download presentatie Pieter D'Espallier, ACTA vzw
download presentatie Pieter D'Espallier, ACTA vzw
download presentatie Pieter D'Espallier, ACTA vzw
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Computerinvasie in de procesindustrie<br />
(CIM computer integrated manufacturing)<br />
<strong>Pieter</strong> D’Espallier, <strong>ACTA</strong> <strong>vzw</strong><br />
1
Inleiding<br />
2
Oorsprong Computer<br />
• Eerste elektromagnetische computer (1941)<br />
• Eerste procescomputer (± 1960)<br />
Nadien steile evolutie met 2 belangrijke peilers als drijfveer voor de evolutie:<br />
• Opslagcapaciteit<br />
(Dataopslag)<br />
• CPU (Processor)<br />
(rekenkracht)<br />
• Transmissie<br />
(Informatiestroom)<br />
3
Data opslag<br />
4
Dataopslag<br />
Dataopslag doen we op een Hard Drive of op Flash geheugen.<br />
Hard drives<br />
Voordelen<br />
– Zeer grote datavolumes<br />
– Vooral gebruikt in PC en server technologie<br />
Nadelen<br />
– Gevoelig voor slijtage en schokken<br />
– Warmteontwikkeling<br />
Flash Geheugen<br />
Voordelen<br />
– Zeer robuust<br />
– Gebruik in mobiele toestellen en procescontrolesystemen<br />
Nadelen<br />
– Beperktere datavolumes<br />
5
Dataopslag<br />
Opslagcapaciteit is in 30 jaar x 10 000 gegaan.<br />
Trend voorbij gegaan aan de ‘zuivere’ procesindustrie, maar wel opgepikt door de<br />
ondersteunende diensten<br />
2000<br />
1800<br />
1600<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
1980 2010<br />
GB<br />
6
Processors (CPU’s)<br />
7
CPU’s<br />
CPU’s zijn het hart van een computergestuurd systeem.<br />
Een CPU maakt berekeningen, gebaseerd op ingangsgegevens en publiceert die<br />
gegevens aan zijn uitgang.<br />
Doorslaggevende eisen bij de keuze van een CPU:<br />
– Prijs<br />
– Toepassingsgebied<br />
– Betrouwbaarheid<br />
– Rekensnelheid<br />
– Energieverbruik<br />
– …<br />
8
CPU’s -Prijs<br />
Is de daling van de prijzen voor CPU’ s belangrijk voor de industrie<br />
9
CPU’s -Prijs<br />
10
CPU’s -Prijs<br />
11
CPU’s –Toepassingsgebied<br />
Grote verschillen tussen CPU’s voor gebruik in ‘administratieve netwerken’ ten opzichten<br />
van toepassing in de industriële automatisering.<br />
Bij gevolg zijn CPU’s in de procesindustrie anders ten opzichten van deze in<br />
administratieve netwerken.<br />
12
Taken administratieve CPU’s:<br />
CPU’s –Toepassingsgebied<br />
1. Video weergave en bewerking<br />
2. Ingave verwerking (toetsenbord, muis, USB stick,…)<br />
3. Boekhouding<br />
4. Doorzoeken van databases<br />
Taken CPU’s voor procesbesturing<br />
1. Uitvoeren van controle- en regelalgoritmen<br />
2. Communicatie met andere deelnemers op netwerk<br />
3. Doorsturen van proceswaarden naar een user interface<br />
Welke vereisten zijn er aan een CPU die de interfacing verzorgt<br />
13
CPU’s -Betrouwbaarheid<br />
Betrouwbaarheid is één van de belangrijkste factoren voor de industrie. Immers …. uitval<br />
van een systeem brengt grote problemen met zich mee:<br />
– Menselijke schade<br />
– Schade installatie<br />
– Uitval installatie<br />
– Schade aan het milieu<br />
– ….<br />
Echter …. is betrouwbaarheid enkel een issue voor de procesindustrie<br />
14
CPU’s -Rekensnelheid<br />
Waar de prijzen van CPU’s enorm dalen blijft de rekenkracht van de CPU toenemen.<br />
15
CPU’s -Rekensnelheid<br />
Overgang van 32-bits operating systemen naar 64-bits operating systemen zal de aanzet<br />
zijn voor nog een versnelling in de evolutie.<br />
16
CPU’s -Energieverbruik<br />
Fabrikanten:<br />
Daling energieverbruik = daling warmteontwikkeling<br />
Koeling blijft een kwetsbaar punt voor processors<br />
Eindklanten:<br />
