Cours Intro Super SCADA

INTRODUCTION A LA

SUPERVISION

Master ASE SMaRT Introduction la Supervision P. Bonnet 2

Pierre BONNETMaster SMaRT Novembre 2010


SUPERVISION,SCADA, MES...

Machine de production

Entreprise

Fonctions de la SupervisionSupervisory Control & Data Acquisition

Capteurs Actionneurs

Automates programmables PLC/API

SupervisionSCADA*

ERP*Gestion

MES*Usine

Atelier

Ilot de production

*MES : Manufactoring Execution System *ERP : Enterprise Ressource Planning

La supervision dans la hirarchie d'une entreprise manufacturire



Processde

fabricationautomatis

Entreprise

Paramtrage

Synoptique

Alarmes

Changement de gamme/Recettes

Archivage

SUPERVISIONSUPERVISION

Fonctions de la Supervision

Rseauindustriel

Excution automatique

Aide l'excution et la

productionAnalyse et Gestion de la Production

Rseaud'entreprise

Informatique Industrielle Informatique Bureautique


Les logiciels de supervision sont une classe de programmes applicatifs ddis la production dont les buts sont :

- l'assistance de l'oprateur dans ses actions de commande du processus de production (interface IHM dynamique...)

- la visualisation de l'tat et de l'volution d'une installation automatise de contrle de processus , avec une mise en vidence des anomalies (alarmes)

- la collecte d'informations en temps rel sur des processus depuis des sites distants (machines, ateliers, usines...) et leur archivage

- l' aide l'oprateur dans son travail (squence d'actions/batch , recette/receipe) et

dans ses dcisions (propositions de paramtres, signalisation de valeurs en dfaut, aide la rsolution d'un problme ...)

- fournir des donnes pour l'atteinte d'objectifs de production (quantit, qualit, traabilit, scurit...)





Synoptique fonction essentielle de la supervision, fournit une reprsentation synthtique, dynamique et instantane de l'ensemble des moyens de production de l'unit




Synoptique : permet l'oprateur d'interagir avec le processus et de visualiser le comportement normal

bouton eninteraction

avec l'oprateur

fentres de saisie




Synoptique : permet l'oprateur de visualiser le comportement anormal

lments en dfaut de

communication




Courbes: - donne une reprsentation graphique de diffrentes donnes du processus - donne les outils d'analyse des variables historises




Alarmes: - calcule en temps rel les conditions de dclenchement des alarmes - affiche l'ensemble des alarmes selon des rgles de priorit, - donne les outils de gestion depuis la prise en compte jusqu' la rsolution complte - assure l'enregistrement de toutes les tapes de traitement de l'alarme




Historisation du procd: - permet la sauvegarde priodique de grandeurs (archivage au fil de l'eau) - permet la sauvegarde d'vnements horodats (archivage slectif) - fournit les outils de recherche dans les donnes archives - fournit la possibilit de refaire fonctionner le synoptique avec les donnes archives ( fonction de magntoscope ou de replay) - permet de garder une trace valide de donnes critiques (traabilit de donnes de production)




Gestion des gammes de fabrication et recettes: - donne un outil de gestion des lots de fabrication (batchs) - gre les paramtres de rglage des machines pour chacun des lots (recettes)




Quelques superviseurs commerciaux:

SIMATIC WinCC Version 7

Monitor Pro, Vidjeo Look, Citect

Panorama P2,Panorama E2

TopKapi

ControlMaestro, Wizcon

PcVue, PlantVue

Genesis 32InTouch, InControl



O et Quand une supervision ?Domaines d'application :

Le pilotage de grandes installations industrielles automatises:- mtallurgie (laminoir ) production ptrolire (distillation),- production et stockage agroalimentaire (lait, crales...)- production manufacturire (automobile, biens de consommation...)

Le pilotage d'installations rparties:- alimentation en eau potable,- traitement des eaux uses,- gestion des flux hydrauliques (canaux, rivires, barrages...)- gestion de tunnels (ventilation, scurit)

La gestion technique de btiments et gestion technique centralise (GTC):- gestion des moyens de chauffage et d'clairage (conomies d'nergie)- gestion des alarmes incendies - contrle d'accs, gestion des alarmes intrusion-



O et Quand une supervision ?

