SIMATIC PCS 7 : 30 questions-réponses pour comprendre le DCS Siemens

SIMATIC PCS 7 est le système DCS de Siemens destiné au contrôle et à la supervision des procédés industriels complexes.

Architecture AS/ES/OS, CFC, SFC, redondance, SIMATIC BATCH, cybersécurité, diagnostic, SIMIT… lorsqu’on débute sur PCS 7, de nombreux concepts doivent être maîtrisés.

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Dans cet article, LOCOPLC vous propose 30 questions-réponses sur SIMATIC PCS 7, allant des notions fondamentales jusqu’aux fonctionnalités plus avancées.

L’objectif est simple : comprendre progressivement comment fonctionne un véritable système DCS Siemens et découvrir les principales technologies utilisées dans les industries de procédé.

Niveau 1 — Les fondamentaux de SIMATIC PCS 7

1. Qu’est-ce que SIMATIC PCS 7 et en quoi diffère-t-il d’un automate classique ?

SIMATIC PCS 7 — Process Control System 7 — est le DCS, ou Distributed Control System, de Siemens basé sur la plateforme SIMATIC.

Contrairement à un automate classique principalement dédié au contrôle d’une machine ou d’une ligne de production, PCS 7 permet d’intégrer dans un environnement commun :

• les automates ;
• les systèmes HMI/SCADA ;
• la gestion Batch ;
• la sécurité ;
• les réseaux industriels ;
• les diagnostics ;
• le contrôle avancé des procédés.

PCS 7 est principalement conçu pour les installations industrielles comprenant des procédés continus ou Batch de grande taille.

2. Quels sont les principaux composants matériels utilisés dans PCS 7 ?

Les principaux composants d’une architecture PCS 7 comprennent :

• les Automation Systems – AS ;
• les Operator Stations – OS ;
• les Engineering Stations – ES ;
• les PC industriels SIMATIC ;
• les réseaux PROFIBUS et PROFINET ;
• les stations d’entrées/sorties déportées de la gamme ET 200.

Les Automation Systems peuvent notamment être basés sur des automates de la famille S7-400 ou S7-410.

L’ensemble constitue l’infrastructure permettant le contrôle, la supervision et les communications de l’installation.

3. Comment fonctionne l’architecture SIMATIC PCS 7 ?

L’architecture SIMATIC PCS 7 peut être organisée en plusieurs niveaux.

Niveau terrain

Il comprend notamment :

• les capteurs ;
• les actionneurs ;
• les vannes ;
• les moteurs ;
• les variateurs ;
• les instruments de mesure.

Niveau automatisme

Les Automation Systems exécutent les stratégies de contrôle du procédé.

Ils gèrent notamment :

• les régulations ;
• les commandes ;
• les interverrouillages ;
• les séquences.

Niveau supervision

Les serveurs et clients OS permettent aux opérateurs de visualiser et de piloter l’installation.

Niveau ingénierie

L’Engineering Station permet de configurer, programmer et diagnostiquer le système.

Cette architecture permet d’obtenir un système modulaire, évolutif et potentiellement redondant.

4. Quels protocoles de communication sont utilisés dans PCS 7 ?

PCS 7 utilise principalement :

• PROFIBUS DP ;
• PROFIBUS PA ;
• PROFINET ;
• Industrial Ethernet.

PROFIBUS PA est particulièrement utilisé pour l’instrumentation de procédé.

PROFINET permet quant à lui d’utiliser des réseaux Ethernet industriels performants pour les échanges de données entre les différents équipements.

5. Comment SIMATIC PCS 7 gère-t-il la redondance ?

SIMATIC PCS 7 peut intégrer plusieurs niveaux de redondance.

Redondance automate

Deux CPU peuvent fonctionner en architecture redondante.

Si l’une des CPU devient indisponible, l’autre peut poursuivre le contrôle du procédé.

Redondance serveur

Les serveurs OS peuvent fonctionner sous forme de paires redondantes.

Redondance réseau

Des architectures réseau redondantes peuvent également être utilisées afin de maintenir les communications lorsqu’un chemin réseau devient indisponible.

Cette approche permet d’améliorer considérablement la disponibilité d’une installation industrielle.

6. Quel est le rôle du CFC et du SFC dans PCS 7 ?

Deux outils sont fondamentaux dans l’ingénierie PCS 7.

CFC — Continuous Function Chart

Le CFC est principalement utilisé pour construire les fonctions de contrôle du procédé.