Hebben wij voordelen bij een lager energieverbruik<br />
• Lagere energiefactuur<br />
• Minder warmteontwikkeling<br />
• …. maar zijn er nog …<br />
17
Toepassing CPU’s<br />
18
CPU’s -Toepassing<br />
Processors zijn al jaren niet meer weg te denken in de procesindustrie. Ze worden<br />
gebruikt voor verschillende toepassingen:<br />
• Meten<br />
• Controleren<br />
• Beveiligen<br />
• Visualiseren<br />
• Archiveren<br />
….en soms nog veel verder ….<br />
• Documenteren<br />
• Plannen<br />
• Stock controle<br />
• Kwaliteitsbewaking<br />
• ….<br />
19
CPU’s –Toepassing - Meten<br />
Transmitters zetten een analoog signaal om naar:<br />
• Digitaal signaal<br />
• Andere analoog signaal (al dan niet in combinatie met een digitaal signaal)<br />
Bovendien bevatten de meeste toestellen massa’s instellingen die het meetgedrag van<br />
een toestel kunnen beïnvloeden.<br />
Veelal is een processor verantwoordelijk voor het omzetten van signalen.<br />
Processoren in transmitters moeten:<br />
• Robuust zijn<br />
• Slechts beperkte rekenkracht<br />
• Deterministisch karakter<br />
• Redelijk goedkoop<br />
• Energieverbruik<br />
20
CPU’s –Toepassing - Meten<br />
21
CPU’s –Toepassing – Controleren & Beveiligen<br />
CPU’s die instaan voor het controleren van het proces voeren algoritmes uit die gebruik<br />
maakt van gegevens aan zijn ingangen en van daaruit zijn uitgangen aanstuurt.<br />
Beste voorbeeld: PID algoritme<br />
Voor het uitvoeren van deze taken maken we voornamelijk gebruik van:<br />
• PLC’s<br />
• DCS systemen<br />
• SafetyPLC’s<br />
• Soft PLC’s<br />
22
CPU’s –Toepassing – Controleren & Beveiligen<br />
In de jaren ’60 startte men met het gebruik van computers om procescontrole te doen.<br />
Om kosten te drukken maakte men gebruik van één centrale procescomputer die<br />
controle had over de hele installatie.<br />
Dit werd geen succes en al snel schakelde met over op meerdere procescomputers,<br />
verspreid over de plant. (gedistribueerde controle systemen –DCS)<br />
Voordelen:<br />
• Betrouwbaarheid<br />
• Moduleerbaarheid<br />
Nadelen<br />
• Kosten<br />
• Nood aan betrouwbare netwerken<br />
23
CPU’s –Toepassing – Controleren & Beveiligen<br />
PLC DCS SAFETY PLC SOFTPLC<br />
Momenteel zijn er meerdere soorten besturingssystemen op de markt.<br />
Verschillen zijn gedeeltelijk te verklaren door het type processor.<br />
Laatste jaren groeien de systemen meer naar elkaar toe. We hebben het dan over<br />
‘Hybride Systemen’.<br />
…deze systemen zijn niet de enige controlerende CPU’s in de procesindustrie. Er zijn<br />
kapers op de kust……<br />
24
CPU’s –Toepassing – Controleren & Beveiligen<br />
Control on the Wire<br />
• Regel algoritmen worden uitgevoerd door de toestellen zelf.<br />
• Toestellen zetten zelf de communicatie op met andere toestellen op het netwerk.<br />
• Functies besturingssysteem worden beperkt:<br />
• Brievenbus voor:<br />
– Operator<br />
– Ingenieur<br />
– Andere netwerken<br />
• Geavanceerde regelingen<br />
PID<br />
DCS<br />
T<br />
P<br />
Fieldbus kabel<br />
25
CPU’s –Toepassing – Visualiseren<br />
SCADA<br />
26
CPU’s –Toepassing – Visualiseren<br />
SCADA<br />
Controlrooms maken gebruik van PC’s om procesdata weer te geven aan de<br />
operator.<br />
Voordelen:<br />
• Flexibiliteit<br />
• Prijs<br />
• Rekenkracht (video)<br />
• Open technologie<br />
Nadelen<br />
• Betrouwbaarheid<br />
• Gevoelig aan de gevaren van de computerwereld<br />
27
CPU’s –Toepassing – Archiveren<br />
Historische data helpt de operator zijn proces te besturen.<br />
Daarnaast is historische data nodig voor:<br />
• Kwaliteitsbewaking<br />
• Troubleshooting<br />
• Procesoptimalisatie<br />