Exemple industriel : une plateforme ptrolire :

La supervision se fait par la surveillance de 500 variables analogiques et 2500 variables logiques (TOR)Les alarmes sont gnres sur des dpassements de seuils.Une avalanche dalarmes peut mettre en jeu 500 alarmes (variables) en moins dune minute.Un problme mineur toutes les demi-heure et un problme majeur par semaine.Il y a plus davantages viter un arrt de linstallation qu gagner qq % de production




Exemple d'un Systme manufacturier :

Objectif : remonter linformation de latelier de production vers le systme dinformation de lentreprise Conduite du procd(synoptiques, tracs de courbes, alarmes)Suivi de fabricationSuivi des commandesQualitTraabilitSPC (statistic Process Control)




Pour les grands systmes continus :

La supervision assure surtout le rle de contrle-commande.Elle est souvent centralise dans une salle de contrle.Beaucoup de variables analogiques

- Tches de transition (arrt, dmarrage, changement de consigne)- Contrle et suivi de linstallation (anticiper les dfaillances, optimiser la production)- Dtection de dfauts et diagnostic- Compensation et correction.




Gestion Technique de btiments :

Exemple d'application: le Conseil Rgional de Lille 2400 rgulateurs de chauffage/ventilation




A la conception d'un nouveau moyen de production et lorsqu'un fort investissement est dcid, l'ajout d'une supervision n'a qu'un impact mineur. Il est donc souhaitable de l'inclure ds la conception.

Lorsqu'il est ncessaire d'amliorer l'efficacit d'un moyen de production existant.

Si le matriel est ancien, la documentation faible ou si les concepteurs de l'outil de production ont disparu, il est alors peu conseill d'implanter postriori une supervision.




Le retour sur investissement est trs lev

Exemple : soit une ligne qui fabrique qui fabrique 10000 produits par jour vendus 2 euros, et une supervision qui apporte un gain de 3 points de productivit de la ligne.

Cots / GainsPrix 30000Arrt de la ligne (2 semaines) 10000 * 2 * 10 = 200000 L'arrt du moyen est viter au maximum

Gains de productivit induits 10000 * 2 * 3% = 600 /j

Retour sur investissement 50 jours Sans arrtRetour sur investissement 383 jous Avec arrt

Actions Commentaire



Fonctionnalits dun systme de Supervision :

Un systme SCADA comprend 2 sous-ensembles fonctionnels:

- la commande

- la surveillance



Fonctionnalits dun systme de Supervision : commande

Le rle de la commande est de faire excuter un ensemble d'oprations (lmentaires ou non suivant le niveau d'abstraction auquel on se place) au procd en fixant des consignes de fonctionnement en rponse des ordres d'excution.

Il s'agit de raliser gnralement une squence d'oprations constituant une gamme de fabrication dans le but de fabriquer un produit en rponse une demande d'un client.

La commande regroupe toutes les fonctions qui agissent directement sur les actionneurs du procd qui permettent dassurer :

- le fonctionnement en l'absence de dfaillance , - la reprise ou gestion des modes , - les traitements d'urgence , - une partie de la maintenance corrective.



Fonctionnalits dun systme de Supervision : commande

Les fonctions de commande en marche normale sont:

L'envoi de consignes vers le procd dans le but de provoquer son volution.

L'acquisition de mesures ou de compte-rendus permettant de vrifier que les consignes envoyes vers le procd produisent exactement les effets escompts.

L'acquisition de mesures ou d'informations permettant de reconstituer l'tat rel du procd et/ou du produit.


L'envoi vers le procd d'ordres prioritaires permettant de dclencher des procdures de scurit (arrts d'urgence par exemple)


Fonctionnalits dun systme de Supervision: surveillance

La recherche des causes et consquences d'un fonctionnement non prvu ou non contrl

L'laboration de solutions permettant de pallier le fonctionnement non prvu

La modification des modles utiliss pendant le fonctionnement prvu pour revenir ce fonctionnement : changement de la commande, rinitialisations, etc.,

La collaboration avec les oprateurs humains pour les prises de dcision critiques, pour le recueil d'informations non accessibles directement et pour l'explication de la solution curative envisage ou applique


La dtection d'un fonctionnement ne correspondant plus ce qui est attendu.

