SCADA onder andere ook toegepast bij: Q Trein-/metro-informatiesystemen • Machinebesturingen Q Registratiesystemen in testopstellingen voor onder andere scheepsmotoren Q Gebouwbeheersingssystemen Q Olie- en gasindustrie

5.1 Basisprincipes en kenmerken Centraal staat in SCADA-pakketten de zogenaamde Real time Tag DataBase kortweg RTDB. Tags zijn logische benamingen voor I/O adressen of registers van externe devices. De tags in de RTDB verkrijgen hun real time informatie via I/O drivers, OPC servers of DDE. Op tagniveau heeft men vervolgens de mogelijkheid om 'ruwe' data uit externe devices te manipuleren tot de voor de SCADA -applicatie gewenste digitale of analoge dataformaten. Zo kan men analoge waardes schalen, alarmniveaus aanbrengen of alarmfilters definiëren. Op digitale informatie kan men alarmfunctionaliteit aanbrengen voor het creëren van alarm -meldingen en alarmfiltering. Tags in de database kunnen data ontvangen op basis van polling, waarbij vanuit de SCADA applicatie de timing geregeld wordt of unsollicited. Unsollicited houdt in dat de externe devices de controle hebben over de timing van dataoverdracht. Vanuit SCADA -applicaties kan men data in externe devices manipuleren door middel van schrijfacties op tags voor bijvoorbeeld commando's en data -download voor bijvoorbeeld recepturen. Deze schrijfacties op tags kan men beveiligen door standaard security -funktionalteit. Heeft men eenmaal de communicatie met de externe devices en de tagdatabase geconfigureerd, dan maken alle zowel interne als externe applicaties gebruik van de tags in de database. Een SCADA-systeem beschikt over een groot aantal standaard deelapplicaties/functies voor: Q Procesvisualisering • Procesbediening Q Alarmfuncties zoals alarmmeldingen, alarmfiltering en logging Q Real time- en historical trendfunctionaliteit Q Statistical Proces Control functies voor kwaliteitsbewaking • Externe interfaces koppelingen naar relationel e databases • Embedded programmeertalen voor scripting en realiseren van maatwerkfuncties, onder andere Visual Basic • Toolkits/Libraries om maatwerkoplossingen te realiseren met bijvoorbeeld C++ Q I/O drivers om met diverse hardwaredevices te communiceren Q OPC cliënt/server functionaliteit • Datalogging naar externe relationele databases Q Reporttools Q Receptuurbeheer In Figuur 5.1 t/m 5.5 worden een aantal willekeurige voorbeelden van SCADA -functies weergegeven.


8|

§ JP" 'T i ^SB» i



|2t I

Waler/Wastewatet :;;:,:: )3*\ *ï>

Oiscrele Mfg.

Help File

iFix Technology

NJ.,;

Trending

Reports

116.9

Acfc 1 i i i

Priötky . 1: L

'.-'.-''.''.''.''.•'. ~. y. ï^£'f^-%jï.'. '. .•'.''.'' ' ' ' •

'''-'''.'''''.'.'.'.'.jT.xK9''ii'.Ê'.

\i

••

;

Time l n : :

; i

ume;Last'

\

'•' •

:

':

\]]:.

mmmmm ';:"• C.5

;

MFO UM

1 ^

j".r.j1

•-!",<;:

Ujc-^f;*^

1

^":'- ;

;

"

: ; ; ;

^Tagnarrië-

:;

;;

•

•

:

-

:: : : : : i : ;:Ststus : [

::

Vaiue -

(

•

,

:

:

:

.

:

:

:

•

.

.

.

.

:

J9&CTiptibp • •

il:*:iS3gp mmmsMmmmm ^-'.'^•:

'.'.•?.::!:

IC•S2-SD IJ9IJ |C|>C1_BAICH_TAMraLSVRL

LOLC

23 3

: :

i r : . •'-'."••:-

ChRmir.ai Tanx «^5 LRVSI

«i-l :::::

rKiüAWrrftJ!?: • . . ••

: F * « : Ar«m'Böt£b^«Ajcdwi*:: •

:

:: :- .

s:ss::s,:_3

"..•••.•••v. •.:•:-.:•:-

•-F •: :5Ddlr»g :,: '

Figuur 5-1 Vloeistof mengproces

|^è-3^2uuS: : !|s!p;|fpi^

mmmmmii^^msm ::m:mfmmm: m: •: ^m^mïï&mïmm^ i**S?:<::::::;::?:::::;:ï;::::::::::::;s:,::i::• mÏSSKS : : $wfeMqr:•. a»s,-<s .«#:s::.::•%&.ssiss::.« :o:<::.~ :s:;:~::::J: =::>i::;:;;:i:;-:::i:;-;::;:;: ;;•:;::;:fegi:;;;.ofe^pdj-i^tefe;':j a>: : ?:;:i-î;j:^:.:ii#a~» ->• * :?>.:>;

wmm^dmMmïm

^^mmmÊÊmss*?

H3^ï^:ii::i:i^;tar:;^. : :^^;.:: .;4;, : " : ::::: ;t^f03-:;::;.:: ::v:S'-" ::-;-t:.-:f: : :.-:/:':::.:_. ...: : : : : : : : : : : : : : : : : : : ; :

iö:-: " --3JSÈ- - - ' : ö f e a f i f t W - ! : •. • " •:"•.:£•: :!;^S«ö^:;;j ':

""

"• - " - - f c -

-'--• •

F^:|..:;:;^;li;iijii;ii;!i;;rhii:^:

:-.T*Di)5

•Öe-j*'öfM:'.

:'•:• taaöpl»ats ' I 1 ^ ' ' : ; : ' . -'ö.-V

" ^;:^^^^^>^^:X>v:^s:^^••^ ^ • J : J • J ^:^'^.^^^:.^^^^^:.^^:.:^^.^:.:^:;;:::-y^:'A:ö:A^:^^-^ l :^-^^^^^^^v^.^::^•:^:::^^

ii;i;ïi?^s^t-«:>^-&

KftfóraJï-^ft&TOïf-Ï^ÖiKfA^rSïBJ'&V^rföiWWSï;^

i|jj ;:öwiia!i j i ; : | j j

Figuur 5.2 User-interface voor mengvoederfabriek

32-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industrièle computers R Fiering, W Blokvocrt.


ICT 2002.17.0049 5 september 2002

IT«ssi^^^3^^HISM^^^B!S

É

|::lö:2S:;ï;:

- T ü : ::•"••:::::• '.:::'-¥Wr^W&M_™!^,f'^WyiM?^>*f(ttlHt?:-ywtgy:'y:» ;:<~;:: i ^ i S S i S i R S f f i ^ S ï B ï Ï A — : *

:!:c»y«MWc»wiijp:j w»:*

^^HHfSi^^K^^^S:^^^Wlö^^^S^^Mii^^ÖIIIiMiii^ 5M::::::?S;::::.:.:.K::i::;:ÏV:>:*:i::i:::*l!;^

' I i : S J*O^:":'' | ' : :»»>"»WS||: . ;,• i*IH ^ I | i ' I %'

:; fc»»:«»iti &: ixaanst • ]

:p: : ::auiiBi::::|;

Figuur 5.3 User-interface met bedieningsmogelijkheden vanaf SCADA -cliënt

33-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R Fiering, W. Blokvoort,

ICT


ICT2002.17.0049 5 september 2002

OisnetaUfj.

Watet/Wssttrwate-

HolpFSe

; jFia Tscbnólogy '••

ita ^::1

vïviï :#;|;-i>lNs ;! ::

Rej

r-

Zöpra-s—-)

Zt»m: Dtt^ctiM Hf^'.VatfcsCij ^ .HöriiorJtèf;:;1

:-»:i«tfe::,|/:!i ::2i»m Përceftt S;.Aüi;:^3t.;;;';,vy;::^-:::: .::;::;:Vm%.^.m mm:. :::::;:^Ptóv^f^ïm^bi*maKirittóiank:^Tft>:;:::

»nsK:JM5«01SJfi!f*JWtCK_9ti(.l
:•::;:::::::::•.',?/*i°.'ï'?.r??&vvj.i??Jzif?2'm

:«i?

•:•.:::..:::

•o::::::: y:^^fnïïï^:T^::S:y;;t^¥S;:;::r^::::::::i::::: Vi:::-

JijWhiortcal Pen» rjelete PBI>

I

Change Colore }

Muhiple Times :

ScrallGrid On

I' 1 sin^ltl: ;C:*>S(::::!§C: t t * ; * f rïiiSv: ; ::;: : ::

; ::: ::

: RftaVilffl»i*ens : : : -- ' :: :

s Scna LenióRWhtil Multiple Vsfaes |

l a b Bat» f rora US Access

..

s IFIX1 BATCH TANK2LB/EL

Ack::j ::Prn3ft:f

'•[': Timeln

mmmmmm MEDIUM ^•;i

:

: ï .

.

.

::^w : Lasi ; ï:

:

•:

:

;;

:::: TaqnamE

:

:

;::

::: : U :St3ius:: : f : : Vilüe-'Wms 5 MMmsm ss s sssasî:^ i

: '

•

••••••

:

:

:

' Descripitatv :! '•:• " : : ; ; ^ .

T

ir;.s. .is.raX'^"i/.:..gAT!:-H.!':->-LSv?i.. " i ü 2 a i y i 4 o 10:5437.090 IFK1_EATCH_BULKLEVEL

LOLO

303 Bufk M3t-3risi I/ass

.

•: •

ifi^BrïArealritetfh ProdwtWT* :

: : : : : : : : :

. il.::: iSm.-tlWOifijOBSrendlng:;::

Figuur 5.4 Trend- en alarmoverzichtscherm

^ A l a r m : RTscadaNT Alarm- Display

rsffiipci

::::: ;;;::5iÉ:;:gî!i::i:::j:::i: M : i ; | f | ^ ^ # B i ! ï P ï ! Ö ^

,-....

i|;|||;ife(S!Aij:||yIMiïMfSjrj^S&lii&MfWiiSystem

T~jj|:|||Time

i*sj 11:1 IjlI^ÜM^PIII|j|JO

Üjgj&jülll:..;.^...:.:...:

Ü4/14.-S9 22:18:27.000 Statsss Alansn: sw123 local_rsmote is »ow Loca! 04/14JS9 22:18:27.000 St3t«s Alarm: coco stsb eepp coco ss «ow Open ö4'14/'99 23:18.? 1.5139 Status Aïsarm: r.ocn_sjub vaca_coco_1 is niow Open

04/14/99 D4/14/99 1)4/14/99 Ü4'14/ÖS

22:18:10 Program RTscadaAlarmDisplay logon from douglap at wizard 22:18:10 Program RTscadaHCI logon from douglap at wizard 22:18:09 Program RTscadaHDS logon from douglap at wizard 22:1ö:09.aS0 Status. ASarm: sw123 intericsck is n o w O u t

04/14/99 22:18:08 Communication Normal forsw123 11)04/14/99 22:18:08 Communication Normal for coco sub

m

Figuur 5.5 Alarmoverzichtscherm met prioriteitskleuring

34-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriéle computers R, Fiering, W, Blokvoort,


ICT20C2.17.0049 5 september 2002

5.1.1 Opbouw SCADA-systemen SCADA-systemen kunnen zowel in stand-alone als cliënt/server architecturen samengesteld worden. Een aantal criteria voor de architectuurkeuze zijn omvang, aantal externe devices, aantal bedienings -/visualisatiewerkplekken en eisen ten aanzien van performance. Met de meeste SCADA -pakketten zijn schaalbare systemen samen te stellen. Een aantal voorbeelden zijn: Q Gecombineerd SCADA en Human Interface systeem; hierbij zijn alle SCADA -functies op een systeem ondergebracht. Q SCADA-systemen met één SCADA-server en meerdere SCADA-clients voor procesvisualisering en bediening. In deze architectuur regelt de SCADA -server alle centrale taken voor datacommunicatie, alarmlogging en dergelijke. De SCADA -clients dienen als Mens/Machine Interface voor visualisering en bediening. O Segmentering met meerdere SCADA -servers met daarboven clients die over de data uit onderliggende servers beschikken. Q Redundante systemen voor grote mate van beschikbaarheid systeem. Bij u itval neemt een stand-by SCADA-server functionaliteit over. In Figuur 5.6 t/m 5.10 zijn een aantal voorbeelden van SCADA -systeemarchitecturen weergegeven.

SCADA + HMI

CODQDOa

^3

c

-Serieel -TCP/IP -Profibus I/O systeem

Figuur 5.6 SCADA-systeem: Gecombineerde SCADA -Server/Client

Figuur 5.6 is een architectuur voor kleinschalige oplossingen waarbij het SCADA -systeem een combinatie is van serverfunctionaliteit inclusief de user-interface.

