17/10/2015
PLCs
SISTEMAS SCADA
Programa del Curso Sistema Supervisor / SCADA Comunicaciones Lenguajes: PLC LD ST FBD IL SFC IEC 61131 Proyectos / Aplicaciones
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Caso de Aplicación 1 km 500m
Aplicación - Reque Requerimientos rimientos 1.
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3. 4. 5.
6.
Controlar en forma automática el encendido/apagado de varias bombas en función del nivel del tanque elevado Apagar las bombas ante bajo nivel de agua en las perforaciones Indicar el caudal de agua elevado por perforación Reportar fallas en las bombas b ombas (rele térmico, etc.) Supervisar y controlar la operación desde la Estación Central Registrar a largo plazo el nivel del tanque y los caudales de las perforaciones
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Caso de Aplicación 1 km
?
500m
Sistema SCADA n
n
n
n
Supervisory Control And Data Acquisition
Tecnología que permite al usuario recolección de datos y control de plantas e instalaciones remotas Evita disponer de operarios junto a la instalación en operación normal El término se suele utilizar para el software utilizado, pero incluye todo el sistema
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Uso de Sistemas SCADA n
n
n
Cambio de setpoints, abrir/cerrar válvulas, supervisar alarmas, recolectar información Gran ahorro de costos para instalaciones cubriendo grandes distancias (kms, cientos de kms, miles de kms)
Objetivos de un sistema SCADA n
n
Mantener el proceso operando normalmente Retornar el proceso a condiciones normales ante paradas/desviaciones
Ejemplos n
Control y supervisión: n
n
n
Red de agua potable Red de distribución de energía eléctrica Proceso industrial
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Componentes Un sistema SCADA consta de 5 grupos de componentes: La instrumentación de campo
Sensores: convierten magnitud físic a (caudal, velocidad, voltaje) en magnitud eléctrica leída por estación remota Actuadores: dispositivos que actúan sobre equipos de la planta
Las estaciones remotas
Se instalan en la planta, conectadas a la i nstrumentación de campo Puede ser: PLC; RTU (Remote Terminal Unit): un si stema de módulos comunicado en un plano distinto que el sistema SCADA
La red de comunicaciones
Medio para la transmisión de información desde la estación remota Enlace cableado (fábricas); enlace telefónico, celular o radio (grandes áreas geográficas)
La estación central de supervisión
Unidad maestra del sistema SCADA. Funciones: Comunicación con unidades remotas HMI (Human Machine Interface) Unidades maestras pueden estar dispuestas en red
El software que se ejecuta en la estación central de supervisión
Caso de Aplicación Operador
1 km
Proceso
500m
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Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación
Sistema SCADA
Unidades Remotas Instrumentación de Campo
Proceso
Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación
Sistema SCADA
Unidades Remotas Instrumentación de Campo
Proceso
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Instrumentación de Campo n
Sensores: n
n
n
Actuadores: n
n
n
on/off: presostato, nivel on/off Continuos: transmisor de presión, nivel continuo on/off: motor con marcha directa, válvula on/off Continuos: motor con variador de velocidad, válvula de control
Conexión: n
n
Cableado “duro” (24 VDC, 4..20 mA, etc.) Comunicación digital (MODBUS, Profibus, etc.)
Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación
Sistema SCADA
Unidades Remotas Instrumentación de Campo
Proceso
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Unidades Terminales Remotas n
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n
n
n
n
n
Conexión de señales de entrada/salida Adquisición de señales y ejecución de comandos Capacidad de comunicación Capacidad de almacenar eventos/datos a la espera de la comunicación (deseable) Puede requerir registro de eventos rápidos (ms), SOE Puede requerir sincronismo de reloj por fuente externa (GPS, etc.) Puede o no tener capacidad de ejecutar lógica (PLC o RTU)
PLC vs RTU
n
Normalmente una RTU no ejecuta lógica, maneja fechado de eventos, dispone de reporte por excepción
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Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación
Sistema SCADA
Unidades Remotas Instrumentación de Campo
Proceso
Redes de Comunicación n
Plantas Industriales n
n
n
n
Redes LAN, cable, fibra óptica Alta velocidad de transmisión Gran volumen de datos
Sistemas de Telemetría/Instalaciones Remotas n
n
n
n
n
Fibra Óptica / Cable / Radio / Satélite, etc. Usualmente baja velocidad de transmisión Mayormente protocolos Maestro/Esclavo Tiempo de Scan de RTUs Reporte por Excepción
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Comunicación por Radio
Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación
Sistema SCADA
Unidades Remotas Instrumentación de Campo
Proceso
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Estación Central / Maestra n
n
n
n
n
n
Master Terminal Unit (MTU) Computadora / PLC Maestro Comunicación con unidades remotas Ejecutar instrucciones de control Registrar información Proporcionar interfaz con el operador (HMI)
Estación Central / Maestra n
Interfaz de Operador (HMI): n
n
n
n
“ventana hacia el proceso” Información en tiempo real Envío de comandos al proceso Computadora con Software SCADA / Panel de Operador
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Arquitectura SCADA Software SCADA
MODBUS/Radio
Línea Telefónica Discada / Dedicada
MODBUS/RS485
MODBUS IEC 870-5101 DNP3.0
RTU’s
PLC’s
Caso de Aplicación 1 km
?