La partie surveillance d'un superviseur a pour objectifs :


La partie surveillance:

- recueille en permanence tous les signaux en provenance du procd et de la commande

- reconstitue l'tat rel du systme command

- fait toutes les infrences ncessaires pour produire les donnes utilises pour dresser des historiques de fonctionnement

- met en oeuvre un processus de traitement de dfaillance le cas echant

Dans cette dfinition, la surveillance est limite aux fonctions qui collectent des informations, les archivent, font des infrences, etc. sans agir rellement ni sur le procd ni sur la commande. La surveillance a donc un rle passif vis--vis du systme de commande et du procd.


Fonctionnalits dun systme de Supervision: surveillance


Le systme de surpervision contrle et surveille l'excution d'une opration ou d'un travail effectu par d'autres sans rentrer dans les dtails de cette excution.

en fonctionnement normal, son rle est surtout de prendre en temps rel les dernires dcisions correspondant aux degrs de libert exigs par la flexibilit dcisionnelle. Pour cela, il est amen faire de l'ordonnancement temps rel, de l'optimisation, modifier en ligne la commande et grer le passage d'un algorithme de surveillance l'autre.

en prsence de dfaillance, la supervision va prendre toutes les dcisions ncessaires pour le retour vers un fonctionnement normal. Aprs avoir dtermin un nouveau fonctionnement, il peut s'agir de choisir un solution curative, d'effectuer des rordonnancements "locaux", de prendre en compte la stratgie de surveillance de l'entreprise, de dclencher des procdures d'urgence, etc.


Fonctionnalits dun systme de Supervision


Cahier des charges externe dun systme SCADA

Accder aux informations ( lecture et criture ) des units de traitement (automates, rgulateurs, chanes dacquisition, cartes E/S, systmes didentification, terminaux...) en temps rel.

Ces priphriques sont gnralement htrognes :

communications physiques diverses:- liaison srie standard RS 232 ou RS485- liaison ddie (ASI, CAN, Profibus )- rseau Ethernet

protocoles diffrents - Modbus ASCII, RTU, TelWay - CanOpen, DeviceNet - UDP, TCP/IP, ModbusTCP ...



Visualiser les informations dans un interface HMI du type graphique ractif aux donnes et interactif avec l'oprateur ..

Lenvironnement graphique peut tre propritaire (logiciel graphique intgr au superviseur) ou standard (utilisation dun interface de type navigateur Web).

La visualisation graphique sur poste distant (Web?) est souvent demande par lexploitant.

La visualisation est rpartie sur plusieurs postes graphiques pour les applications de grande dimension.




Calculer des grandeurs dfinies par des formules et/ou des squences dvnements

Dtecter prioritairement les situations dalarme, grer les alarmes multiples, lancer les actions sur le processus et prvenir les oprateurs, y compris distance (envoi de sms, mails, appel tlphonique automatique)

Grer la prise en compte des alarmes par les oprateurs (acquittement)

Donner les moyens de contrle direct des oprateurs sur le processus (forage)

Fournir des recettes [recipe] pour les changement de gamme de fabrication




Enregistrer les valeurs des variables et les actions des oprateurs en vue dune analyse ultrieure des incidents (mode magntoscope)

Archiver slectivement les donnes (grandeurs sources, variables internes calcules, commandes, alarmes) et permettre la traabilit

Donner des outils danalyse de donnes en vue dune analyse visuelle, d'une exploitation statistique (MTBF, MTTR, TRS) ou dune correction du processus (Matrise Statistique de la Qualit..)




Grer la sret de fonctionnement

- sret interne des programmes

- sret de la machine support du superviseur

- identification de lutilisateur

- sret vis vis des demandes de lutilisateur (verrouillage de fonctionnalits suivant le niveau hirarchique de lutilisateur)

- sret des communications (dtection des dfauts de mise jour des variables) et gestion automatique de la redondance matrielleou logicielle

Cahier des charges dun systme SCADA



Architecture matrielle du systme de supervision

Source:ISA

ContrleBatch

ContrleContinu

ContrleDiscret

Excution et Contrledes fabrications

(ordonnancement, qualit...)