35-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCAOA/DCS/Industriéle computers R. Fiering, W Blokvoort,


ICT2002.17 0049 5 september 2002

Thln Cllerïis

• • • • • WebSBrver Clients

• •

WorKsiation: SCADA-Clients Clienl Terminal Server

Webserver

netwerk (TCP/IP)

SCADA Server 1

Database Server

^

TCPAP

Prorlbus Ethernet I/O-Systemen

Figuur 5.7 SCADA-systeem: Server met meerdere clients Figuur 5.7 laat een architectuur zien met meerdere SCADA -clients. Ook is in dit schema een databaseserver opgenomen waarvan de user interface ook op de werkstations met de SC ADA-client gecombineerd kan worden. De mogelijke cliënt oplossingen zijn wel SCADA -pakket afhankelijk. Lokatie x -*J Lokalie Y Workstation: SCADA-Clients

Figuur 5.8 SCADA systeem: Gedistribueerde architectuur In Figuur 5.8 is een SCADA -systeem met een gedistribueerde architectuur te zien. Dat wil zeggen

36-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R. Fiering, W Blokvoort,

ICT2002.17 0049 Versie 2.0 Status Definitief

5 september 2002

dat de SCADA-clients over de data van meerdere SCADA -servers kunnen beschikken.

Workstation: SCADA-Clients

• • •! netwerk (TCP/IP)

1 1

j !

Figuur 5.9 SCADA-systeem: Redundante uitvoering Figuur 5.9 laat een redundante oplossing zien. Met deze architectuur bereikt men een hoge mate van bedrijfs zekerheid. Mocht er één SCADA-server (master) uitvallen, dan neemt het andere systeem (slave) de functionaliteit over. Redundante oplossingen worden door de meeste SCADA -leveranciers ondersteund als basisfunctionaliteit of extra optie. De technische oplossingen en de mate van bedrijfszekerheid verschillen van elkaar.

5.1.2 Interface-mogelijkheden De interface-mogelijkheden van SCADA-pakketten, met name van de grote SCADA-leveranciers op de markt, zijn goed te noemen. Naast wereldwijde geaccepteerde standaarden zoals OPC, ODBC, DDE en OLE, zijn er voor de meest gangbare externe devices zoals PLC's I/O drivers beschikbaar. Voor specifieke toepassingen bieden de SCADA-leveranciers toolkits om dedicated drivers te kunnen ontwikkelen. Het aanbod van I/O drivers door de SCADA-leveranciers is sterk afhankelijk van de toepassingen en externe devices waarvoor de pakketten zijn ingezet.

5.1.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie -ontwikkeling De leveranciers bieden van een SCADA -pakket diverse licenties aan voor kleine tot grote systemen. Ook wordt er verschil gemaakt tussen runtime en development versies. Voor full development SCADA -server licenties moet men denken aan een investering tussen de EUR 5.000 en 10.000. Optioneel en afhankelijk van de gekozen architectuur kunnen hier nog kosten bijkomen voor I/O drivers of SQL/ODBC drivers. Voor extra SCADA -clients moet men denken aan onge veer EUR 1.000 a 2.000 per licentie. De kosten van applicatie-ontwikkeling zijn sterk afhankelijk van de hoeveelheid I/O, mate van gedetailleerdheid van procesvisualisatie, mate van alarmgedetailleerdheid, mate van procesbediening en aantal externe device s. SCADA-pakketten zijn in hoofdzaak gebaseerd op configureren in plaats van programmeren. Dat wil zeggen dat men de applicatie samenstelt door middel van configuratie van SCADA -taken. SCADA-pakketten bieden wel de mogelijkheid om applicaties naar de toepa ssing te structureren met behulp van libraries, applicatie -objecten en database-objecten. Ook door middel van export- en importfuncties kan men grote hoeveelheden configuratiedata genereren.

37-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R Fiering, W. Blokvoort,

Versie 2 0 Status: Definitief

ICT2002.17.0049 5 september 2002

5.1.4 Bedrijfszekerheid SCADA-pakketten draaien vooral op PC/Windows platformen. Bedrijfszekerheid is hoofdzakelijk afhankelijk van de betrouwbaarheid van de PC hardware. Extra maatregelingen die men kan nemen zijn: Q Inzetten van UPS-systemen ten aanzien van de 220V voeding. Q Redundante SCADA-opzet waarbij in geval van uitval een tweede SCADA-server de taken automatisch overneemt.

5.1.5 Ondersteuning op langere termijn De grote SCADA-leveranciers zijn al ruim 20 jaar wereldwijd actief in deze markt. Ze beschikken over allerlei faciliteiten met helpdesks en webpages met supporton dersteuning. De ontwikkeling van SCADA -pakketten staat echter niet stil. Er komen regelmatig nieuwe versies uit met nieuwe standaarden en uitgebreidere functionaliteit. Het streven is dan wel dat de applicaties upwards compatible zijn, echter dit gaat niet altijd op. Zodra er nieuwere versies uitkomen, vervalt op termijn de support op de huidige versies en deze zijn dan ook niet meer leverbaar. Deze termijnen zijn afhankelijk van de aanpassingen op de interne structuren (kernels) van SCADA pakketten en versienummering. Een kleine versienummeringophoging van versie 2.2 naar 2.3 zal minder gevolgen hebben voor de upwards compatibiliteit dan bijvoorbeeld van versie 2.2 naar 3.0. Voorbeelden van upwards compatibiliteit problemen uit het verleden zijn bijvoorbe eld: Q De doorontwikkeling van het SCADA-pakket van Intellution FIXDMACS. Dit was een DOS-pakket. De opvolger hiervan was FIX32 welke op Windows draaide. Dit pakket is vervolgens gemigreerd naar iFIX. Voor upgrades van de pakketten betekende dit conversie va n bestaande applicaties, waarbij soms delen van de applicatie opnieuw gemaakt moesten worden. Q Het pakket Factory Link was voorheen voor meerdere platformen geschikt , namelijk DOS, Windows, Unix, VMS. Applicaties waren hierbij tussen de SCADA -pakketten op meerdere platformen onderling uitwissel baar. FactoryLink is nu alleen gebaseerd op Windows. Van versie 6.6 naar versie 7.0 en vervolgens 8.0 wordt dit upgradetraject gerealiseerd. Om van gerealiseerde applicaties in versie 6.6 naar 8.0 te komen dient er gefaseerd geconverteerd of opnieuw gebouwd te worden. Vanaf versie 8.0 beschikt USDATA over een compleet op Windows gebaseerd SCADA -pakket.

5.1.6 Software standaarden SCADA-software is alleen gestandaardiseerd te noemen op interface -standaarden. SCADA kent voor de applicatiebouw geen softwarestandaarden, zoals bijvoorbeeld de IEC 61131 norm bij PLC's. Maakt men voor de SCADA-applicatie naast de standaard configuratiemogelijkheden gebruik van Visual Basic of C++ programmatuur, dan kan men zich houden aan de voor deze programmeertalen geldende codingstandards.

5.1.7 Vergelijk van bekende SCADA -pakketten Een aantal bekende SCADA-pakketten zijn: Q iFIX van Intellution Q FactoryLink van USDATA Q WINCC van Siemens Q WizCon van Axeda Q Cimplicity van GE Fanuc Deze SCADA-pakketten bieden allen een groot assortiment aan I/O drivers, internetconnectivity, standaard interfaces voor OPC, SQL/ODBC, DDE en OLE. Visual Basic is embedded in iFIX en FactoryLink. Daarnaast kennen ze allen object graphics voor de realisatie van user -interfaces, maar ze zijn niet allen object oriënted. De basisfunctionaliteit van deze pakketten verschilt in wezen niet zoveel van elkaar. Wel kunnen bepaalde SCADA-functies als optie leverbaar zijn.


1^°*T

R. Fiering. W Blokvoort,

i ^W*

ICT2002 1 7.0049 I


5 september 2002

Inhoudelijk zitten er wel degelijk verschillen in kernels, tooiing en configuratiemogelijkheden. Ook de interfaces van de afzonderlijke taken kunnen verschillend zijn. De genoemde SCADA -pakketten zijn allen gebaseerd op Windows platformen. Een pakketkeuze is pas mogelijk op het moment dat de functionaliteit voor de SCADA applicatie is vastgelegd en alle wensen en eisen bekend zijn. Voor de gewenste toepassing dient het zwaartepunt van de applicatie en de systeemarchitectuur bepaald te worden om tot een goede pakket -selectie te komen. Een aantal belangrijke criteria hier voor zijn: D Omvang SCADA-architectuur, aantal servers, aantal werkstations met SCADA user -interface. Q Aantal benodigde databasetags. D Netwerkarchitectuur, lokaal netwerk, intranet, internet. Q Netwerkarchitectuur externe devices zoals PLC's. Point -to-Point, veldbus. Q Aantal externe devices en eventuele combinaties met meerdere merken/leveranciers. Q Beschikbaarheid I/O drivers. O Aantal I/O c.q. data-omvang. O Bedrijfszekerheid. Q Betrouwbaarheid en support leveranciers. D In- en exportmogelijkheden voor configuratiedata. O Gebruikersvriendelijkheid en gebruikersgemak van tooiing. Q Performance datacommunicatie met externe devices, interfaces met externe systemen, schermopbouw O Interfacekoppelingen met externe systemen. Q Mogelijkheden om gestructureerde en herbruikbare SCADA -applicaties te bouwen. O Onderhoudbaarheid applicaties. • Schaalbaarheid. Kan men systemen eenvoudig uitbreiden met extra server en cliënt nodes? Q Complexiteit van schermen. Kunnen er veel objecten geplaatst worden zonder performanceverlies bij runtime schermopbouw en actualiseren dynamische objecten? Q Zijn de lay-outs van SCADA-functies voor bijvoorbeeld schermlay-outs, trendcharts of alarmsummary schermen vast of vrij configureerbaar? Q Mogelijkheden van scripting voor grafische onderdelen. Via embedded VBA (Visua I Basic) of eigen en eventuele beperkte scripttalen. • Alarmeringsfunctionaliteit. Mogelijkheid om alarmberichten te versturen naar pagers of bijvoorbeeld SMS berichten. • Verschillen in licentiestructuren of manier van prijzen kunnen voor de ene confi guratie heel anders uitpakken dan voor de andere.

39-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R Fiering, W. Blokvoort

iéf^*"W «%a& 1


ICT2002 17.0049 5 september 2002

In onderstaande tabel worden de pakketten op een aantal belangrijke punten vergeleken. WINCC

Wizcon

Cimplicitiy

• •

ANSI C

• -

• •

•

•

•

•

• •

• •

• •

• •

Optie

• •

• •

• • •

• • -

• • •

• • • •

• • • •

• • • •

• • •

• • •

•

•

•

•

•

• • J/N

• • •

•

Optie

Optie

Optie Optie

•

• •

•

•

•

•

Optie Optie

Optie Optie

•

•

Optie

Optie

•

•

•

Optie

•

•

-

•

•

FactoryLink Terminal Server Client/Server Embedded VBA (Visual Basic) Real time & Historical trending Reporting tools Alarming & Alarmmanagement Security Networking Object Oriented graphics Online configuration Keymacros ActiveX control Workspace omgeving Datacollection en datamanagement ODBC/SQL Redundantie Distributed network architecture WindowsNT/2000 based WebServer SQL Server Runtime & Development versies Multilanguage support ln-/export mogelijkheden

• • •

IFIX • • •

•

• •

•

• •

Vertaling via geëxporteerde ASCII files

OPC

•

•

•

•

•

Aanbod I/O drivers

Groot

Groot

Kleiner (meer gericht op Siemens Hardware)

Groot

Groot

Historie bedrijf Installed Base

Sinds 1980 145000 (zijn meerdere Intellution producten)

Sinds 1984 60000 (alleen FactoryLink installaties)

Sterk groeiend

Sinds 1982 25000


ICT


iCT2002.17.0049 5 september 2002

6 DCS Systemen 6.1 Basisprincipes en kenmerken DCS staat voor Distributed Control System. Een DCS systeem is "proces georiënteerd". Dit wil zeggen dat hij zijn te controleren proces (fabriek) als het middelpunt van zijn universum ziet. De taak van het DCS -systeem is dit proces te beheersen. Eén van zijn vele taken is het geven van informatie aan een operator (gebruiker). Een informatie-aanvraag van een operator wordt direct opgehaald uit het veld en doorgegeven aan de operator. Een DCS-systeem buffert dus geen data, maar laat altijd een actueelwaarde zien. Dit in tegenstelling tot een SCADA-systeem dat continu alle data uit het veld ophaalt en buffert voor gebruik.