Il permet notamment de développer :

• des régulations PID ;
• des commandes de moteurs ;
• des commandes de vannes ;
• des interverrouillages ;
• des calculs ;
• des traitements logiques.

SFC — Sequential Function Chart

Le SFC est utilisé pour gérer les procédés séquentiels.

Il est particulièrement adapté aux installations fonctionnant par étapes ou recettes.

7. Comment PCS 7 prend-il en charge les procédés Batch ?

PCS 7 peut être associé à SIMATIC BATCH.

Cette solution permet notamment :

• la gestion des recettes ;
• l’exécution des lots ;
• le suivi des différentes phases ;
• la génération de rapports Batch.

SIMATIC BATCH suit les principes de la norme ISA-88.

Il est donc particulièrement adapté aux industries :

• pharmaceutiques ;
• chimiques ;
• agroalimentaires.

8. Qu’est-ce que la Plant Hierarchy dans PCS 7 ?

La Plant Hierarchy est une structure arborescente utilisée pour organiser l’installation dans l’environnement d’ingénierie.

Une installation peut par exemple être organisée de la manière suivante :

Usine

→ Zone

→ Unité

→ Équipement

→ Fonction technologique

Cette organisation permet de structurer :

• les programmes ;
• les vues opérateur ;
• les alarmes ;
• les équipements.

9. Comment PCS 7 gère-t-il les alarmes et événements ?

PCS 7 possède un système centralisé de gestion des alarmes.

Il peut notamment gérer :

• les alarmes procédé ;
• les alarmes système ;
• les messages opérateur.

Les alarmes peuvent être :

• classées ;
• priorisées ;
• acquittées ;
• archivées.

La gestion des alarmes est directement intégrée à l’environnement de supervision.

10. À quoi sert SIMATIC PDM dans PCS 7 ?

SIMATIC PDM signifie Process Device Manager.

Il permet de configurer, paramétrer et diagnostiquer des équipements de terrain intelligents.

Il prend notamment en charge des appareils utilisant :

• HART ;
• PROFIBUS PA ;
• PROFINET.

L’objectif est de permettre aux équipes de maintenance d’accéder plus facilement aux informations et diagnostics des équipements.

11. Comment PCS 7 assure-t-il la cybersécurité ?

PCS 7 peut être intégré dans une stratégie Siemens de Defense in Depth.

Elle peut notamment comprendre :

• la gestion des utilisateurs ;
• la gestion des rôles ;
• la segmentation réseau ;
• les pare-feu industriels ;
• le durcissement des postes ;
• la gestion des correctifs ;
• les communications sécurisées ;
• la séparation entre réseaux IT et OT.

La cybersécurité doit aujourd’hui être considérée comme une partie intégrante de l’architecture industrielle.

12. Quel est le rôle de l’Operator Station ?

L’Operator Station — OS — permet aux opérateurs de superviser le procédé.

Elle fournit notamment :

• les synoptiques ;
• les alarmes ;
• les courbes ;
• les diagnostics ;
• les commandes opérateur.

Une architecture PCS 7 peut comporter plusieurs serveurs et plusieurs clients OS.

13. Comment les diagnostics terrain sont-ils intégrés ?

PCS 7 peut intégrer les informations provenant des équipements de terrain à travers différentes technologies comme PROFIBUS PA ou HART.

SIMATIC PDM permet ensuite d’accéder aux données de diagnostic.

Cela facilite :

• la localisation des défauts ;
• la maintenance ;
• l’analyse des équipements ;
• la réduction des temps d’arrêt.

14. Comment PCS 7 communique-t-il avec un MES ou un ERP ?

PCS 7 peut communiquer avec des systèmes de niveau supérieur.

Des technologies telles qu’OPC UA permettent notamment d’échanger des données avec :

• des MES ;
• des Historians ;
• des outils de reporting ;
• des plateformes d’analyse ;
• des systèmes ERP.

Cela permet d’utiliser les données de production au-delà du système de contrôle.

15. Dans quelles industries utilise-t-on PCS 7 ?

PCS 7 est principalement utilisé dans les industries de procédé.

On le retrouve notamment dans :

• l’industrie pharmaceutique ;
• la chimie ;
• la pétrochimie ;
• l’agroalimentaire ;
• l’énergie ;
• le traitement de l’eau ;
• le pétrole et le gaz.