Planning et Logistique

MESEchelle des temps :

minute

SUPERVISIONEchelle des temps :

seconde

ERPEchelle des temps :

journe


AutomateRgulateur PID...

AutomateGrafcet,Ladder...

AUTOMATISMESEchelle des temps :

milliseconde



Architecture matrielle du systme de supervision


Source: Sercos.com

SUPERVISION,SCADA, MES...Architecture matrielle du systme de supervision


Organisation logicielle dun systme de Supervision

Temps rel





GESTIONNAIRE DE VARIABLES

Temps-Rel


Temps-Rel

types particuliers ddis au contrle-commande

- variable boolenne ou TOR (0-1 , false-true ) - variable numrique (real, double )- variable chane de caractre

variable "objet"

- valeur de la variable - units- chelle, limites- horodatage, fracheur- hystrsis

Ces notions ont t intgres dans la norme OPC (Object for Process Control)





Temps-Rel


Temps-Rel

spcificit Temps-rel de la base des variables

synchronisme avec l'interface IHM par- mise jour de l'affichage (valeurs affiches, graphismes)- prise en compte des actions (boutons, curseurs)- prise en compte des valeurs (saisie)

synchronisme avec le matriel- lecture des variables en entre - envoi des valeurs en sortie

Le synchronisme peut tre obtenu de 2 manires :- par accs cyclique aux priphriques- par analyse des changement de valeur et activation ndes fonctions associes


Organisation logicielle rpartie dun systme SCADA


Exemple d' Organisation dun systme SCADA commercial



Systme dexploitation- mono ou multi-utilisateurs (scurit de gestion des utilisateurs)- mono ou multi-tches (traitement de la base de donnes , rafrachissement des vues, alarmes, communications, dition...)- priodicit des tches garanties ou non- interruption de tches

Communications- communications entre tches (liaison dynamique, protocole, ex DLL, OLE)

- communications matrielles (prIphriques, cartes spcialises, protocoles ex srie, CAN, TCP, UDP)

Supervision rpartie- postes autonomes en rseau- rpartition des tches ou des variables entre plusieurs postes- postes clients dun serveur multi-utilisateur

Analyse des caractristiques dun SCADA



Base de donnes variables du superviseur contient les informations venant des processus relatives aux

automatismes

- rafrachissement :

- cyclique (mise jour priodiquement)- cyclique paramtrable (base partage en plusieurs blocs)- slectif (mise jour uniquement des variables des vues de lcran actif)- flash (mise jour louverture dune vue)- sur exception (rafrachissement sur changement dtat des variables)

- capacit




Traitements graphiques

- cartes et rsolutions supports- redimensionnement des vues, des textes (vectorisation ex SVG)- affichage multi-lingue- affichage ddi ou standard, affichage distant (Web)

Conduite - tlcommande directe du processus par forage des variableS

depuis l'IHM- validation de la conduite selon niveau oprateur

Traitement des alarmes

- hirarchie et priorit des alarmes- datation- occurrence multiple- acquittement par des postes multiples




Archivage- historique des variables

- archivage slectif - archivage court terme/long terme- capacit et structure darchivage- archivage sur structure standard (SQL, Oracle...)

Programmation- diteur graphique- bibliothque de composants (ActiveX)- structure gnrale de gestion (hirarchies des objets, instanciation)- programmation des fonctions prdfinies- dveloppement de traitements spcifiques- extensions matriel (nouveau couplage)- extension logicielle par ajout de composants externes (ActiveX)




Sret de fonctionnement- sret de communication (dtection des pannes, recouvrement des erreurs, mode repli, redondance)

- sret du matriel de traitement (coupure dalimentation, fiabilit du systme dexploitation)- sret du logiciel de supervision - sret des commandes (contrle daccs aux vues, protection des variables)

Performances/Prix- prix de lquipement complet (matriel + systme dexploitation + logiciel)- cycle de vie, mise jour, assistance, documentation

Analyse des caractristiques dun Superviseur



COMPLEMENTS M.E.S.