6.1.1 Opbouw DCS-systemen In het kort gezegd bestaat een DCS -systeem uit een hoeveelheid (remote) veld I/O met intelligen te controllers die vanuit een centraal systeem toegankelijk zijn. De controllers beheren een gedeelte van het proces. Vanuit het centrale controlsysteem kunnen de (intelligente) controllers en de veld I/O geconfigureerd/geparametreerd /geprogrammeerd worden. DCS-systemen zijn voornamelijk ontwikkeld om complexe processen flexibel te kunnen beheersen. Ze bestaan veelal uit een grote hoeveelheid I/O die gegroepeerd zijn in I/O blokken. Omdat de informatie voor de operator direct uit het veld gehaald wordt, zi jn er snelle reactietijden nodig. In Figuur 6.1 is een voorbeeld gegeven van een centraal controlsysteem.

Figuur 6.1 Centrale co ntrole van een DCS systeem Enkele kenmerken van DCS -systemen zijn: D Q • Q Q Q Q Q Q Q

Hoge mate van integratie tussen veld en centrale controlesysteem Veel I/O (vaak meer dan 10.000) onderverd eeld in substations (controllers) Veel proceswaarden (analoog) Veel regelkringen (PID) Responstijden tot 1 msec mogelijk Grafische interface voor weergave proces Dedicated hardware Dedicated software Ontwikkeld voor continue processen Veel gebruikt in de "zware industrie" (chemie, olieraffinaderijen, papier, enz.)



ICT2002 17.0049 5 september 2002

DCS- systemen waren traditioneel voor grote continue processen (chemie, olie, brouwerijen) geschikt, terwijl PLC/SCADA-oplossingen vooral gebruikt werden voor kleinere batchprocessen (meel, mengv oeder). De DCSwereld opereert echter ook steeds vaker in de PLC/SCADA -wereld en vice versa. Er komen steeds meer processen waarin beiden naast elkaar toegepast worden. Door de diverse standaarden op het gebied van communicatie (veldbussen, OPC, enz.) ku nnen PLC's ook steeds makkelijker geïntegreerd worden in DCS systemen (zie Figuur 6.2). Er zijn ook al diverse PLC -fabrikanten die "DCS-achtige" systemen aanbieden gebaseerd op hun PLC-technologie. Voorbeelden hiervan zijn Siemens (PCS7) en ABB (Sattline) . Door deze ontwikkelingen begint de grens tussen DCS -systemen en PLC/SCADA-systemen langzaam te vervagen. Het wordt hierom ook steeds moeilijker om een beslissing te nemen welke oplossing het beste toegepast kan worden voor een bepaald proces.

6.1.2 Interfacemogelijkheden DCS-systemen hebben een brede range van interfacemogelijkheden. Op veldniveau kunnen ze digitale en analoge signalen verwerken. Ze hebben diverse speciale I/O modules voor PID regelingen/intelligente kleppen, meters, enz. Verder kunnen ze alle gangbare seriële verbindingen aan zoals RS232, RS422/RS485, TTY. Op een hoger level kunnen ze gekoppeld worden aan een bedrijfsnetwerk via TCP/IP, Novell, DECnet, enz. In Figuur 6.2 is een mogelijke configuratie (architectuur) weergegeven van een DC S-systeem. Hierin zijn de verschillende interfacemogelijkheden goed te zien.

Figuur 6.2 Mogelijke DCS -configuratie voor een waterbedrijf 42-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering, W. Blokvoort,


1CT2002 17.0049 5 september 2002

6.1.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie -ontwikkeling Aangezien een DCS-systeem een totaaloplossing biedt voor een (fabriek) proces is het niet gemakkelijk om over kosten te praten. Om een prijs te kunnen bepalen zul je moeten weten om hoeveel I/O het gaat, wat voor een type I/O en wat voor een proces. Dit kan uiteraard door de DCS -leveranciers (of engineeringbureaus) uitgezocht worden, maar hiervoor moet je dus wel de co nfiguratie weten. Losse prijzen voor I/O blokken of controllers zijn niet beschikbaar. Gezien het toepassingsgebied van een DCS -systeem en de eisen waaraan een systeem zou moeten voldoen (onder andere leveranciersonafhankelijkheid, standaarden, openheid) i s hier verder geen aandacht meer aan besteed.

6.1.4 Bedrijfszekerheid De bedrijfszekerheid van een DCS-systeem is uitstekend te noemen. Een DCS -systeem schaft men aan voor 15 a 20 jaar. Gezien de processen waarin een DCS zoal wordt toegepast (chemie en olie) is dit ook wel een noodzaak. De opzet van een DCS -systeem is zodanig dat onder bedrijf (spanning) de verschillende I/O blokken en controllers kunnen worden uitgewisseld (en opnieuw geparametreerd) zonder dat hiervoor het proces stop moet staan. De MTBF voo r de verschillende onderdelen in een DCS -systeem ligt tussen de 1 en 3 jaar.

6.1.5 Ondersteuning op langere termijn Voor ondersteuning op langere termijn ben je afhankelijk van de leverancier van het systeem. Zolang deze blijft investeren in zijn DCS-systeem, zal er ondersteuning zijn. Men kan gerust stellen dat de grotere onder de DCS leveranciers (Foxboro, ABB, Honeywell, enz.) dit al tientallen jaren doen en ook zullen blijven doen. Mocht het echter zo zijn dat een bepaald merk DCS-systeem niet meer leverbaar is, bieden de grotere merken ook conversietrajecten aan. Dit houdt concreet in dat bijvoorbeeld Foxboro zegt een systeem van ABB te kunnen migreren naar zijn eigen DCS -systeem. ABB zegt dat ze dit ook kunnen voor andere systemen, enz.

43-74 [MATCHJ Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R Fiering W. Blokvoort,

i^"''!*"1 M\a# i

Versie: 2.0 Status. Definitief

ICT2002.17 0049 5 september 2002

6.2 Hardwarestandaarden Tijdens de ontwikkeling van de DCS -systemen in de jaren tachtig en negentig zijn de verschillende leveranciers ieder hun eigen weg gegaan. Ze hebben ieder voor zich eigen hardware ontwikkeld voor de verschillende DCS onderdelen zoals, controller, I/O, communicatiekaarten, PID-regelaars, enz. Ook het koppelprincipe tussen de verschillende onderdelen zoals I/O block en controller of controller en centraal systeem zijn door de verschillende fabrikanten zelf ontwikkeld. Een I/O block van Foxboro kan dus nie t aan een controller van Yokogawa gekoppeld worden. De laatste jaren is hierin echter wel een belangrijke ontwikkeling gaande. Zo is er een standaard veldbus ontwikkeld (FOUNDATION FIELDBUS genaamd) waarmee de meeste DCS -systemen nu kunnen koppelen. Ook veel leveranciers van kleppen, fiowmeters, PID- regelaars, enz. hebben hun producten van een FIELDBUS interface voorzien. Ook zijn er al l/O modulen op de markt die via FIELDBUS aangesloten kunnen worden, waardoor ook de afhankelijkheid van I/O block en cont roller verdwijnt. Hierdoor is een eerste standaard ontwikkeld voor DCS -systemen. In Figuur 6.2 zijn ook verschillende FIELDBUS koppelingen te zien. De meeste DCS-systemen kunnen tegenwoordig ook PLC's koppelen via een interface. Hierdoor wordt het mogelijk om bijvoorbeeld een Allen Bradley systeem als controller te gebruiken. Het PLC -systeem functioneert dan als controller met l/O en beheerst een stukje van het proces. Het DCS -systeem kan via de interface commando's doorgeven aan en informatie ophalen uit de PLC. In Figuur 6.2 zijn ook hiervan verschillende mogelijkheden weergegeven.


I ^"^TT"

R Fiering. W. Blokvoort,

i %»*

i

ICT2002.17 0049 Versie: 2 0 Status: Definitief

5 september 2002

6.3 Softwarestandaarden Over een softwarestandaard kan men niet spreken bij DCS -systemen, ledere leverancier heeft zijn eigen range van applicaties die op het eigen DCS -platform draaien. De meeste hebben wel "standaardpakketten" voor de verschillende branches waarin ze opereren, zoals chemie, water, papier, enz. Standaard wil hier dus zeggen dat de applicatiesoftware speciaal is afgestemd op de betreffende branche.

6.4 Vergelijk van bekende DCS-systemen Enkele grote namen in de DCS-wereld zijn ABB, Honeywell, Foxboro, Yokogawa en Fisher -Rosemount. Deze leveren ieder hun eigen DCS-systeem met hun eigen hardware en software. Een vergelijk is dan ook niet zo makkelijk te maken. Voor een goed vergelijk zou je moeten gaan kijken naar de toepasbaarheid van de verschillende systemen in de verschillende branches (chemie, olie, enz.). Gezien het kader van dit onderzoek is dit achterwege gelaten.


IÉ**""I"""

R Fiering, W. Blokvoort,

H ^Sw* »

ICT2002 17.0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

7 Industriële Computers Industriële computers is een verzamelnaam voor computersystemen die in een industriële omgeving gebruikt worden. De eigenschappen en uitvoeringsvormen van industriële computers is zo gevarieerd als de omgeving waarin ze toegepast kunnen worden. Industriële computers hebben een of meerdere van de volgende eigenschappen: Q Beter bestand tegen hoge en lage temperaturen Q Gering opgenomen vermogen en daardoor minder warmte -ontwikkeling Q Mechanisch sterker (bestand tegen schokken en vibraties) O Goede bescherming tegen stof en vuil (b ehuizing, ventilatie, filters) Q Veiliger in omgeving met gevaarlijke gassen (afgesloten, lage spanningen, bewegende delen) Q Beter bestand tegen vocht en agressieve stoffen (afgesloten, zuurbestendig materiaal enz.) O Beter bruikbaar in statische en EMC -gevoelige omgevingen (afscherming, materiaal, beveiliging) O Grotere betrouwbaarheid (kwalitatief goede ontwerpen en materialen) Q Goed toegankelijk, componenten goed uitwisselbaar en lang leverbaar Q Hoge verwerkingssnelheid (gebaseerd op speciale busconcepten) Veel van deze eigenschappen hebben betrekking op het systeem als totaal. Ze worden bereikt door speciale behuizing, bekleding, materialen, koeling, lucht filtering, isolatie of stroomvoorziening van computer en randapparatuur (zie Figuur 7.1).

Toetsenborden en touch-screens met beschermende coating

Mechanisch sterke en spat water beschermde Inbouw schermen

Figuur 7.1 Diverse be huizingen voor IPC-systemen

Daarnaast kan de eigenlijke computer of computerarchitectuur volgens een industrieel concept opgezet zijn. Dit is het geval bij de te bespreken systemen als CompactPCi , VME en in mindere mate voor industriële PC's (IPC's). Alle genoemde systemen bestaan uit COTS pr oducten (Commercial Off The Shelf).

7.1 CompactPCi CompactPCi (cPCI) is net als de moderne PC gebaseerd op de PCI bus. Een PCI-bus is een standaard die binnen een computer - systeem vastlegt hoe signaaluitwisseling tussen individuele kaarten werkt. Op deze PCI-bus kunnen dus allerlei kaarten aangesloten worden. De CompactPCi heeft een meer robuuste uitvoeringsvorm (Figuur 7.2) dan een desktop PC. Zo zijn de PCI -connectoren voor de bus sterker uitgevoerd en de pinnen zodanig georganiseerd dat het plaatsen en verwijderen van kaarten tijdens het in bedrijf zijn mogelijk is (Hot Swap). Ook zijn elektrische specificaties van de bus beter dan bij gewone PCs'.

#S;8fl|llilll^«iS;B 'mi

Figuur 7.2 CompactPCi -behuizing

Belangrijk is de aanwezigheid van een extra bus, de CT -bus. De CT-bus maakt het mogelijk dat een processo r data uitwisselt tussen kaarten zonderde systeembus (PCI -bus) te belasten.

46-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering, W. Blokvoort,


ICT2002.17.0049 5 september 2002

CompactPCi is een open standaard welke het best geschikt is voor applicaties waar hogere verwerkings snelheden gevraagd worden en waar dataoverdracht plaatsvindt met een aantal hoge snelheidskaarten. Enkele kenmerken van CompactPCi op een rij: O Twee standaard kaartformaten mogelijk. Dit zijn de zogenaamde Eurocard formaten die ook vaak bij andere industriële systemen gebruikt worden (zoals bijvoorbeeld VME). De twee formaten zijn : 3U (100x160 mm) en 6U (233x160 mm). Q Solide connectoren aan achterzijde van de kaart. De kaarten worden aan de voorzijde geplaatst terwijl de verbinding met de buitenwereld aan de voorkant of achterkant mogelijk is. O De specificatie laat 'in bedrijf' uitwisselen van kaarten toe (niet alle kaarten ondersteunen dit). Q De PCI-bus staat onderlinge data-uitwisseling toe in 32- of 64-bit formaat en heeft een ruim adresbereik (4 Gigabyte). Q De PCI-bus laat snelle dataoverdracht toe (133 of 266 MByte per seconde). Q Multiprocessing is mogelijk. Q CompactPCi is standaard geschikt voor 8 PCI -kaarten (8 slots). Dit is echter simpel uitbreidbaar met 'PCI to PCI bridges' of van PCI naar andere bussen. Q De PCI-bus is net als bij de gewone PC geschikt voor Plug -and-play. PXI/CompactPCI is een uitbreiding op CompactPCi. Het voegt extra timing en sturingsmogelijkheden aan CompactPCi toe. PXI/CompactPCI is vooral geschikt in applicaties waar veel, snel en complexe acquisities plaats vinden. Een bekende naam in PXI is National Instruments met LabVIEW Real-Time (Figuur 1 .3).