• …<br />
Meetpunten worden op vaste tijdstippen gesampled en in een database opgeslagen.<br />
• Compressie algoritmes kunnen opslag nog verkleinen.<br />
• Opslag in servers<br />
28
CPU’s –Toepassing – Servers<br />
Servers worden voor massa’s toepassingen gebruikt binnen de procesindustrie.<br />
Enkele veel gehoorde kreten:<br />
• MES<br />
• LIMS<br />
• PIMS<br />
• ERP<br />
• ….<br />
29
CPU’s –Toepassing – MES<br />
Manufacturing Execution System<br />
Een MES heeft als doel de operator te helpen met alle taken naast het zuiver besturen<br />
van de plant. Daarbij wordt alle papierwerk voor de operator en zijn overste<br />
gecentraliseerd.<br />
Gebruikers MES systemen: Operators, Ploegleiders, Procesingenieurs, Plantmanagers<br />
• Rondgang<br />
• Opvragen Procedures<br />
• Afwegen van producten<br />
• Opleidingsplan<br />
• …..<br />
MES systemen draaien op servers in combinatie met cliënt’s.<br />
30
CPU’s –Toepassing – LIMS<br />
Laboratory Information Management Systems<br />
LIMS systemen archiveren de resultaten van labo analyses die uitgevoerd worden tijdens<br />
productie.<br />
Belangrijkste gebruikers LIMS systeem: Laboranten, Kwaliteitsmanagers, Klanten …<br />
31
CPU’s –Toepassing – PIMS<br />
Plant Information Management Systems<br />
PIMS voeren analyses uit op de historisch opgeslagen data. De resultaten hiervan zijn<br />
voor vele toepassingen bruikbaar:<br />
Belangrijkste gebruikers PIMS systeem: Onderhoud, Plant managers, Procesingenieurs,<br />
…<br />
Zaken die een PIMS kunnen uitvoeren:<br />
• Opstellen onderhoudsplannen (predictief)<br />
• Procesverbeteringen uitrekenen<br />
• Stock controle<br />
• …<br />
32
CPU’s –Toepassing – ERP<br />
Enterprise Resource Planning<br />
ERP systemen trachten alle werknemers van het bedrijf te ondersteunen in hun<br />
administratieve processen. De bedoeling is om processen op te volgen om zo de<br />
kosten in kaart te kunnen brengen.<br />
Belangrijkste gebruikers ERP systeem: Iedereen<br />
Enkele typische taken:<br />
• Aankoop/verkoop<br />
• Personeelszaken<br />
• ……<br />
33
CPU’s –Toepassing<br />
Verwarrend<br />
34
Datatransmissie<br />
35
Datatransmissie<br />
36
Datatransmissie -Doelstelling<br />
De doelstelling van datatransmissie is het creëren van een ‘open standaard’ die:<br />
• Snel<br />
• Betrouwbaar & Robuust<br />
• Merk onafhankelijk<br />
• Goedkoop<br />
• Veilig<br />
…is.<br />
37
Datatransmissie<br />
38
Datatransmissie -OPC<br />
Voor OPC<br />
SCADA<br />
history<br />
data base<br />
MasterBus<br />
MMS driver<br />
XWAY<br />
driver<br />
Profinet<br />
driver<br />
DCS PLCs PLCs<br />
39<br />
39
Datatransmissie -OPC<br />
Probleem<br />
• Klanten wilden een ‘open’ systeem, waardoor data vanuit het veld<br />
beschikbaar werd voor applicaties, ook als ze niet van dezelfde<br />
vendor waren.<br />
• Software die gebruik maakt van gegevens uit het veld moeten<br />
ontwikkeld kunnen worden door derden, of door de klant zelf.<br />
• Tegelijkertijd wilden de klanten een betrouwbaar, robuust en<br />
beveiligd systeem, waar er duidelijke afspraken zijn wie<br />
verantwoordelijk is in geval van storingen.<br />
40<br />
40
Datatransmissie -OPC<br />
Oplossing : OPC<br />
SCADA<br />
Historian<br />
(Information<br />
Manager)<br />
AC800M Schneider Siemens<br />
OPC server OPC server OPC server<br />
MMS XWAY ProfiNet<br />
41<br />
41
Datatransmissie -OPC<br />
• Communicatie vind plaats tussen de controllers in het veld en een server<br />
(OPC server).<br />
• De wijze waarop die communicatie plaatsvindt is nog steeds een technologie<br />
die in eigen beheer van de vendor ligt.<br />
• Maar deze server stelt de ingelezen gegevens ter beschikking van andere<br />