Excution Aide la production Analyse de la production Gestion

TraabilitTraabilit

MSP/SPCMSP/SPC

MaintenanceMaintenance

Suivi des Suivi des procdsprocds

Suivi de Suivi de productionproduction

TRSTRS

Suivi des Suivi des quipesquipes

MES

Paramtrage

Synoptique

Alarmes

Changement de gamme/Recettes

Archivage

Processde

fabricationEntrepriseSUPERVISION

Manufacturing Execution System


Source: Sercos.com




Le Manufacturing Execution System (M.E.S.) fournit les informations ncessaires l'optimisation des activits de production, depuis la cration de l'ordre de fabrication jusqu'au produit fini.

Le MES se situe un niveau suprieur de la supervision

La supervision prend en charge une partie des besoins du MES.

Le M.E.S. , renseign par des informations constamment mises jour, ragit aux activits de l'atelier ou de l'usine et fournit des rapports sur ces activits.




Les informations donnes par le M.E.S doivent:

donner les indications aux services commerciaux pour la prise de commande (dlais de fabrication compte tenu des commandes en cours, des fabrications en cours, des cadences relles et des approvisionnements) permettre la mise en fabrication rapide d'un nouveau produit (recettes, procdures de travail, formation...)

proposer l'ordonnancement ou le rordonnancement de la production face un imprvu

diagnostiquer rapidement une drive de production

respecter les exigences rglementaires (suivi de lots, traabilit)




Le M.E.S permet de faire :

Le suivi de production valuer par tranche de temps le nombre de produits fabriqus, rebuts et accepts mesurer les temps de travail (ouverture, production, changement de gamme, arrts) identifier les pertes de production valuer des indicateurs de production (TRS)

Identifier les pertes de production



La Traabilit enregistrer toute information caractristique des produits avec pour objectif de

pouvoir identifier le plus petit ensemble de produits susceptibles d'avoir le mme dfaut qu'un produit donn.

la traabilit produit : chaque produit est identifi la traabilit lot : chaque ensemble homogne de produits est identifi. Identification des lments tracs (code barre, tatouage, puce lectronique,).


Le M.E.S permet de faire :



La Matrise statistique du procd (MSP): Des cartes de contrle statistique ( MSP / SPC) automatiques vont permettre de dtecter toute anomalie SPC (Statistical Process Control) . Les cartes de contrle sont connectes au processus surveiller. Les mesures sont contrles. Dclenchement de certains traitements sur dtection d'anomalies.

La Maintenance des quipements : Enregistrement du nombre de cycles ou de la dure de fonctionnement

d'lments critiques (moteurs, pompes, lampes). Maintenance prventive de ces lments


1 Gestion des ressources (historique, tat en temps rel des quipements, personnels, documents, rservation des ressources)

2 Ordonnancement de dtail des activits en tenant compte de la disponibilit des quipements, du personnel, des priorits et des caractristiques du travail pour optimiser la production

3 Ventilation des informations de production, de cheminement des produits et des lots (batch) wselon les recttes et les gammes de fabrication , modification en temps rel en fonction des vnements

4 Gestion des documents ncessaires l'exploitation de l'atelier avec stockage des donnes historiques, documents de contrle

5 Collecte et acquisition de donnes de production (donnes issues de systmes de contrle/ commande ou saisies manuellement)


Les 11 fonctions du Manufacturing Execution System (norme groupe MESA)


6 Gestion des ressources humaines (tat en temps rel, suivi du travail direct et indirect en maintenance, outillage, prparation)

7 Gestion de la qualit (mesures, analyse en laboratoire, indicateurs temps rel, identification des problmes potentiels, alertes )

11 Analyse de la performance du processus (analyse de l'volution du procd, correction des problmes)

9 Gestion de la maintenance (disponibilit des quipements, maintenance priodique, maintenance prventive)

10 Gestion du produit (traabilit , tat de chaque lot, historique )


Les 11 fonctions du Manufacturing Execution System (norme groupe MESA)

8 Gestion du procd (interface entre les systmes frontaux et le systme MES par collecte des donnes, analyse des donnes)


Source: Logique INDUSTRIE


Les fonctions du Manufacturing Execution System (norme groupe MESA)



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