INGENIERÍA ELECTRÓNICA SISTEMAS SCADA SCADA
Esteban Castellanos Iveth Chasi John Espinosa Santiago Guamán
Contenido TEMA: ............................................................................................................................................ 3 OBJETIVOS: ................................................................................................................................... 3 Objetivo General: ..................................................................................................................... 3 Objetivos Específicos: ............................................................................................................... 3 MARCO TEORICO .......................................................................................................................... 3 SISTEMAS SCADA .......................................................................................................................... 3 Prestaciones de un Sistema SCADA. ........................................................................................ 3 RED INDUSTRIAL O RED DE CAMPO ............................................................................................. 4 Niveles de las Redes Industriales: ................................................................................................ 4 NIVEL DE ENTRADA/SALIDA ..................................................................................................... 4 NIVEL DE CAMPO Y PROCESO: ................................................................................................. 4 NIVEL DE CONTROL ................................................................................................................... 4 NIVEL DE GESTIÓN .................................................................................................................... 5 ARQUITECTURA DE UN SISTEMA SCADA ..................................................................................... 5 Arquitectura del Software ........................................................................................................ 6 Arquitectura del Hardware ...................................................................................................... 6 HMI (Man-Machine Interface) ..................................................................................................... 6 OPERACIÓN DEL SISTEMA SCADA ................................................................................................ 7 NECESIDAD DE UN SISTEMA SCADA ............................................................................................ 7 FUNCIONES BÁSICAS DEL SISTEMA SCADA .................................................................................. 8 Conceptos Asociados a un sistema SCADA .................................................................................. 8 Tiempo Real .............................................................................................................................. 8 Estructura Abierta .................................................................................................................... 8 CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 9 REFERENCIAS ................................................................................................................................ 9
Sistemas SCADA: Introducción y Conceptos relacionados
Investigar sobre los conceptos fundamentales de un Sistema Scada.
Conocer el significado de sistemas SCADA, las funciones principales y las necesidades básicas para implementarlo. Entender el flujo de información en un sistema SCADA desde la recepción de señales por los sensores hasta el manejo de los datos en el cuarto de control. Comprender los conceptos relacionados con el sistema SCADA
SCADA viene de las siglas de "Supervisory Control And Data Adquisition", es decir: adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA.
Un paquete SCADA debe estar en disposición de ofrecer las siguientes prestaciones:
Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias. Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.
Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso anular o modificar las tareas asociadas al autómata, bajo ciertas condiciones. Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador. [1]
La automatización industrial dio lugar a la aparición de las islas automatizadas que eran equipos (autómatas, robots, ordenadores, etc) aislados entre sí, esta automatización dio lugar a las redes industriales [2]. Con redes de campo industriales nos referimos a aquellas que permiten:
Recopilar (adquisición de datos) Supervisar (controlar), generalmente desde un mismo sitio (panel / cuarto de control), las variables de una planta o proceso industrial.
En la actualidad constituyen la infraestructura más importante de los sistemas SCADA y DCS, ya que son una herramienta confiable y útil en la operación técnico - administrativa de una planta industrial.
Nivel de Entrada/Salida Nivel de campo y proceso Nivel de Control Nivel de Gestión
Es el nivel más próximo a las variables físicas de la planta. Aquí se hallan los sensores y actuadores encargados de medir y controlar los procesos productivos, respectivamente. Basados en la información que se recoge en este nivel se toman las decisiones necesarias que garanticen una correcta automatización y supervisión. En este nivel se emplean protocolos como: Seriplex, Hart, CanBus, etc.
En este nivel se realiza la integración de la información generada y requerida por los procesos de campo automáticos. Aquí es frecuente encontrar uno o varios autómatas modulares, actuando como maestros. En este nivel se emplean protocolos de comunicación como Fieldbus, Profibus, entre los más comunes.
Se encarga de enlazar y controlar los distintos procesos de una planta industrial. A este nivel se sitúan los PLCs de gran desempeño y poder, así como computadoras destinadas a diseño, control
de calidad, programación. Suelen emplear redes tipo LAN que funcionan bajo el protocolo Ethernet.