»:»::a

u.m,mm Figuur 7.3 PXI/CompactPCI van National Instruments

7.1.1 Opbouw De CompactPCi kaarten worden in connectoren geplaatst die op een achterwand geplaatst zijn (backplane). Deze backplanes zijn er in verschillende uitvoering (Figuur 7.4). Ze zijn er voor 3U en 6U kaartformaten en voor weinig of veel kaarten. Ze zijn ook verkrijgbaar met overgangen (bridges) naar andere bussystemen zoals VME, PC104, E64 , STD en PICMG 2.16 Ethernet-bus. Figuur 7-4 CompactPCi backplanes

47-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industnële computers R. Fiering, W Blokvoort,


ICT2002.17 0049 5 september 2002

De behuizing van CompactPCi is in vele uitvoeringsvormen aanwezig (Figuur 7.2 voorkomende zijn de 19" inbouwsystemen.

.:'.:.'•"••::*.:

en 7.5). De meest

s * *

^mmmmmmmmi .^.y^mmmmm-:-:^,....

19" rack van Systems Integration Plus, 21 slots, 6U verticaal

19" rack van System Integration Plus, 4 slots, 6U horizontaal

19" rack van Gorilla Systems, 8 slots, 3U verticaal

Figuur 7.5 Verschillende CompactPCi -behuizingen 7.1.2 Interfacemogelijkheden In de CompactPCi-systemen kunnen de volgende kaarten geplaatst worden (zie Figuur 7.6 t/m 7.10): Q

Eén of meerdere CPU -kaarten Er zijn kaarten beschikbaar met een grote va riëteit aan processoren waaronder bijvoorbeeld x86, Pentium, Celeron, (Strong)ARM, PowerQUICCII (MPC8260), i960. CPU kaarten zijn vaak al voorzien van zaken als USB, serieel interface, floppy/IDE interface, Ethernet,

Figuur 7.6 CPU kaart van CG Mupac Q

Specifieke interface kaarte n Dit zijn bijvoorbeeld digitale I/O kaarten, analoge I/O, seriële interfaces, bus -interfaces als CAN en veldbus, Ethernet, enz.

3U Ethernet kaart

6U kaart met 16 seriële interfaces

^P Figuur 7.7 Verschillende interfacekaarten Q

IP-dragerkaarten (Industry Pack) Op een dergelijke kaart kunnen verschillende IP -modules geplaatst worden. Dit principe maakt het systeem nog meer open omdat de interface van deze modules eenvoudiger kan zijn (geen PCI -interface). De IP mezzanine standaard wordt dan ook ondersteund bij onder andere VME, CompactPCi, PCI en ISA bussen zodat er een grote verscheidenheid aan module s te krijgen is.

48-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industrièle computers R, Fiering, W. Blokvoort,

ICT


ICT2002.17 0049 5 september 2002

Er kunnen combinaties gemaakt worden met analoge I/O, digitale I/O, CAN -interface, carrierboards, counter/timer, data-acquisition, graphics, DSP, motion control, serial counter, speech audio, enz.

6U,4slotlP-carriervan SBS Technologies

IBilPt*-'I§ mÊÊËËÈmJÊm

IP-modules van TEK Microsystems

Figuur 7.8 IP-drager en IP-modules Q

PMC-dragerkaarten (Public Mobiel Carrier voor mezzanine bus conceptkaarten) Net als de IP mezzanine standaard is de PMC mezzanine standaard bedoeld voor bus onafhankelijke kaarten. De PMC mezzanine standaard is echter meer bedoeld voor high performance. PMC mezzanine kaarten kunnen interface functionaliteit hebben (bijvoorbeeld ATM) en coprocessor functionaliteit. Er zijn ook speciale telecom mezzanine kaarten (PTMC).

6U, 2x PMC carrier van SMS Technologies

Flash mezzannine kaart van General Standards Corporation

Figuur 7.9 PMC-drager en modules PC-MIP drager kaarten (PCI and M-module and Industry Packs) Dit zijn d rage rka arte n voor PC-MIP modules. De standaard is een vervolg op PMC-modules maar met een hogere integratiedichtheid. De verbinding tussen dragerkaart en module is op PCI -basis. De PC-MIP dragerkaart kan passief zijn of (zoals hier afgebeeld) intelligent zijn met een eigen processor. Dit systeem is nog vrij nieuw.

6U, PC-MIP carrier voor 4 modules en een USB module van EKF Elektronik GmbH

Figuur 7.10 PC-MIP dragerkaart en module Vooral door de IP en PMC standaard is de te verkrijgen functionaliteit zeer divers. Hieronder volgt een kleine opsomming wat op de huidige markt zoal te koop is. Deze lijst is niet geordend en zeer zeker niet volledig. Q Q D Q

Digitale en analoge I/O Seriële interfaces: RS-422, RS-423, RS-232, 1553B Video: video MPEG-2 encoder, video capture, real time digital image processors, Graphics controllers, digitizers, enz. CAN-bus, Interbus, Profibus, PMCIA adaptors, ARCNET controller s, IEEE 1394 FireWire hostadapter

49-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R. Fiering, W. Blokvoort


ICT 2002.17.0049 5 september 2002

Q Q Q Q O O Q Q Q Q

10/100/1000 Base-Tx Ethernet, Ethernet switch, ATM adapters, IEEE controllers, WAN I/O, ISDN controllers Fiber-Optie interfaces en controllers, LON -bus RS-485 SCSI controllers, IDE controllers Geheugen zoals SRAM, SDRAM, eprom, flash, flash disk, hard disks CPU-kaarten waaronder redundant systemen, powerPC, user -programmable front-end FPGA, embedded processoren (PMC) Logic analyzer, bus monitoren, extender en adapterkaarten Geluidskaarten, parallel I/O, Centronics interface, USB Servo en motion controllers (counters) Floating poïnt DSP Het laten ontwikkelen van eigen IP en PMC -kaarten is mogelijk

7.1.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie -ontwikkeling Gezien de grote diversiteit aan hardware en leveranciers is het moei lijk iets over prijzen te zeggen. Wel kunnen er enkele voorbeelden gegeven worden (prijzen zijn op enkel stuk basis. OEM, aantal en onderhandeling beïnvloeden de prijs): Soort

Type-nr

Opm.

Leverancier

Prijsi

CPU, Pentium II, 6U CPU, Pentium III, 6U

MAXI-6560-64 CC5-2-RAVE

NEXCOM EKF Elektronik GmbH

€ 1.660 € 1.840

CPU, dual Pentium III, 6U 19" chassis, 4U

MAXI-66320F

VGA, Ethernet, SCSI, I/O 850Mhz, VGA, Ethernet, EIDE, USB, cFLASH ATA slot 600Mhz, VGA, Ethernet, SCSI, I/O

NEXCOM

€ 3.114

4 slots, no power supply (2 redundant slots), fan 8 slots, powersupply, no fan

Up Microprocess

€ 1.347

Up Microprocess

€ 1.560

10BaseT/100BaseTX, 2 x SCSI 4 kanalen RS232/RS485 66Mhz, 64 bit hot swappable 16-bit Simultaneous Sampling, 8 A/D, 4 D/A 12-bit, 16 differential channels Isolated ADC, Up to 100K samples/sec, gain control 2 channel optically isolated

NEXCOM EKF Elektronik GmbH

€ € € €

19" chassis, 3U Ethernet controller, 3U Serial interface, 3U Dual PMC carrier, 6U PMC, A/D D/A convertor PMC, A/D convertor PMC, CAN-bus controller IP, digital I/O

EPA 4U RAC 24 00 EPA 3U RAC 08 00 MAXI-100L CU2-1-QUARTET CPC2PMC64 PMC-ADADIO-311 WPMC01025-10 WPMC21039-10 WIP07032

24 digital l/O, EIA 422 differential, high speed

BvM

General Standards Corporation TEWS Datentechniek

364 510 1.092 3.322

€ 1.058

TEWS Datentechniek

€ 622

Greenspring

€494

1 Prijs in euro

CompactPCi is zeer gangbaar in de markt. Hierdoor zijn er veel aanbieders en is de prijs redelijk te noemen. De meest gangbare processorkaarten zijn op Intel processoren g ebaseerd (Pentium, Celeron), en voor deze processoren staat dan ook alle software ter beschikking die in de PC -markt gangbaar is. Ook voor andere processoren is veel software beschikbaar. Ook zijn er een groot aantal operating systemen die CompactPCi onde rsteunen: Windows, OS2, Unix, Linux, OS-9000,QNx, AIX, VXI, SOLARIS, Mac OS, OS -9, pSOS, VxWorks. De operating systemen ondersteunen niet in dezelfde mate alle processoren. Sommige zijn voor bepaalde processoren of processorfamilies zeer volledig, terwijl bij anderen nog veel zelf ontwikkeld zal moeten worden. Daarom zijn de applicatie -ontwikkelkosten en complexiteit (benodigde kennis) dan ook sterk afhankelijk van de keuze van de processor.

7.1.4 Bedrijfszekerheid De bedrijfszekerheid van CompactPCi -systemen kan vanwege zijn industriële doel goed genoemd worden. De MTBF is afhankelijk van het aantal componenten in een systeem. Ze zal ergens tussen de 1 en 10 jaar liggen.

50-74 [MATCH] Marktverkenning van PCC/SCADA/OCS/Industnële computers R, Fiering, W Blokvoort,

ICT


ICT2002 17.0049 5 september 2002

7.1.5 Ondersteuning op langere termijn CompactPCi is nu ongeveer 5-6 jaar op de markt en is een van de bekendste standaarden. Belangrijk is het gebruik van de IP, PMC en PC-MIP standaarden die ook door andere industriële systemen gebruikt worden (bijvoorbeeld VME). Gezien het grote aantal gebruikers en leveranciers zal CompactPCi ook op langere te rmijn ondersteund blijven.


ig^Ti

R. Fiering. W. Blokvoort,

li^S»*

1

ICT2002 17.0049 Versie 2.0 Status Definitief

5 september 2002

7.2 VME De VME-bus (Versa Module Europa) is een open bussysteem. Het is een al wat ouder systeem (1981) dat destijds bedoeld was als een flexibel systeem voor rekenintensieve taken. Het is in de computerindustrie een populaire standaard geworden. Enkele kenmerken van VME zijn: Q Twee standaard kaartformaten mogelijk. Dit zijn de zogenaamde Eurocard formaten die ook vaak bij andere industriële systemen gebruikt worden. De twee formaten zijn: 3U (100x1 60 mm) en 6U (233x1 60 mm). Q Solide connectoren aan achterzijde van de kaart. De kaarten worden aan de voorzijde geplaatst terwijl de verbinding met de buitenwereld aan de voorkant of achterkant mogelijk is. Q De specificatie laat 'in bedrijf' uitwisselen van kaarten toe (niet al!e kaarten ond ersteunen dit). O De VME-bus staat onderlinge data -uitwisseling toe in 32 bit formaat. Sinds kort is er VME64 waardoor 64 bit mogelijk wordt (nog niet echt gangbaar). Zeer ruim adres bereik (4 Gigabyte). Q De VME- bus laat dataoverdracht toe van 40 tot 80 MByt e per seconde. O Multiprocessing is mogelijk. Q De VME is standaard geschikt voor 21 PCI -kaarten (21 slots) waarbij het eerste slot als configuratie manager moet worden gebruikt. Belangrijkste verschil met CompactPCi: O In tegenstelling tot CompactPCi is VME -adressering niet gemultiplexed. Dit beperkt het aantal verschillende processoren die onder dit systeem werken. De grootste groep behoort tot de Motorola 68000 types. Q Data-overdrachtssnelheid is aanzienlijk minder dan bij CompactPCi (40/80 versus 132/264 Mbps ). Ook VME heeft net als de CompactPCi een CT -bus voor systeembus onafhankelijke dataoverdracht. De VXI-bus is de instrumentatiebus die gebaseerd is op de VME -bus. Ze is echter niet 100% compatible. VXI is geschikt voor automatische test en data -acquisitiesystemen. Ze heeft twee extra kaartformaten en kan daarmee tot een bus clock van 100Mhz gaan (VME heeft een 20Mhz bus clock).