500m
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Aplicación - Requerimientos 1.
2.
3. 4. 5.
6.
Controlar en forma automática el encendido/apagado de varias bombas en función del nivel del tanque elevado Apagar las bombas ante bajo nivel de agua en las perforaciones Indicar el caudal de agua elevado por perforación Reportar fallas en las bombas (rele térmico, etc.) Supervisar y controlar la operación desde la Estación Central Registrar a largo plazo el nivel del tanque y los caudales de las perforaciones
Caso de Aplicación Componentes
Implementación
Instrumentación de Campo
Sensor de nivel de tanque Sensor de nivel de perforación Sensor de caudal de perforación Comando de motor de bomba (contactor/térmico) PLC por sitio con entradas/salidas acorde
Estaciones Remotas Red de Comunicación Estación Central de Supervisión Aplicación de software
Enlaces de radio frecuencia: antenas, radio modem, puertos de comunicación Computadora, PLC Maestro Software SCADA
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Caso de Aplicación
Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación
Sistema SCADA
Unidades Remotas Instrumentación de Campo
Proceso
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Software de Unidad Central El software se denomina igual que el sistema: “software SCADA” o “SCADA” Software multitarea Organizado verticalmente en capas Cada capa brinda servicios a la capa por encima El acceso a los servicios de una capa se realiza por la interfaz a la capa
Arquitectura del software SCADA HMI
View
Reportes
Exportación de datos históricos
Visualización
Muestra datos en tiempo real
Control de supervisión
Permite modificar parámetros de la planta
SAC
Plataforma datos
SCAN: Procesamiento de datos Histórico
Adapta los datos a formato de la base de datos
Alarmas
Se asocian a cada dato por configuración
Control automático de proceso (algoritmos) Almacenamiento de datos (histórico) I/O Driver
Plataforma de adquisición de datos Capa física de la planta
Manejo de entrada salida de datos de la planta
Red de comunicaciones
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Interfaces del software SCADA HMI
View Base de datos
Cada dato tiene un registro asociado Cada registro tiene muchos campos Se configura por bloques lógicos
SAC
Plataforma datos
Driver Image Table
Histórico Imagen de las memori as de las unidades remotas; actualizada cíclicamente Casilleros se denominan “poll records”
Plataforma de adquisición de datos
I/O Driver
Software: protocolo lógico Hardware: protocolo físico
Capa física de la planta
Arquitectura SCADA Software SCADA
MODBUS/RS485
PLC’s
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I/O Driver
Tags n
n
n
Registros de la base de datos Señales externas o calculadas Dimensiona el sistema
Tipos de Tags:
Configuración de Tags:
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Base de Datos
Gráficos Data Link
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Ejemplo: Red de Agua Potable
Ejemplo: Red de Agua Potable n
n
Sistema de telemetría por enlace de radio para control de bombas en perforaciones, y tanques Estación Central en Usina La Paloma n
n
n
n
7 x Estaciones Remotas (La Pedrera, La Virazón) n
n
n
PC con SCADA Tablero con PLC Maestro Modbus Antena en torre de 30 m Tableros con PLCs Esclavos Modbus Control de Bombas, Tanques, Variadores, Arranque Suaves
2 x Estaciones Separadas (UPA, La Palma) n
Enlace independiente Maestro-esclavo
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Arquitectura
Mapeo de Variables Variable en Unidad Remota COM
Variable en Maestro
Variable en software SCADA
COM
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Pantalla de Supervisión
Pantalla de Supervisión
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Sistema Stand-Alone Estación Central
PLCs
Sistema Distribuido Clientes
Servidores
Un Cliente no puede operar sin Servidores
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Redundancia Redundancia de Servidores Redundancia de Red
Arquitectura
Internet
Firewall Estaciones de Trabajo
Red de Planta Servidor
Router
Estaciones de Trabajo
Red Cliente/Servidor Servidores
Red de Control Controladores
Bus de Campo Dispostivos de Campo
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Software SCADA n
Funcionalidades Básicas: n
n
n
n
n
n
Pantallas de Operación Alarmas Registro Histórico Tendencias Reportes Seguridad de Acceso
Pantallas de Operación
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Alarmas n
Manejo de Situaciones Anormales Linea de Alarmas
Lista de Alarmas
Banda de Alarmas
Indicación en Gráficos de Proceso
Tendencias
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Reportes
Seguridad de Acceso
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Sistemas de Información n
n
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Necesidad de intercambiar datos de un sistema SCADA con sistemas de información de la empresa Ej: reportar la producción de un proceso, el consumo de energía eléctrica, etc. Existen mecanismos abiertos para intercambiar datos
Pirámide de Automatización ISA-95 weeks days
minutes
msec
ERP:
Enterprise Resource Planning
MES:
Manufacturing Execution System
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