Niveau 2 — Questions avancées sur SIMATIC PCS 7

16. Pourquoi PCS 7 est-il efficace pour l’ingénierie de grands projets ?

PCS 7 repose sur l’approche Totally Integrated Automation — TIA de Siemens.

L’objectif est d’intégrer dans un environnement commun :

• les contrôleurs ;
• les réseaux ;
• la supervision ;
• les diagnostics ;
• les outils d’ingénierie.

L’utilisation de bibliothèques et de modèles réutilisables permet également de standardiser les développements.

Cela permet de réduire :

• le temps d’ingénierie ;
• les tâches répétitives ;
• les risques d’erreur.

17. Comment fonctionne la redondance à plusieurs niveaux ?

La redondance peut être mise en œuvre au niveau :

• des CPU ;
• des serveurs ;
• des réseaux.

Des contrôleurs comme les S7-400H ou S7-410H peuvent fonctionner en architecture haute disponibilité.

Les serveurs OS peuvent également fonctionner sous forme de paires redondantes.

L’objectif est de limiter les arrêts du système lors d’une défaillance matérielle.

18. Comment SIMATIC BATCH applique-t-il ISA-88 ?

SIMATIC BATCH utilise une organisation hiérarchique des recettes et des équipements.

On peut notamment retrouver différents niveaux comme :

• Master Recipe ;
• Control Recipe ;
• Recipe Instances.

Le système permet également :

• l’exécution parallèle de plusieurs Batch ;
• les signatures électroniques ;
• les pistes d’audit ;
• les rapports détaillés.

19. Quel est le rôle de l’Advanced Process Control ?

L’Advanced Process Control — APC — vise à aller au-delà des régulations PID traditionnelles.

Il peut notamment utiliser :

• Model Predictive Control ;
• logique floue ;
• modèles avancés de procédé.

L’objectif est d’améliorer :

• la stabilité du procédé ;
• l’efficacité énergétique ;
• la production ;
• la qualité.

20. Comment PCS 7 s’intègre-t-il dans l’Industrie 4.0 ?

PCS 7 peut communiquer avec différents systèmes numériques et plateformes d’analyse.

Les données du procédé peuvent notamment être utilisées pour :

• la maintenance prédictive ;
• l’optimisation de production ;
• l’analyse énergétique ;
• la surveillance à distance ;
• les jumeaux numériques.

L’automatisation devient ainsi une véritable source de données pour les outils de digitalisation industrielle.

21. Quelles sont les fonctions de diagnostic avancées ?

PCS 7 permet de centraliser différents diagnostics provenant :

• des contrôleurs ;
• des réseaux ;
• des modules d’E/S ;
• des équipements de terrain ;
• des postes opérateur.

La Maintenance Station peut fournir une vue d’ensemble de l’état de l’installation.

Cela permet d’identifier plus rapidement :

• une perte de communication ;
• un module défectueux ;
• un équipement en erreur ;
• une anomalie système.

22. Comment SIMATIC PCS 7 renforce-t-il la cybersécurité d’une installation ?

Dans les architectures critiques, SIMATIC PCS 7 peut être intégré avec :

• le contrôle d’accès basé sur les rôles ;
• l’authentification centralisée ;
• la segmentation réseau ;
• les VLAN ;
• les pare-feu ;
• les DMZ ;
• la journalisation ;
• la gestion des correctifs.

L’objectif est de réduire les possibilités de propagation d’une attaque entre les réseaux IT et OT.

23. Comment PCS 7 gère-t-il l’archivage des données ?

PCS 7 permet d’archiver différents types d’informations :

• les valeurs procédé ;
• les alarmes ;
• les événements ;
• les informations opérateur.

Ces données peuvent ensuite être utilisées pour :

• les courbes ;
• les analyses ;
• les rapports ;
• les audits ;
• les échanges avec les systèmes MES ou ERP.

24. Quel est le rôle de SIMIT dans un projet PCS 7 ?

SIMIT permet de simuler virtuellement une installation industrielle.

Il peut être utilisé pour tester :

• les programmes ;
• les séquences ;
• les interverrouillages ;
• les écrans opérateur ;
• le comportement du procédé.

L’objectif est de détecter une partie des problèmes avant la mise en service réelle.

SIMIT peut également être utilisé pour la formation des opérateurs.

25. Comment les blocs PCS 7 sont-ils structurés ?

PCS 7 repose largement sur une approche orientée blocs.