7.2.1 Opbouw Net als bij CompactPCi worden VME-kaarten op een achterwand (backplane) met connectoren geplaatst. VME heeft niet de veelvoud aan 'bridges' (overgangen) naar andere busstandaarden die CompactPCi heeft. Ook een VME/VXI chassis is te verkrijgen in een groot aantal uitvoeringen waarbij het 19" inbouwchassis profileert (zie Figuur 7.11).

12 slots tower model van Aarons

20 slots 19" open systeem van Aarons

Figuur 7.11 VME-chassis


M^^T

R, Fiering, W, Blokvoort,

» *%ujflf

ICT2002.1 7.0049 fë


5 september 2002

7.2.2 Interfacemogelijkheden De interfacemogelijkheden zijn vrijwel gelijk aan die van CompactPCi. VME heeft ook dragerkaarten voor IP, PMC en PC-MIP modules (zie paragraaf 7.1.2 voor meer informatie over deze modules). Omdat VME-systemen al wat langer op de markt zijn, zijn er meer specifieke interfacekaarten te verkrijgen dan bij CompactPCi (Figuur 7.12). Gebruik van IP en PMC modules maakt de kaarten fysiek breder waardoor extra sloten nodig kunnen zijn. Daar staat echter tegenover dat ze de combinatiem ogelijkheid vergroten en de compactheid verhogen waardoor minder volledige kaarten nodig zijn.

VXI Pentium Controllers van National Instruments

3U VMEbus Ethernet controller van BVMItd

6U Motorola CPU-kaart MVME-101

Figuur 7.12 Insteekkaarten VME systeem

7.2.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie -ontwikkeling Gezien de grote diversiteit aan hardware en leveranciers is het moeilijk iets over prijzen te zegge n. Wel kunnen er enkele voorbeelden gegeven worden (prijzen zijn op enkel stuk basis. OEM, aantal en onderhandeling beïnvloeden de prijs):

Soort

Type

Opm.

Leverancier

Prijsi

CPU, VME 68000 CPU, VXI Pentium III CPU, VME, MC68360

MVME-101 VXIpc-873/700 BVME 3500

6U

Aaron National Instruments

€ 530 € 15.545 € 1.659

Digital I/O Analoog input Seriële interface Ethernet controller PC-MIP dragerkaart

68200-024-PO 68320-2-ADC 68550-00-SI 68570-129-LAN 68250-2070Imod30 AVME9675-4

IP dragerkaart, VME64 • ni

IJ:>

6U, Flash disk, zeer compleet 6U, 32 MHz dual processor, flash, eprom Ethernet, serial enz. 40 in, 40 out, opto isolated, 24V 32 kanalen differentieel 4 x RS232/RS422/RS423/RS485 2 x Ethernet 3 X PC-MIP, CPU68EC030, 2 x serial, Eprom 4 IP-modules

BvM

EKF EKF EKF EKF EKF

Elektronik Elektronik Elektronik Elektronik Elektronik

GmbH GmbH GmbH GmbH GmbH

Acromag

€ € € € €

760 1.020 460 970 770

€ 718

in cui \J

(zie paragraaf 7.1.3 voor prijzen van PMC-modules). VME was voor CompactPCi dé standaard. Ze is nog steeds zeer gangbaar in de markt maar lijkt door Compact PCI te worden ingehaald. Er zijn nog steeds veel aanbieders waardoor de prijs acceptabel te noemen is. Gezien het feit dat Motorola aan de wieg van VME heeft gestaan, zijn er veel CPU -kaarten met Motorola processoren. Vooral in de 680x0 serie is veel te vinden, maar ook PowerPC's van Motorola en IBM, processoren als SPARC, ARM en Pentium II! zijn te vinden. Het aantal leveranciers voor de modernere processoren lijkt voor VME geringer dan voor CompactPCi. Het volgende geldt voor VME en CompactPCi: Sommige leveranciers leveren software -ondersteuning in de vorm van BSP's (Board Support Package, dit is de softwarelaag tussen een bepaald operating systeem en een specifieke CPU -kaart). Soms is er support in de vorm van drivers en software libraries. Ook zijn er bedrijven die bereid zijn BPS'en en drivers op vraag te ontwikkelen, support hiervoor te leveren of cursussen te verzorgen.

53-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriéle computers R. Fiering. W. Blokvoort,



Operating systemen voor VME zijn: OS-9, Unix, Linux, LynxOS, pSOS, VxWorks/Tornado, OSE, SOLARIS, INTEGRITY, WindowsNT, Windows2000, QNx. De operating systemen ondersteunen niet in dezelfde mate alle processoren. Sommige zijn voor bepaalde processoren of processorfamilies zeer volledig (BPS ondersteuning), terwijl bij anderen nog veel zelf ontwikkeld zal moeten worden (zie voorgaande alinea). Daarom zijn de applicatie-ontwikkelkosten en complexiteit (benodigde kennis) dan ook sterk afhankel ijk van de keuze van de processor.

7.2.4 Bedrijfszekerheid VME systemen zijn er al ongeveer 20 jaar. Ze hebben een reputatie opgebouwd van bedrijfszekerheid. De industrie heeft nog steeds vertrouwen in VME. De MTBF is afhankelijk van het aantal componenten in een systeem. Ze zal ergens tussen de 1 en 1 0 jaar liggen.

7.2.5 Ondersteuning op langere termijn Het feit dat ook andere systemen (zoals CompactPCi) de CT, IP, PMC en PC -MIP standaard ondersteunen verhoogt de diversiteit van producten en de lange termijn onder steuning. Nieuwe IP, PMC en PC -MIP producten komen ook ten goede aan VME. Hoewel VME over de top lijkt te zijn, is de markt nog zo groot dat ondersteuning op langere termijn geen probleem lijkt.

54-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industnèle computers

i ^ ^ T ™ '

R. Fiering, W Blokvoort.

1 \s*

I

ICT2002.17.0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

7.3 Industriële PC Het begrip industriële PC wordt door menig een anders geïnterpreteerd. In dit hoofdstuk zien we de industriële PC als een directe afgeleide van de gewone PC, maar dan geschikt voor industriële omgevingen. Dat wil zeggen dat ze voorzien zijn van PCI/ISA sloten (PCI en ISA komen uit de PC wereld, ISA is al wat verouderd). Hiermee komen we meteen al tot de kern van de zaak. CompactPCi en VME zijn standaarden die hun kracht baseren uit hun busarchitectuur en bushardware. Industriële PC's blinken hier niet in uit. Zo ontbreekt bij de industriële PC de extra CT-bus die een processoronafhankelijke data -uitwisseling mogelijk maakt. Verder is de mechanische kwaliteitvan de connectoren beduidend minder dan die van CompactPCi en VME. 7.3.1 Opbouw De opbouw begint met de keuze van het backplane principe. In feite zijn er twee hoofdlijnen: Q AT/ATX moederkaart Vaste processorkaart met daarop een rij PCI/ISA connectoren. AT/ATX is de bekende standaard in de gewone PC. AT is de wat oudere standaard. Q Passief backplane. PCI/ISA connectoren zonder vaste processorkaart. Hie rin kan een PCI-computerkaart (SBC: Single Board Computer) van gewenst type geplaatst worden.

.,.„ , , . . _ __, ATX moederkaart met 5x PCI, USB, audio, Ethernet, enz.

Passief backplane met 7 x M

Figuur 7.13 Opbouwvormen industrie le PC Het aantal verschijningsvormen van de industriële PC is erg groot. De belangrijkste is het inbouwchassis. Het scala aan andere mogelijkheden is echter vele ma len groter dan bij CompactPCi en VME. Industriële PC-kaarten zijn niet tijdens het in bedrijf zijn uitwisselbaar en de toegankelijkheid is minder dan bij CompactPCi en VME-systemen. Op de kaarten bevinden zich aan de onderzijde vergulde kopercontacten. Kaarten moeten dan ook van 'boven' in de connectoren van de backplane gedrukt worden. De verbinding met de buitenwereld gaat via de achterzijde direct vanaf de kaart of via kabels naar extra montageplaten op de achterzijde.

7.3.2 Interfacemogelijkheden Industriële PC zijn op de ISA/PCI-bus gebaseerd. Vrijwel alle interfaces die in de normale PC -wereld bekend zijn, zijn ook hier beschikbaar. Alle kaarten die in een normale PC passen kunnen hier gebruikt worden. Dit kan een voordeel zijn zolang er goed op gelet wor dt dat de eigenschap van een kaart nog voldoende is voor zijn beoogde omgeving. Er zijn nog vele kaarten op de markt met de oude ISA -interface.


la^Ts


«'«•* i

ICT2002 17.0049 Versie 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

PCI PMC dragerkaart van Dynamic Engineering

PCI CPU kaart van EmCore

Figuur 7.14 Diverse kaarten voor industriële PC CPU-kaarten zijn er in vele soorten verkrijgbaar. Alle bekende processoren zijn vertegenwoordigd. Op Intel gebaseerde kaarten zijn het meest gangbaar. Belangrijk is het feit dat ook bij de industriële PC's drager kaarten zijn te verkrijgen voor PMC en IP-modules. Op deze wijze staan alle (bij CompactPCi en VME) reeds besproken interfacemogelijkheden open.

7.3.3 Kosten van aanschaf, onderhoud en applicatie -ontwikkeling De industriële PC is in zeer vele marktsegmenten thuis. De prijzen zijn dan ook laag te noemen ten opzichte van CompactPCi en VME. Enkele voorbeelden (prijzen zijn op enkel stuk basis. OEM, aantal en ond erhandeling beïnvloeden de prijs):

Soort

Type

Opm.

Leverancier

Prijsi

CPU moederkaart

D850MVSE

Gateway

€ 161

CPU moederkaart

SY-P45

Soyo

€ 195

CPU PCI-kaart

SBC107

Voor Pentium/Celeron, zonder processor, 5 x PCI, USB, audio, Ethernet Voor Pentium 4, zonder processor, 5 x PCI, USB, audio, Ethernet NuPRO-775. 2xUSB, IDE, Ethernet, Celeron cocket (geen processor) 32 x single channel 16 x single of 8 x diff. Channel 24 x digital I/O 4 x seriële interface 2 x Ethernet

Aberdeen

€409

Aberdeen Acces I/O Products Acces I/O Products StarTech Dell

€ € € € €

Analoog input (ISA) Analoog input (PCI) Digital I/O (PCI) Seriële interface (PCI) Ethernet controller 1 Prrjs in euro

DAQ180 PCI-AIR-16 PCI-DIO-24H PCI4S550 6295P

357 322 152 136 105

De meest gangbare p rocessorkaarten zijn op Intel processoren gebaseerd (Pentium, Celeron) en voor deze processoren staat dan ook alle software ter beschikking die in de PC -markt gangbaar is. Ook voor andere processoren is veel software beschikbaar. Er een groot aantal operating systemen die werken op een industriële PCI: Windows, OS2, Unix, Linux, OS 9000, QNx, AIX, VXI, SOLARIS, Mac OS, OS-9, pSOS, VxWorks. De operating systemen ondersteunen niet in dezelfde mate alle processoren. Sommige zijn voor bepaalde processoren of p rocessorfamilies zeer volledig, terwijl bij anderen nog veel zelf ontwikkeld zal moeten worden. Daarom zijn de applicatie -ontwikkelkosten en complexiteit (benodigde kennis) dan ook sterk afhankelijk van de keuze van de processor.

7.3.4 Bedrijfszekerheid In deze markt zijn veel producten verkrijgbaar waarbij ook producten van wat mindere kwaliteit. Het is dan ook goed aan industriële PC-producten de eis te stellen dat ze voldoen aan de PICMG (PCI Industrial Computer Manufactures Group) specificatie. Backplane - en chassisleveranciers zouden aangesloten moeten zijn bij het PCIMG consortium. Systemen met een AT/ATX moederkaart hebben een slechtere MTBF dan systemen met een passief backplane. MTBF kan bij individuele kaarten op 100.000 uur liggen (industriële standa ard). Bij een compleet systeem is de MTBF onder andere afhankelijk van het aantal componenten. Ze zou tussen 1 en 10 jaar kunnen liggen maar tussen 1 en 5 jaar is waarschijnlijk meer reëel.

56-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriele computers R. Fiering, VV. Blokvoort

ICT


ICT2002.17.0049 5 september 2002

7.3.5 Ondersteuning op langere termijn De normale PC-markt staat niet bekend om zijn stabiliteit. Bij de industriële markt is dit aanzienlijk beter. Het feit dat ISA-kaarten nog volop te koop zijn, bewijst dit wel. Toch moet vanwege deze dynamische markt de ondersteuning op langere termijn als slechter gezien worden dan di e van CompactPCi en VME. Het is dan ook net als bij CompactPCi en VME belangrijk om hardware -afhankelijkheid tot goed geïsoleerde softwaremodulen te beperken.

