Para el sistema SCADA el uso de un tipo determinado de unidad remota responde a las necesidades e importancia del proceso a supervisar y/o controlar, en consecuencia de los elementos constitutivos del sistema se describen a continuación las unidades remotas: RTUs y PLC como elementos de suma importancia en la supervisión y/o control de las variables de un proceso determinado.
UNIDADES TERMINALES REMOTAS (RTUs) El concepto de RTU se muestra a continuación:
Las Unidades Terminales Remotas (RTUs, Remote Terminal Units) son dispositivos de adquisición de datos y control en campo, cuya función principal es hacer de interfaz entre los equipos de instrumentación y control local y el sistema de adquisición de datos y control supervisorio.
La arquitectura de la unidad terminal remota consta típicamente de: A. Módulo de Entrada B. Módulo de Control C. Módulo de Procesamiento de Información (CPU) D. Módulo de Comunicaciones E. Módulo de Sincronización de Tiempo (GPS)
“Unidad terminal remota”, o RTU, es un término que ha sido usado en los sistemas de adquisición de datos y control supervisorio durante más de 20 años. Este término no concuerda tan bien con su significado funcional y se han realizado muchos intentos para desarrollar un título más descriptivo, sin embargo, a lo largo de estas líneas se mantendrá esta designación la cual describe una “caja negra” a través de la cual se adquiere la data (analógica y/o digital) de un proceso remoto.
Una unidad terminal remota tiene la capacidad de monitorear un número de entradas/salidas (I/O) relacionadas con un proceso, analizar y mantener datos en tiempo real, ejecutar algoritmos de control programados por el usuario, comunicarse con la estación maestra y en algunos casos, con otras remotas.
La RTU realiza una exploración periódica de las variables del proceso y, a través de un módulo de comunicación permite el intercambio de dicha información con una estación maestra (MTU) ubicada en una sala de control central, utilizando diversos medios de comunicación: línea telefónica, UHF/VHF, microondas, satélite, fibra óptica u otro medio, a través de puertos auxiliares con otras remotas y/o terminales portátiles. El protocolo de comunicación, estructura del mensaje y técnicas de corrección de errores son propias de cada fabricante.
La tecnología de estado sólido ha revolucionado el diseño electrónico de las RTUs en los últimos años, extendiéndose al uso de unidades microprocesadoras equipadas con memoria tipo de solo lectura y borrada electrónicamente (Electronic Erase Programmable Read Only Memory, EEPROM) y del tipo de Acceso Directo (Random Acces Memory, RAM) respaldada con batería de litio para salvaguardar la programación en caso de fallas eléctricas e incorporándoles una interfaz humano-máquina (HMI, Human Machine Interace), capacidades de comunicación con sistemas de medición, transductores, controladores lógicos programables (PLC), etc.
La CPU es la unidad controladora de todas las funciones de la unidad terminal remota, ya que dirige todas las transferencias de data entre los registros y las localidades de memoria, y controla las interrupciones de la interfaz de comunicación la cual envía la data de la RTU a la MTU. EL microprocesador de la RTU contiene una serie de registros destinados a almacenamiento temporal de instrucciones, direcciones de memoria y/o resultados de ciertas operaciones.
Esta unidad central de procesamiento es la encargada, como su nombre lo indica, de procesar la información adquirida del campo o transmitida por la MTU, con la finalidad de ejecutar la tarea correspondiente, bien sea una acción de control o de comunicación.
Las funciones de procesamiento de datos de la RTU se conocen en una secuencia determinada por el software de la misma. Los datos e instrucciones se almacenan en módulos de memoria RAM y/o ROM y las instrucciones del programa son secuenciadas por un reloj de tiempo real.
Una RTU cuenta con módulos de entradas/salidas los cuales son conectados al sistema de instrumentación y control local. Los módulos de entrada tienen como función adquirir la información suministrada por la instrumentación de campo y el sistema de control local y, acondicionarla a los niveles de operación adecuados.