Integra los niveles anteriores de forma organizada y jerárquica. Las máquinas en este nivel sirven de enlace entre el proceso productivo y el área de gestión, en la cual se requiere información sobre ventas, tiempos de producción, repuestos en bodega, etc. Emplean redes tipo LAN y WAN que funcionan bajo protocolos como Ethernet, por dar un ejemplo. [3]
Figura 1. Representación de un sistema SCADA
Figura 2. Arquitectura de un SISTEMA SCADA
La arquitectura del sistema de control consistirá en un conjunto altamente integrado de sistemas distribuidos por medio de redes en una organización jerárquica. Esta jerarquía será organizada siguiendo el modelo cliente-servidor. El sistema de control operará en tiempo real (quasi-real time), con una jerarquía de niveles de control y comunicaciones entre procesos. Habrá un gran número de puntos de control y, por lo tanto, de procesos para controlarlos. Además, la especificación de interfaces será muy importante para el mantenimiento y conservación de la inversión teniendo en cuenta los rápidos cambios tecnológicos. Por ello serán usados estándares abiertos como RT POSIX o ATM, y también CORBA.
La arquitectura del hardware del sistema de control será totalmente distribuida. Consistirá en nodos VME llamados unidades de control locales (LCU) con capacidad de proceso en tiempo real conectados directamente a dispositivos físicos del GTC. Estas conexiones serán capaces de usar un conjunto variado de buses de control (ej., CAN bus, GPIB, Bitbus). Otros nodos de alto nivel llevarán a cabo funciones de coordinación y ofrecerán servicios críticos al resto de los nodos. Esta arquitectura permitirá una configuración dinámica del tráfico de tal forma que cada nodo tendrá un ancho de banda adecuado a sus necesidades [4].
Una Interfaz Hombre-Máquina, HMI (Man-Machine Interface, MMI), es un mecanismo que le permite a un operador humano interactuar con una máquina o proceso y determinar el estado (prendido / apagado) o magnitud de los dispositivos y/o variables físicas que están presentes en una planta o proceso industrial. La interfaz puede ser tan simple como una lámpara indicadora del estado de un aparato, hasta una o varias pantallas desarrolladas en una computadora que llegan a mostrar en la pantalla del monitor representaciones esquemáticas de todo el proceso bajo supervisión, incluyendo valores reales de las variables presentes en ese momento en la planta.
Figura 3. Ejemplo de HMI
Desde el sensor señal eléctrica o no En el transmisor señal estándar Del transmisor al cuarto de control con técnicas alambradas o inalámbricas
Aparecen entonces las RTU’s
Los datos llegan a una PC y se realiza Datalogging. HMI muestra la información Basado en la información el operador puede tomar acciones sobre el sistema.