7.4 Slotopmerking industriële computers Bij gebruik van industriële computers zal er rekening mee moeten worden gehouden dat er veel software voor geschreven moet worden. Voor gebruik van een operating systeem zullen licenties betaald moeten worden. Kennis moet ontwikkeld of ingehuurd worden. Ondanks de gigantische markt is het waarschijnlijk dat op e en gegeven moment een bepaald l/O - of interfacekaart niet meer te krijgen is. Er zal altijd wel een vervanger te vinden zijn maar die kan net iets anders zijn. Ook al leveren kaartleveranciers vaak wel een driver, de software zal waarschijnlijk iets aang epast moeten worden. Het is dan ook belangrijk de software -architectuur zo op te zetten dat dit zo weinig mogelijk werk kost. Ook voor features als automatische configuratie -update (zoals bij PLC's standaard aanwezig) zal zelf software ontwikkeld moeten worden. Daar staat echter tegenover dat industriële computers erg open zijn. Software/hardware hoeft niet van één leverancier te komen. Nieuwe technieken of hardware (denk aan videobewerking) komen sneller ter beschikking dan bij bijvoorbeeld PLC's. Uitbreidingen en aanpassingen kunnen altijd, maar kosten wat tijd. Bij CompactPCi en VME zijn redundant CPU -kaarten mogelijk. Bij alle systemen zijn redundant power supplies mogelijk. Omgaan met redundantie en met het "in bedrijf" uitwisselen van kaarten wordt me de door de software bepaald.


^éT*T

R. Fiering, W, Blokvoort,

«^t«9» »

ICT2002 17 0049 Versie: 2 0 Status: Definitief

5 september 2002

8 Referentieprojecten Hieronder volgt een aantal referentieprojecten. De projecten zijn geselecteerd om een beeld te geven van het gebruik van PLC's en SCADA in de automatisering. Bij enkele van deze projecten is mede gebruik g emaakt van remote I/O modules. De keuze voor remote I/O modules werd genomen vanwege de besparingen die het oplevert bij afgelegen I/O (bekabelingskosten). Voor een volledige lijst met ICT -projecten wordt verwezen naar de MIRNA database van Rijkswaterstaa t. Naam project Naam opdrachtgever Opdracht Omschrijving

Centrale bediening RWS Limburg Centrale bediening voor vijftal objecten De opzet van de centrale bediening is het besturen van een vijftal objecten rondom Maastricht vanaf één locatie. De objecten zijn: een voedingsduiker voor het doseren van water, een hefbrug in centrum Maastricht, een sluis, stuwen en het sturen van seinen voor de tweede sluis. Het project hield in dat de bestaande elektrische installaties vernieuwd moesten worden en dat het geheel geautomatiseerd werd met PLC's met daarboven een SCADA-systeem.

Naam project Naam opdrachtgever Opdracht Omschrijving

Verkeerscentrale Velsen-Zuid RWS Noord-Holiand Dynamische verkeerscentrale in Velsen-Zuid De verkeerscentrale is bedoeld om de verkeersstromen rondom Amsterdam te sturen en te bewaken. De centrale bestaat in hoofdzaak uit vijf grote videowanden met bijbehorende lessenaars. Op een lessenaar staan twee Sattline systemen voor de bediening van objecten en een SUN-systeem voor bediening van het MTM-systeem (wegsignalering). Het geheel is met behulp van een glasvezelnetwerk met elkaar verbonden. De objecten die bediend worden zijn: Veisertunnel, Wijkertunnel, Schipholtunnel, Zeeburgertunnel, Coentunnel, Wisselstrook A1, Brug over zijkanaal C (Velsen), Ringweg A10 (MTM), Route informatiesysteem (DRIP). Er is onder andere gebruik gemaakt van een Sattline systeem (SCADA/PLC).

Naam project Naam opdrachtgever Opdracht

Bediening en visualisatiesysteem metro Alstom Traxis Ontwikkeling van een standaard product/informatiesysteem voor toepassing in metro treinstellen, bedoeld voor zowel de bestuurder als voor technische (storings)analyse De software voor het bedienings- en visualisatiesysteem is ontwikkeld en geconfigureerd rondom een SCADA-pakket, aangevuld met Visual Basic code in MS Excel en MS Access. Het SCADA-systeem met touch-screen in de cabine is via een interne bus gekoppeld met onder andere de treinstellen met aandrijvingssysteem, sensoren, deurcontacten, omroepinstallatie, positiebepaling, etc.

Omschrijving


ABCTA Delden Coöperatie ABCTA u.a. Ontwikkeling van de besturing van het primaire proces in een mengvoederfabriek De toegepaste omgeving, de Production Control Envi ronment (PCE), is een eigen ontwikkeling van ICT. Binnen het PCE concept, dat de PLC -, SCADA- en computerlaag omvat, wordt gebruik gemaakt van Object Oriëntatie.


Zeelandia doseren Koninklijke Zeelandia Ontwikkeling van de besturing voor het doseren van bakkerijgrondstoffen In een fabriek van Zeelandia moeten charges bakkerijgrondstoffen gedoseerd, gemengd en verpakt worden. De besturing is gerealiseerd met een Siemens S7 PLC terwijl de visualisatie en alarmering met het 'Factory link' SCADA-pakket is uitgevoerd op een PC.

58-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industrièle computers R. Fiering, W. Blokvoort,

ICT

Versie. 2.0 Status: Definitief



Zeelandia transport Koninklijke Zeelandia Ontwikkelen van een containertransportsysteem voor bakkerijgrondstoffen Containers met batches bakkerijgrondstoffen moeten binnen het bedrijf getransporteerd worden. De containers worden continue getraceerd. Voor het besturingssysteem is gekozen voor een Siemens S5 PLC, visualisatie met SCADA op VAX VMS.

Naam project Naam opdrachtgever Opdracht

WCS2000 Owens Corning Veil (OCV) Ontwikkelen en onderhouden van een receptuurbeheer -, kwaliteitsbeheer- en artikelbeheersysteem voor diverse glasvliesproducten van Owens Corning Veil WCS2000 is een op Oracle gebaseerd syste em met een directe koppeling naar een SCADA-systeem voor de visualisatie van de productie -apparatuur.

Omschrijving


Mengvoeder LBB LandBouw Belang (LBB) Het automatiseren van een viertal fabrieken voor mengvoeder Bij alle fabrieken wordt veevoer in batches gedoseerd, gemengd en verder verwerkt. Hier zijn PLC en SCADA-systemen toegepast.


Kunststof productie Wavin Het automatiseren van een aantal kunststof productieli jnen. Wavin produceert met een aantal productielijnen een grote variëteit aan producten. Voor de besturing zijn PLC en SCADA -systemen toegepast.


Tankpark Curr Oil Curr Oil Tankparkbesturing In Curacao is een besturing ontwikkeld voor Curr Oil. De brandstofproducten komen binnen via tankauto's en worden opgeslagen. Distributie gaat via tankauto's, schepen en leidingen naar het vliegveld. Realisatie met PLC (Siemens S7) en SCADA (Factor y link).


Python Efteling Achtbaan bestu ring Bij de Efteling is de besturing van de Python achtbaan gerealiseerd. Dit project, uitgevoerd met een Omron PLC, kenmerkt zich door de hoge veiligheidsei sen (TÜV keuring).


Janssen, plant waterzuivering en informatiesysteem Janssen Pharmaceutica Visualisatie waterzuivering, HVAC plant informationsystem Bij Janssen Pharmaceutica is eerst met SCADA h et proces van een waterzuiveringssysteem gevisualiseerd. Hierna is een plantinformatiesysteem ontwikkeld die gegevens van productie PLC's met SCADA beschikbaar stelt.

59-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industnèle computers R. Fiering. W Blokvoort,

ICT


ICT2002.17.0049 5 september 2002


Librox transportsysteem Akzo Hengelo Automatiseren van paliettransportsysteem Bij Akzo worden onder andere zoutproducten gefabriceerd. Deze worden met een heftruck of palletstapelmachine op een transportband geplaatst. De Siemens PLC krijgt palletinfo van de centrale computer (ethern et link). De PLC zorgt verder voor transport, labelen en het interfacen met verpakkings - en omsnoeringsmachines.


Brouwhuis automatisering Heineken Automatiseren van drie brouwhuizen Een brouwhuis bevat zowel de inname, opslag van grondstoffen zoals graan (gerst), als het beheren en controleren van recepten. Grondstoffen worden gedoseerd en verwerkt. Bij deze drie brouwhuizen zijn Allen Bradley PLC's gebruikt. Voor de visualisatie is SCADA toegepast (op VAX computers).



ICT2002 17,0049 5 september 2002

9 Toepasbaarheidsanalyse De toepasbaarheidsanalyse is uitgevoerd aan de hand van de Criteria voor het Wegkantplatform, die verwoord zijn in de memo met als titel "Criteria Wegkantplatform" (RWS Concept d.d. 29 mei 2002). De memo bes chrijft de eerste versie van de criteria waaraan het Universele Wegkantplatform moet voldoen. De veldbus maakt geen onderdeel uit van het Wegkantplatform. Niet alle aspecten worden in deze toepasbaarheidsanalyse meegewogen en daarmee is deze dus ook niet volledig. Zo zijn de criteria voor het bouwen en beheren van de software en het configureren versus programmeren van interfaces met de sensoren en actuatoren niet meegewogen. Ook is de verwerking van videobeelden niet meegewogen. Omdat communicatiestandaa rden en SCADA een toegevoegde waarde hebben en niet echt vergeleken kunnen worden met computers en/of PLC's zijn ze niet verwerkt in de tabellen maar worden ze aparte besproken.

9.1 Communicatiestandaarden en SCADA/OPC 9.1.1 Communicatiestandaarden Communicatiestandaarden zijn in deze analyse opgenomen vanwege de veldbussen met hun robuustheid en betrouwbaarheid die in de verkenning een belangrijke rol hebben bij de koppeling van de actuatoren en de sensoren in het veld. Veldbussen hebben diverse kenmerken die ze g eschikt maken voor toepassing in een UWP: Q D O Q Q Q

Makkelijk uitbreidbaar/schaalbaar. Aan een netwerk kunnen makkelijk nieuwe takken (nodes) worden toegevoegd / weggehaald. Stabiel, robuust. Veldbussen zijn gemaakt voor het "ruwe"werk in het veld en de componente n zijn hier ook op afgestemd. Geschikt voor meerdere hardware platvormen In de markt zijn er veldbus kaarten (koppelingen) voor diverse merken PLC's / Industriële computers. Leveranciersonafhankeiijk. Er zijn een groot aantal leveranciers die een breed se ala aan componenten op de markt brengen voor de verschillende veldbussen. Prijs/kwaliteitsverhouding. Door het grote aantal leveranciers en componenten is een goede prijs / kwaliteit mogelijk. Open standaard. Profibus en CANbus zijn voorbeelden van open standaarden. Ze worden door een onafhankelijke instantie beheerd waardoor openheid en continuteit gewaarborgd is.

9.1.2 SCADA/OPC SCADA systemen hebben een toegevoegde waarde bij toepassing van (soft)PLC's. Ze zijn erg goed in het verzamelen en visualiseren van data uit PLC's als ook het versturen van data naar PLC's. Belangrijke kenmerken die voor een SCADA systeem spreken zijn: Q

Q D Q

Makkelijk uitbreidbaar/schaalbaar. SCADA pakketten werken met licenties voor de hoeveelheid TAGS en drivers voor de verschillende PL C's. Door het toepassen van een andere licentie of driver kan gemakkelijk de bestaande situatie worden aangepast. Stabiel, robuust, goed te beveiligen. Door jaren lange ervaring van de leveranciers zijn de systemen stabiel en robuust te noemen. SCADA systemen hebben vaak meerdere beveiliging niveaus ter beschikking. Op afstand te beheren / configureren. Enkele SCADA pakketten kunnen via een cliënt beheerd of geconfigureerd worden. Voor andere zal met een pakket zoals Pcanywhere of Netsupport gewerkt moet en worden. Prijs/kwaliteitsverhouding. Door de sterke concurrentie lopen de prijzen van de verschillende SCADA pakketten niet veel uiteen.


1^**"W" H^fflS l

Versie: 2,0 Status: Definitief

ICT2002 17.0049 5 september 2002

Q

Leverancieronafhankelijkheid. Indien eenmaal een keuze is gemaakt voor een bepaald SCADA pakket kan men hierna niet m eer spreken van leveranciers onafhankelijkheid.