Les bibliothèques proposent des blocs standards pour différentes fonctions comme :

• moteurs ;
• vannes ;
• PID ;
• mesures analogiques ;
• diagnostics.

Les ingénieurs peuvent également développer des modules réutilisables.

Cette approche améliore :

• la standardisation ;
• la lisibilité ;
• la maintenance ;
• la réutilisation du code.

26. Comment la sécurité fonctionnelle est-elle intégrée ?

PCS 7 peut intégrer SIMATIC Safety Integrated.

Des fonctions Failsafe peuvent ainsi être utilisées pour gérer :

• des arrêts de sécurité ;
• des fonctions instrumentées de sécurité ;
• certains systèmes Fire & Gas ;
• différentes fonctions critiques du procédé.

Les architectures doivent alors respecter les exigences de sécurité fonctionnelle applicables au projet.

27. Comment PCS 7 gère-t-il les installations hybrides ?

Certaines installations combinent :

• procédés continus ;
• procédés Batch ;
• machines ;
• convoyeurs ;
• conditionnement.

PCS 7 peut s’intégrer avec différents automates et équipements SIMATIC afin de gérer ces architectures hybrides.

C’est notamment fréquent dans les industries agroalimentaires.

28. Comment PCS 7 gère-t-il les applications nécessitant des communications rapides ?

PROFINET permet d’obtenir des communications Ethernet industrielles performantes.

Pour certaines applications spécifiques, des technologies temps réel peuvent être utilisées afin d’obtenir des échanges déterministes entre contrôleurs et entrées/sorties.

Cela permet d’étendre l’utilisation du système à certaines applications nécessitant des performances élevées.

29. Comment intégrer d’anciens équipements dans PCS 7 ?

Les installations industrielles contiennent souvent plusieurs générations d’équipements.

PCS 7 peut communiquer avec des systèmes existants grâce à différentes solutions :

• OPC UA ;
• Modbus ;
• PROFIBUS ;
• PROFINET ;
• passerelles ;
• SIMATIC NET ;
• drivers tiers.

Cela permet de construire des stratégies de migration progressives.

30. Quels sont les principaux défis d’une migration PCS 7 ?

Une migration vers une nouvelle architecture PCS 7 peut présenter plusieurs difficultés :

• compatibilité matérielle ;
• compatibilité logicielle ;
• continuité de production ;
• disponibilité des pièces ;
• réseaux ;
• cybersécurité ;
• validation des programmes ;
• formation des opérateurs.

Dans de nombreux projets, il est préférable de réaliser une migration progressive.

Les outils de simulation et de virtualisation peuvent également permettre de tester l’architecture avant sa mise en production.

Pourquoi apprendre SIMATIC PCS 7 ?

La maîtrise de SIMATIC PCS 7 demande de comprendre bien plus que la programmation d’un automate.

Un automaticien doit progressivement apprendre à maîtriser :

• l’architecture AS / ES / OS ;
• la Plant Hierarchy ;
• le CFC ;
• le SFC ;
• la supervision ;
• les alarmes ;
• les réseaux industriels ;
• la redondance ;
• le diagnostic ;
• les principes d’un véritable DCS.

Ces compétences sont particulièrement intéressantes pour travailler dans les industries de procédé où les installations sont complexes et nécessitent une disponibilité importante.

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La formation permet notamment d’aborder :

• l’architecture PCS 7 ;
• la création d’un projet ;
• la configuration de l’Automation System ;
• la Plant Hierarchy ;
• la programmation CFC ;
• la programmation SFC ;
• la configuration de l’Operator Station ;
• les alarmes ;
• les vues opérateur ;
• les architectures client/serveur ;
• les méthodes de diagnostic.

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Pour aller plus loin sur SIMATIC PCS 7

Pour approfondir les différents sujets abordés dans cet article, vous pouvez également consulter la documentation officielle Siemens consacrée à SIMATIC PCS 7.

La documentation constructeur constitue une ressource complémentaire pour approfondir :

• les architectures PCS 7 ;
• la configuration matérielle ;
• les Automation Systems ;
• les Operator Stations ;
• la redondance ;
• les réseaux ;
• les outils d’ingénierie.

SIMATIC PCS 7 constitue un environnement très complet. Pour un automaticien habitué à STEP 7, TIA Portal ou WinCC, son apprentissage permet de découvrir une autre approche de l’automatisation : celle d’un véritable DCS destiné au contrôle global d’un procédé industriel.