Figura 4. Flujo de información en un sistema SCADA
1. El número de variables del proceso que se necesita monitorear sea alto. 2. El proceso debe tener transmisores y actuadores geográficamente distribuidos. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en una localidad. 3. La información del proceso se necesita en el momento en que los cambios se producen en el mismo, o, en otras palabras, la información se requiere en tiempo real. 4. Que exista la necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas. 5. Que los beneficios obtenidos en el proceso a ser controlado justifiquen la inversión en un sistema SCADA. Estos beneficios pueden reflejarse en aumento de la producción, de la confiabilidad, de los niveles de seguridad, etc. 6. La complejidad del proceso requiere que la mayoría de las acciones de control sean iniciadas por un operador. En caso contrario, se podría optar por un Sistema de Control Automático,
el cual puede constituir o ser parte de un Sistema de Control Distribuido, que contaría con PLCs, Controladores o una combinación de ellos. [5]
1. Automatización: Obtener, almacenar y mostrar información, en forma continua y confiable, desde los equipos de campo. Según su programa, podrá ejecutar acciones de control en forma automática, incluyendo el disparo de alarmas, etc. 2. Presentación de Gráficos Dinámicos. Esto se refiere al despliegue de pantallas con el diagrama del proceso conteniendo información instantánea del comportamiento del mismo. 3. Supervisión: Por medio de la HMI mostrar y / o alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto como disparo de alarmas y cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos). Basados en los datos enviados, el operador podrá iniciar acciones de control, tales como: abrir o cerrar válvulas, arrancar o parar bombas, etc. 4. Manejo de alarmas: Disparar alarmas en forma automática para que el usuario pueda ejecutar acciones de control. 5. Generación de reportes: Basadas en la información obtenida generar: reportes, gráficos de tendencia, historia de variables, cálculos, predicciones, detección de fugas, etc. [5]
Significa que un dispositivo de medida es capaz de mostrar el valor de una variable en el instante preciso en que la misma efectivamente tiene ese valor. Cuando se emplea computadoras, controladores o cualquier dispositivo que funciona en base a un programa de computación para procesar información de campo, aparece un desfase en el tiempo, un retardo, que puede incidir en la exactitud instantánea del valor mostrado [6]. Esta falta de exactitud puede pasar desapercibida, particularmente en la medición de variables “lentas” o puede ser considerable si se trata de variables “rápidas”.
Vale indicar que aún no se ha establecido un estándar para las extensiones en tiempo real en cuanto a los sistemas operativos. Así que la principal ventaja de un sistema basado en PC - su estructura abierta – puede llegar a ser un inconveniente. No obstante, la estructura abierta, permite a la empresa o al desarrollador más libertad en la elección de la herramienta adecuada para el diseño, programación e implementación del sistema SCADA. La solución comienza a ser propietaria nuevamente (cada empresa ofrece su solución) y la conversión a futuras generaciones de sistemas operativos se hace más difícil.
Un sistema SCADA no solo es un software que permite realizar el monitoreo y supervisión de una planta, sino que, dicho de manera correcta es el software y hardware que compone todo el sistema de monitoreo y control de la planta en cuestión. Los HMI’s que intervienen en un sistema SCADA pueden ser muy simples como
complejos, todo depende del número de variables que se manejan así como el flujo de información puesto que se deben realizar HMI’s en forma amigable, evitando el cansancio tanto visual como de supervisión al operador. Un concepto relacionado a SCADA es el tiempo real en donde se debe tomar en cuenta el tiempo que tarda una orden (comando) en llegar a su ejecución desde su inicio tomando en cuenta las distancias remotas desde donde se supervisa un proceso, es por esto que, cuando un suceso se registra en el momento exacto de su ocurrencia, se denomina tiempo estrictamente real, caso contrario se lo puede definir como tiempo real suave.
[1] «Autómatas Industriales,» 02 03 2006. [En línea]. Available: http://www.automatas.org/redes/scadas.htm. [Último acceso: 22 Noviembre 2016]. [2] C. d. C. Lozano y C. Romero Morales, «Uco.es,» Junio 2013. [En línea]. Available: http://www.uco.es/investiga/grupos/eatco/automatica/ihm/descargar/scada.pdf. [Último acceso: 22 Noviembre 2016]. [3] C. A. Salazar Serna y L. C. Correa Ortiz, «Buses de campo y protocolos en redes industriales,» Ventana Informática Nº 25, pp. 85-86, 2011. [4] V. Callinapa, «Monografias.com,» 01 Julio 2010. [En línea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos11/sisco/sisco.shtml#in#ixzz4QmVx7DbV. [Último acceso: 22 Noviembre 2016]. [5] L. PhD Corrales, «Dpto. de Automatización y Control Industrial,» Diciembre 2007. [En línea]. Available: http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/10020/2/PARTE%202.pdf. [Último acceso: 22 Noviembre 2016]. [6] C. A. Carranco Quiñonez y C. J. Celi Sánchez, «DSpace,» Enero 2010. [En línea]. Available: http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/4470/1/UPS-ST000355.pdf. [Último acceso: 2016 Noviembre 2016].