Een kenmerk dat tegen SCADA pakketten spreekt is het feit dat in de hier gewenste toepassing een groot gedeelte van de aanwezige functionaliteit van SCADA niet gebruikt wordt. SCADA wordt hier puur gezien v oor het ophalen en versturen van data van en naar een PLC. Als alternatief zou hier goed OPC passen. Met behulp van OPC kan op vrij eenvoudige wijze een koppeling gemaakt worden met een PLC voor datauitwisseling.


i^*"""!*8'

R. Fiering, W. Blokvoort

i'S*»* i

ICT2002.17 0049 Versie: 2 0 Status Definitief

5 september 2002

9.2 PLC/DCS/Industriële computer In de navolgende paragrafen wordt per aspect van de criteria van het Wegkantplatform de eisen en wensen geëvalueerd en gekwalificeerd volgens de hieronder beschreven waarderingen. De mate waarin de producten voldoen aan de eisen is gekwalificeerd als: V = Volledig compliant; het product voldoet volledig aan de eis. G = Gedeeltelijk compliant; het product voldoet gedeeltelijk aan de eis en de mate wordt nader toegelicht N = Niet compliant; het product voldoet in grote mate of geheel niet aan de eis. '-' = eis is niet van toepassing voor dit product.

9.2.1 Besturingssysteem Eisen en wensen

PLC

DCS

Industriële computer

Schaalbaar, uitbreidbaar TCP/IP support Stabiel, robuust, goed te beveiligen Multitasking 2 (meer applicaties tegelijkertijd kunnen draaien) Op afstand te beheren en te configureren Geschikt voor vele hardwaresystemen POSIX compliant Goede prijs-/kwaliteitsverhouding Goede support Leveranciersonafhankelijk (non proprietary) Real Time support?

V V V

V V V

v

G1

v

V

V

V

G2

V

G3

V

-

V V G4 Gb

2. 3. 4. 5.

V V V

v

N

V V

V V V In een PLC-applicatie worden meerdere taken sequentieel uitgevoerd binnen de cyclus van het programma. Op deze wijze is gegarandeerd dat een besturingstaak binnen de scantijd van de PLC is uitgevoerd die beveiligd wordt door een maximale tijd van bijvoorbeeld 30 ms. Daarnaast is er ook nog de interrupt gebaseerde afhandeling van taken. Enkel als het systeem dusdanig is ontworpen, is configuratie op afstand mogelijk. DCS-leveranciers hebben een Foundation Field Bus waar ze zich comrttteren en kunnen koppelen met PLC's. De support varieert van leverancier tot leverancier. De standaardkaarten worden door vele leveranciers aangeboden.

63-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/lndustriele computers R. Fiering, W. Blokvoort,


iCT200217.0049 5 september 2002

9.2.2 Interne bus Eisen en wensen

PLC

DCS


Open standaard Schaalbaar, uitbreidbaar Stabiel, robuust Veel I/O interfaces verkrijgbaar Geschikt voor vele besturingssystemen en hardwaresystemen Goede prijs-/kwaliteitsverhouding Goede support Leveranciersonafhankelijk (non proprietary)

G1

N V V V

V V V V V

1. 2. 3. 4.

V V V G2

V V G4

N

V

V G3 V

N

Er zijn enkele leveranciers die kaarten maken voor verschillende PLGplatformen. Elke PLC heeft zijn eigen firmware waarin de interne busaansturing is opgenomen. De support varieert van leverancier tot leverancier. Er zijn enkele leveranciers die kaartenmaken voor verschillende PLC-platformen.

9.2.3 Interface met datacomnetwerk Eisen wensen

PLC

DCS


Conform huidig VICnet (TCP/IP, data link laag: PPP, TBMS, fysieke laag: RS232, V36 (VIM)) Conform toekomstig VICnet (ook Ethernet)

G1

N

V

V

N

V

1.

De fysieke laag van VICnet wordt niet ondersteund, Ethernet wordt wel ondersteund.

9.2.4 Sensor/Actuator interface Eisen en wensen

PLC

DCS


Tenminste Ethernet, RS232, RS485 I/O kaarten of Mezzanine/dragerkaarten voor de interne bus Open standaard Schaalbaar, uitbreidbaar Stabiel, robuust, Goede prijs-/kwaliteitsverhouding Goede support Leveranciersonafhankelijk (non proprietary)

V -

V

V

V V

G1 V V V V V

G2 V V V G2

V V V G3 G" V

1. 2. 3. 4.

Door het toepassen van veldbussen en zijncomponenten. De DCS-leveranciers hebben een Foundation Field Bus waar ze zich committeren en kunnen koppelen met PLC's. Er is een ruime keuze op de markt bij verschillende leveranciers. De support varieert van leverancier tot leverancier.

NB: Bij een PLC of DCS systeem hoeft er geen software-ontwikkeling plaatst te vinden voor interfacing naar de actuatoren en sensoren naar het veld die ofwel direct op het systeem zijn gekoppeld middels interfacekaarten of via een veldbus. Dit betekend dat bij een upgradirg of een nieuw type kaart, men alleen een upgrade van het ontwikkelsysteem hoeft uit te voeren in plaats van het wijzigen of aanvullen van programmatuur.


ICT


ICT2Q02.t7.0049 5 september 2002

9.2.5 Omgevingscondities Eisen en wensen

PLC

DCS

Industriële computer V

V V Operationeel bij 0°C tot 50°C en een RV tot 95%. G1 N G1 Operationeel bij -25°C tot 70°C en een RV tot 95%. 1. Een aantal leveranciers hebben een beperkt aantal kaarten in het assortiment.

9.2.6 Beschikbaarheid Eisen en wensen

PLC

DCS


G1 V N G3 G2 V V V V G4 V V Slechts een aantal leveranciers hebben processorkaarten en voedingen die redundantie ondersteunen. Niet alle merken en/of kaarten ondersteunen dit. Wordt niet door alle leverarciers ondersteund. VME en CompactPCi systemen hebben een lifecycle van 10 jaar of meer, echter bij insteekkaarten is dit niet gegarandeerd.

Redundantie Hot Swappable MBTF tussen 2 en 5 jaar Lifecycle product >= 10 jaar 1. 2. 3. 4.

9.3 Samenvatting toepasbaarheid Uit de voorgaande paragrafen blijkt dat de veldbussen goede eigenschappen hebben die aansluiten bij de eisen en wensen. 2e kunnen gekoppeld worden aan vele systemen. De industriële computersystemen sluiten het beste aan bij de gevraagde eisen en wensen voor een UPW wat echter niet verwonderlijk is daar de criteria uit de memo geschreven zijn vanuit de ervaring met industriële computersystemen en niet met PLC, SCADA en DCS systemen. PLC oplossingen zijn meer uitgelegd voor koppelingen naar het veld met zijn actuatoren en sensoren en hiervoor is veel functionaliteit in het besturingssysteem v an de PLC geïntegreerd. Het toevoegen van SCADA/OPC functionaliteit boven de PLC maakt dat alle gangbare interfaces naar PLC voorhanden zijn en er geen specifieke ontwikkeling voor plaats hoeft te vinden. SCADA heeft als extra functionaliteit in zich als h et bewaken van waarden en dergelijke en het vormt direct een uniform interface voor de bedieningslaag of de andere servers. Door het toepassen van OPC kan een industriële computer ook gekoppeld worden met PLC's.

65-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industrièle computers R. Fiering, W Blokvoort,



10 Mogelijke Oplossingen In de voorgaande hoofdstukken zijn de systemen afzonderlijk beschreven en in dit hoofdstuk worden aan de hand van topologieschetsen diverse architectuurmogelijkheden behandeld. Bij de schetsen wordt een korte omschrijving gegeven met de eigenschappen. Aan de orde kome n diverse PLC/SCADA-architecturen en oplossingen met industriële PC's. Het bestaande systeem moet softwarematig gekoppeld worden aan de oplossingen die in dit hoofdstuk aan de orde komen.

10.1 PLC/SCADA ln de topologieschets van Figuur 10.1 ziet men een arch itectuur met PLC/SCADA. In deze schets zijn twee PLC oplossingen opgenomen. Linksonder is per portaal een PLC opgenomen en rechtsonder één centrale PLC voor een groep van portalen. Het SCADA -systeem fungeert hier als uniforme interface tussen de bedienings laag en de portalen. Aan de SCADA-kant moet hiervoor een interface gemaakt worden zodat de bedieningslaag de data op de juiste manier kan ophalen/wegsturen. Gezien de belangrijke centrale rol van het SCADA -systeem (interface met meerdere portalen) kan het zinvol zijn om het SCADA-systeem redundant uit te voeren. Hieronder volgt een opsomming van eigenschappen voor deze oplossingen. Algemeen: Q Remote ontwikkeling en onderhoud van PLC -systemen is mogelijk via centraal ontwikkelstation. Centrale opstelling SCADA: D Aantal benodigde SCADA-licenties geringer. Q De SCADA kan met grotere groepen van wegkantstations communiceren. Q De SCADA-server dient selectief te communiceren met de PLC's, polling mechanismes kunnen niet toegepast worden vanwege zware netwerkbelast ingen. Alarmen kunnen wel eventdriven verwerkt worden. Q Redundante oplossing voor SCADA is eenvoudig realiseerbaar. Q PLC-hardware van verschillende leveranciers is mogelijk. D SCADA kan middels meerdere I/O drivers (voor diverse wegkantstations) communiceren m et meerdere PLC-merken (licentiekosten gaan dan wel omhoog). Het aantal PLC's waarmee gecommuniceerd kan worden is gelimiteerd, afhankelijk van netwerkstructuren en SCADA -merk. Aantal I/O drivers per SCADA is gelimiteerd. Q SCADA dient voor de linker PLC op lossing te communiceren met meer PLC's dan in de rechter oplossing. Voor de PLC's geldt algemeen: Q De PLC's dienen databuffering te verzorgen daar SCADA niet continue de data real time kan pollen. Naast I/O verwerking is daarom extra softwarefunctionalitei t nodig in PLC. Linker PLC opstelling: Q PLC's kunnen lichter uitgevoerd worden. Minder I/O per PLC. Q Bij uitval van één PLC blijven de andere wegkantstations autonoom werken. • Per wegkantstation een PLC, daardoor ondanks lichtere uitvoeringen toch hogere kos ten. O, De SCADA dient met elke PLC te kunnen communiceren. Q Snellere dataverwerking en reactiesnelheden mogelijk per wegkantstation. Rechter PLC opstelling: Q De centrale PLC dient zwaarder uitgevoerd te worden. Meer I/O verwerking en databuffering. G Bij uitval centrale PLC, per groep zijn alle wegkantstations niet bereikbaar. O Om bedrijfszekerheid te verkrijgen kan men kiezen voor redundante uitvoeringen van de centrale PLC's. Q Totale hardwarekosten zijn geringer. Q Extra bekabeling voor veldbus tussen wegkantstat ions onderling.


IIif*'TT* S^*»» ï


ICT2002 17.0049 5 september 2002

QB

Bedienlaag

1

Ander systeem

Busines Logic Server

S C A D A Server

1

Ander systeem

OntwikkelStation

SCADA JüUiiUUil

VicNet(TCP/IP) 1 Portaal 11

I <- — Portaal 1 PLC Stuur Lampenkast o o o o

(bestaand) |

1BI Detectie station -liijlllpPV-tectie station

Matrix (bestaand) Lussen Lussen Portaal 2

Stuur Lampenkast

<2 veldbus

Portaal 3 Matrix (nieuw) : •Veldbus(profibus) -Controller in Matrix'

Matrix (bestaand) | Lus

Portaal 3 >l Matrix (nieuw): OOOO ü -Veldbus(profibus) oooo -Controller in MatriXj

Lus Lus

Portaal 4

Portaal 4 veldbus

Matrix (nieuw) : -Veldbus(profibus'

n Matrix (nieuw) : •Veldbus(profibus)!

Figuur 10.1 Topologieschets PLC/SCADA oplossing

67-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industnèle computers R. Fiering, W. Blokvoort,

Versie- 2,0 Status: Definitief

ICT2002 17.0049 5 september 2002

10.2 SCADA-alternatief: OPC-funktionaliteit In de topologieschets van Figuur 10.1 worden SCADA -systemen als uniforme intermediairs gebruikt om een eenduidige interface tussen de bedieningslaag en de portalen te realiseren. Een SCADA -pakket beschikt standaard over zeer veel meer functionaliteit (zie hoofdstuk 5 SCADA in dit document). Bij een SCADA -pakket betaalt men voor al deze functionaliteit. In plaats van een SCADA-pakket in te zetten, zijn er ook mogelijkheden om gebruik te maken van OPC (Figuur 10.2). Hieronder volgt een opsomming van eigenschappen voor deze oplossingen. Algemeen: Q Remote ontwikkeling en onderhoud is mogelijk via centraal ontwikkelstation. O De PLC-architecturen zijn gelijk aan de PLC/SCADA oplossingen in de vorige paragraaf. De centrale opstelling van de OPC -server heeft de volgende eigenschappen: Q Het op OPC gebaseerde systeem kan met grotere g roepen van wegkantstations communiceren. Q Het OPC-systeem dient selectief te communiceren met de PLC's. Alarmen van wegkantstations kunnen eventdriven verwerkt worden. • Communicatie met meerder PLC-merken is mogelijk. • Communicatie via OPC met PLC's is eenvo udig te configureren. O Maatwerksoftware nodig in de PLC voor databuffering. • Redundante oplossing voor OPC -systeem niet standaard maar betekent extra maatwerksoftware. Q OPC is gebaseerd op een Microsoft Windows platform.