applicaties.<br />
• Deze maken gebruik van standaard bouwstenen (DLL’s vandaar OLE) om<br />
de gegevens uit de server over te nemen.<br />
42<br />
42
Datatransmissie -OPC<br />
OPC is een success<br />
– OPC wordt intussen aanzien als een internationale standaard voor de<br />
communicatie tussen veldinstrumenten en de ICT bovenlaag.<br />
– OPC wordt gebruikt in:<br />
• 78% van de MES systemen<br />
• 75% van de SCADA systemen<br />
• 68% van de DCS/PLC systemen<br />
• 53% van de ERP systemen<br />
43<br />
43
Datatransmissie -OPC<br />
Specificaties<br />
Dankzij het succes van OPC werd aan de OPC foundation gevraagd om alle aspecten<br />
van dataverkeer binnen de procescontrole onder de loep te nemen.<br />
– RealTime Data (Lezen & Schrijven) -OPC DA (“Data Access”)<br />
– Alarmen en Events -OPC A&E (“Alarms & Events”)<br />
– Historische Data -OPC HDA (“HistoricalData Access”)<br />
– … en nog enkele afgeleide producten: OPC BATCH, …<br />
44<br />
44
Datatransmissie -OPC<br />
Nadelen OPC<br />
– Afhankelijkheid van Microsoft voor het ter beschikking stellen van de<br />
technologie. Werkt niet op andere besturingssystemen.<br />
– Aparte stukjes software voor elke vorm van datatrafiek (DA, A&E, HDA)<br />
– Technologie is gevoelig voor malware en hackers.<br />
45<br />
45
Datatransmissie<br />
46
Datatransmissie -Webservices<br />
Mensen die datatransmissiesystemen beheren tussen servers zijn andere type<br />
mensen.<br />
Automation engineer vs ICT engineeer<br />
ICT engineers gebruiken de webservices standaard voor het uitwissen van data<br />
tussen servers.<br />
Fysisch zijn servers verbonden door ethernet kabels of glasvezel<br />
47<br />
47
Datatransmissie -Webservices<br />
• Webservices afkomstig is van de<br />
internet technologie.<br />
• Maakt gebruik van tekstbestandjes<br />
om data uit te wisselen.<br />
• Reeds enkele jaren de standaard<br />
voor administratieve netwerken.<br />
Tekstbestandjes bevatten data,<br />
vastgelegd in een bepaalde<br />
structuur: XML<br />
48<br />
48
Datatransmissie -Webservices<br />
Server 1 Server 2<br />
XML<br />
49<br />
49
Datatransmissie -XML<br />
Voordelen XML:<br />
• Vrijwel alle datatypes mogelijk<br />
• Overdracht zeer grote bestanden<br />
• Mogelijkheid om de XML’s te<br />
encrypten<br />
• Gegarandeerd virus vrij.<br />
50<br />
50
OPC UA<br />
OPC zal komende jaren ook overschakelen naar webtechnologie voor de<br />
overdracht van data. Dit zal de veiligheid ten goede komen.<br />
52<br />
52
Plant<br />
Servers<br />
Other<br />
Computing<br />
Devices<br />
hours<br />
min<br />
secs<br />
Area Servers<br />
Plant<br />
Network<br />
Modules<br />
PLANT INFORMATION NETWORK - Ethernet<br />
Personal Computer<br />
Network Manager<br />
Control Stations<br />
Application<br />
Module<br />
History<br />
Module<br />
Archive<br />
Replay Module<br />
Fiber Optics<br />
Additional<br />
CN Modules<br />
1 sec<br />
msec<br />
µ sec<br />
Network<br />
Gateway<br />
LocalProcessors<br />
Network<br />
Gateway<br />
Subnetwork<br />
Multifunction<br />
Controller<br />
Extended<br />
Controller<br />
Subnetwork Gateway<br />
Other Data<br />
Hiway Boxes<br />
CONTROL NETWORK<br />
Network<br />
Interface<br />
Module<br />
CONTROL NETWORK<br />
Logic Manager<br />
PLC<br />
Gateway<br />
PLC<br />
Process<br />
Manager<br />
Basic<br />
Advanced<br />
Controller<br />
Process<br />
Manager<br />
Advanced<br />
Dank voor uw aandacht.<br />
Multifunction<br />
Controller<br />
Transmitters<br />
Vragen<br />
Control Network<br />
Extenders<br />
Other<br />
Subsystems<br />
Smartine<br />
Transmitters<br />
53
Change language