Los módulos de salida tienen como función dar al proceso las señales de control, digitales o analógicas, provenientes del sistema SCADA. Las mismas siguen el proceso inverso que en el módulo de entrada, ya que de formato binario deben ser transformadas a los niveles adecuados de campo para las señales discretas y en un valor proporcional a la acción de control en señales de control analógico.
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC) Los controladores lógicos programables (PLC) están definidos por la “National Equipment Manufacturer´s Asociation, (NEMA)” como:
“Aparatos electrónicos digitales que usan técnicas de programación de
instrucciones almacenadas internamente para implementar funciones específicas tales como lógicas secuenciales, de temporización, de conteo y aritméticas para el control de máquinas y procesos”.
Esta definición puede ser mejorada al incluir la capacidad de control analógico, así como también la comunicación con dispositivos remotos.
PLC General Electric.
Las funciones de un PLC pueden resumirse como:
Control de secuencias lógicas, temporización y conteo.
Control analógico.
Operaciones aritméticas.
Manejo de información.
Interfaz de datos entre los equipos instrumentación y el sistema supervisorio.
Inicialmente, debido a los costos de desarrollo y relativamente alto costo de los semiconductores, los costos de instalación de los PLC comparados a los sistemas de relé equivalentes eran considerablemente elevados. Pero, debido al rápido desarrollo en la industria de semiconductores y desarrollo de memorias de estado sólido, y circuitos LSI, que están disponibles a precios extremadamente bajos, los precios de los PLC tienen un continuo declive.
En 1978 el costo inicial de instalación de un controlador programable fue el mismo costo de instalación que el de un sistema de relé equivalente.
Existe la tendencia a confundir los PLC con computadores, minicomputadores, controladores programables de proceso que se usan para el control de posiciones.
Los PLCs, se usan para el control de secuencias. A diferencia de un computador de control el PLC no requiere de programación, ni depuración, ni técnicas de mantenimiento muy sofisticadas.
Existen diferentes modelos de PLC de acuerdo a cada fabricante, pero la diferencia esencial, radica en los niveles de capacidad y complejidad.
La Arquitectura de los PLC consta típicamente de: A. El CPU, B. La Memoria, C. La Fuente de Poder, D. El Sistema de Entradas / Salidas y E. Los Dispositivos de Programación.
Los PLC´s generalmente permiten varias opciones en cuanto al tipo de lenguaje de programación, bien sea diagrama en escalera, lógica booleana o secuencia de instrucciones.
Los PLC´s con interfaces de comunicación conectados a un computador central pueden redimensionar el concepto que relaciona a un PLC y un sistema microcomputarizado central como una RTU a un sistema de adquisición de datos. Si las secuencias y el control están establecidas dentro del PLC entonces la comunicación directa entre la estación maestra y el PLC es posible. Como consecuencia, los PLC pueden operar como RTUs, de modo tal de eliminar la necesidad de un equipo electrónico adicional con los elementos para la instalación del mismo.
Una reciente tendencia en la industria ha sido la de diseñar y construir unidades terminales remotas (RTUs) más ¨inteligentes¨ y con más capacidad de control local; y la tendencia convergente de evolución de los PLCs ha sido también la de mejorar la ¨inteligencia¨ y capacidad de comunicación hasta el punto donde las dos tecnologías se solapan. Esta evolución tecnológica da mayor flexibilidad en la ingeniería de diseño para seleccionar opciones sobre la base de los requerimientos en consideración.
Adicionalmente, un PLC puede ser conectado a una RTU a través del cableado de señales analógicas y digitales desde el sistema de control e instrumentación o a través de un puerto serial de transmisión de datos, o el PLC puede ser comunicado directamente con la estación maestra. El protocolo de comunicación entre la MTU o RTU y el PLC es una importante consideración cuando se
determina la configuración definitiva del sistema durante la fase conceptual y básica del proyecto de ingeniería.