68-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering W. Blokvoort,

M ^^" S *"T"* 1 ^«8» 1

Versie, 2,0 Status: Definitief

ICT2002.17.0049 5 september 2002

Bedienlaag

DataBase

•

cm ULJUÜÜliü CG300DO

n

• 1


OPC

\

Ander systeem

Ander systeem

Ontwikkelstation

VicNet(TCP/IP) •1

l • - -

~^TZSZSZS~ZSZZ~SZS^— —TLT1SZ

7I_ SZS~ \

Portaal 11

Matrix (bestaand) |

Stuur Lampenkast PLC

OOOO Detectie station

PLC JStuur Lampenkast o o o o OOOO

Matrix (bestaand) |

FHI Detectie station

Lussen itectie statior

Portaal 1 |

Lussen

•tectie station

Lussen

Lussen

veldbus Portaal 2

Matrix (bestaand)

Stuur Lampenkasl PLC

Portaal 2

Stuur Lampenkast|oooo

Matrix (bestaand)|

oooo

<2 <2

<2

Lus Lus

Portaal 3 >| Matrix (nieuw): >J -Veldbus(profibus) -Controller in Matrix

< n Lus <J

Lus Portaal 3 . I

Matrix (nieuw): J -'•Veldbus(profibus) •J -Controller in Matrii^

<J

Lus

<2

Lus

Lus

Lus

I Portaal 4

Portaal 4

Matrix (nieuw) : ' " " " p i Matrix (nieuw):. i iviainx i/neuw; -Veldbus(profibus>

oooo

I

-Veldbus(profcbusj I

<3

<3

Lus Lus

Figuur 10.2 Topologieschets PLC/OPC oplossing

69-74 ICT2002 17 0049

[MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R. Fiering. W. Blokvoort,


5 september 2002

10.3 Industriële Computers (CompaqPCI/VME) In de topologieschets van Figuur 10.3 is een oplossing weergegeven op basis van Industriële computers. In deze schets zijn twee oplossingen opgenomen. Linksonder is per portaal een Industriële computer opgenomen en rechtsonder één centrale industriële computer voor een groep van portalen. Hieronder volgt een opsomming van eigenschappen voor deze oplossingen. Algemeen: Q Voor remote onderhoud en ontwikkeling kan gebruik gemaakt worden van een centraal ontwikkelstation. Industriële computers: Q Bij uitval industriële computer is communicatie tussen bedieningslaag en wegkantstations niet mogelijk. Hiervoor zijn redundante uitvoeringen van industriële computers een mogelijke optie. Q Er zal veel software geschreven moet worden voor onder andere de aansturing en configuratie van de veldbussen en dergelijke. • Voor gebruik van een operating systeem zullen licenties betaald moeten worden. • Bij vervanging door of toevoegen van een nieuw type kaart dient men de software hierop aan te passen. • Voor features als automatische configuratie -update (zoals bij PLC's standaard aanwezig) zal zelf software ontwikkeld moeten worden. • Industriële computers zijn erg open en daarmee flexibel. G CPU redundant uitvoeren is mogelijk. Bij alle systemen zijn redundant power supplies mogelijk. Omgaan met redundantie en met het "in bedrijf" uitwisselen van kaarten wordt mede door de software bepaald.


i j f *

f^

R Fiering, W. Blokvoort.

i 'fes* 1

ICT2002.17.0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

nis

Bedienlaag

1

1

Ander systeem


Ander systeem

Ontwikkelstation -UdLijJj

QQcaoac VicNet(TCP/IP) 1 Portaal 11

Stuur Lampenkast

Industriële Computer

i Portaal 1 |


Matrix (bestaand) j

I Matrix (bestaand)

Stuur Lampenkast o o o o Detectie station

Lussen

•4li|lil|jj|füetectie station

Lussen

veldbus i

Portaal 2

Portaal 2

tn .Q 0)


(bestaand)

Matrix (bestaand) |

Stuur Lampenkast OOOO

Lus

Lus

-3

Lus

veldbus Industriële Computer

Portaal 3 >] Matrix (nieuw): OOOO >| -Veldbus(proflbus) -Controller in Matrix

<•

Lus Portaal 3

L

"-°~°"p| Matrix (nieuw) : OOOO >| -Veldbus(profibus) -Controller in Matrix!

Lus

Portaal 4

Portaal 4 i veldbus Industriële r Computer I

) Matrix (nieuw): >) -Veldbus(profibus)j OOOO

<2 <3

Lus Lus

r i Matrix (nieuw) :

•

oo§Sy- V e | d b u s (p r o f i b u s )! Lus Lus

Figuur 10.3 Topologieschets met industriële computers

71-74 [MATCH1 Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industrtëte computers R F lering, W. Blokvoort,


ICT2002.17.0049 5 september 2002

10.4 Industriële Computers (industriële PC) met PLC In de topologieschets van Figuur 10.4 is een oplossing weergegeven op basis van Industriële c omputers in samenwerking met PLC en SCADA/OPC. Hierbij zijn de industriële computers aan de wegkantzijde gesitueerd. De industriële computers kunnen van zowel SCADA- als OPC-funktionaliteit voorzien worden. De PLCmogelijkheden en eigenschappen zijn identi ek aan de voorgaande paragrafen. Er is in deze topologieschets uitgegaan van één centrale industriële computer per portaalgroep. We zien in deze topologieschets dat er netwerkswitches zijn opgenomen. Netwerkswitches scheiden het lokale netwerkverkeer (tuss en onderlinge deelsystemen) van het algemene Vicnet. Hieronder volgt een opsomming van eigenschappen voor deze oplossingen. Algemeen: D Voor remote onderhoud en ontwikkeling kan gebruik gemaakt worden van een centraal ontwikkelstation. ü Onderling netwerkverkeer tussen portalen die tot één groep behoren, worden van het Vicnet gescheiden via een netwerkswitch. Industriële computers: O Bij uitval industriële computer is communicatie tussen bedieningslaag en wegkantstations niet mogelijk. Hiervoor zijn redundante uitvoeringen van industriële computers een mogelijke optie. Ook kan een OPC of SCADA calamiteitensysteem centraal opgenomen worden om tijdelijk de uitgevallen industriële computer van een wegkantstation te vervangen. SCADA-toepassingen: De eigenschappen van SCADA-toepassingen zoals besproken in paragraaf 10.1 zijn hier van toepassing. De afwijkingen hierop staan hieronder beschreven: ü Lichtere SCADA-licenties zijn mogelijk wegens decentrale opstelling, ledere SCADA haalt de data op van een beperkt aantal wegkantstations. O Eén SCADA-licentie per groep nodig. Q SCADA-systeem kan continue pollen, omdat netwerkverkeer met PLC's gescheiden is van Vicnet. Hierdoor hoeft de PLC geen data te bufferen en kan dus lichter uitgevoerd worden. OPC-toepassing: De eigenschappen van OPC-toepassingen zoals besproken in paragraaf 10.2 zijn hier van toepassing. De afwijkingen hierop staan hieronder beschreven: Q Het OPC-systeem kan continue pollen omdat netwerkverkeer met PLC's gescheiden is van Vicnet. Hierdoor hoeft de PLC geen data te bufferen en kan dus lichter uitgevoerd worden. Netwerk: Vanwege het toepassen van netwerkswitches tussen de wegkantstations dient bij de oplossing van één PLC per wegkantstation extra netwerkbekabeling gelegd te worden.


1 ^"*TT"

R, Fiering, W. Blokvoort,

S\m»

i

ICT2002 17.0049 Versie: 2 0 Status: Definitief

5 september 2002

PG

Bedienlaag

1


Ander systeem

1

Ander systeem

Ontwikkelstation

VicNet(TCP/IP)

1

I M Switch


Portaal 1 OPC/ SCADA


Matrix OOOOKI (bestaand) oooo '

itectie station

Lussen letectie statior

Lussen

veldbus Portaal 2


veldbus

t

Matrix (bestaand)

Portaal 3 * * * p | Matrix (nieuw) : °°° >} -Veldbus(profibus) ' -Controller in Matrixj

PLC

<2

Lus Lus

Portaal 4 veldbus

Mi dSSSïïpi>| Matri * ( nieuw >. : -V

Figuur 10.4 Topologieschets met industriële computers en PLC/SCADA/OPC

73-74 [MATCH] Marktverkenning van PLC/SCADA/DCS/Industriële computers R Fiering, W. Blokvoort.

ICT


ICT2002.17.0049 5 september 2002

11 Conclusie en overweging Dit hoofdstuk wordt de conclusie gegeven met argumenten en daarnaast worden er enige overwegingen gegeven voor het bouwen en beheren van zowel hardware ais software ten aanzien van kosten en daarmee ook de kostenbeheersingen.

11.1 Conclusie Uitgaande van het palet aan systemen die binnen deze verkenning onder de loep zijn genomen en op grond van een goede kostprijs door een brede concurrerende markt met vele leveranciers, flexibiliteit en betrouwbaarheid kan men het volgende zeggen: De koppeling van de actuatoren en sensoren is te realiseren middels de veldbus. Voor veldbussen als bijvoorbeeld Profibus of CAN -bus zijn vele componenten op de markt verkrijgbaar en is er een ruime concurrentie op de markt die een goede prijs -/kwaliteitsverhouding garanderen. Ook kan men de leverancier van de actuatoren en sensoren vragen de actuatoren en sensoren te voorzien van een veldbus-interface. Op deze wijze kunnen de componenten direct aan de veldbus worden gekoppeld, wat weer een vermindering van hardware-componenten geeft die anders voor de elektrische koppeling nodig zijn. De veldbus kan men vervolgens aansluiten op zowel i ndustriële computers als PLC's waardoor een breed scala aan mogelijkheden ontstaat (zie Hoofdstuk 10). Bij toepassing van een DCS systeem zullen vooral de eisen 'brede concurrentie in componenten' en 'veel leveranciers' niet haalbaar zijn daar je hierbij kiest voor een totaal-oplossing van één leverancier. Als kantekening moet hierbij gezegd worden dat in het kader van dit vooronderzoek niet diep ingegaan is op alle technische aspecten van de verschillende systemen. Om tot een goed advies te komen zal hi er verder onderzoek naar gedaan moeten worden en zullen ook de nog verder uit te werken eisen en wensen hierin betrokken dienen te worden.

11.2 Overwegingen Door te kiezen voor een bepaalde range van hardware (Industriële computer, PLC, I/O kaarten, veldbus componenten), kan men de benodigde spare -parts beperken en daarmee de kosten die hieraan zijn verbonden. Door een keuze te maken voor een bepaalde leverancier kan inkoopkorting en hardwareservice afgesproken worden, wat ook wederom een positieve invloed he eft op de kosten. En gezien de brede markt en installed base van de componenten, moet de leverancier wel concurrerend blijven in de markt. Door het opzetten van een standaard softwarelibrary en richtlijnen voor de software -ontwikkeling van een UWP, blijven de kosten beter beheersbaar. Tijdens de haalbaarheid -/definitiefase is de invloed op de totale kosten van een installatie, gedurende de lifecycle, het grootst. Deze invloed neemt af tijdens de voortgang van het project en de operationele fase. Bij een traditionele aanpak worden de ontwikkelingskosten gecalculeerd en is er minder controle op de kosten tijdens de operationele/onderhoudsfase. Deze kosten kunnen zelfs flink uit de hand gaan lopen bij een verkeerde opzet ofwel engineering. Door gebruik te make n van een goede engineering en standaardisatie, worden de totale kosten vastgelegd tijdens de ontwikkelingsfase. Tijdens de operationele/onderhoudsfase zijn de kosten voorspelbaar en daarmee beheersbaar. Met standaardisatie en goede software-ontwikkelingsrichtlijnen kan men de implementatie van een installatie (wegkantstation) beter uitbesteden en zijn de prijzen van de verschillende softwareleveranciers beter te vergelijken, hetgeen een concurrerende werking heeft onder de verschillende softwareleverancier s.


lf>'"W"


I ^*>* S

ICT2002,17.0049 Versie: 2.0 Status: Definitief

5 september 2002

Industriele computers

Recommend Documents