Introducción a SCADA Asignatura: Interfaz Hombre Máquina Profesores: Carlos de Castro Lozano Cristóbal Romero Morales
Indice • Control Mediante PC PC. • Introducción SC SCADA. • Fun unccion ones es y Pre Presstac aciion onees. • Módulos. • Ejemplos. • OPC. • Re Rede dess Ind Indus usttri rial ales es y Bus Buses es de Ca Camp mpo. o.
Control mediante PC • El PC se es está tá es esta tabl blec ecie iend ndo o en en un un gra gran n núm númer ero o de de cam campo poss (oficina, casa, industria…). Las tareas automatizadas de control y visualización que se efectuaban con PLC (controladores lógicos programables o autómata) se están realizando con sistemas de control basados en PC, utilizando tarjetas de expansión o de adquisición de datos. • Ventajas: • Procesamiento de datos, visualización, trabajo en red.
• Desventajas: • Tiempo real, seguridad seguridad,, robustez.
• Por Por lo lo que que se su suel elen en ut util iliz izar ar ju junt nto o a lo loss PLC PLC,, a má máss alt alto o nivel, realizando tareas de monitorización y control.
Introducción SCADA • SCADA pr prov oviien enee de de las las si sigl glaas de de Supervisory Control And Data Acquisition (Adquisición de datos y supervisión de control). • Es un unaa ap apli lica caci ción ón so soft ftwa ware re de co cont ntro roll de producción, que se comunica con los l os dispositivos de campo y controla el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. • Pr Prop opor orci cion onaa inf infor orm mac ació ión n del del pro proce ceso so a di dive vers rsos os usuarios: operadores, supervisiores de control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.
Introducción SCADA • Los Los sis siste tema mass de de int inter erfa fazz ent entre re us usua uari rio o y pla plant ntaa basados en paneles de control cont rol repletos de indicadores luminosos, instrumentos de medida y pulsadores, están siendo sustituidos s ustituidos por sistemas sist emas digitales que implementan el panel sobre la pantalla de un ordenador. orde nador. • El con contr trol ol di dire rect cto o lo lo rea reali liza zan n lo loss co cont ntro rola lado dore ress autónomos digitales y/o autómatas programables y están está n conectad conectados os a un ordena ordenador dor que que realiza realiza las las funciones de diálogo con el operador, tratamiento de la información y control de la producción, utilizando el SCADA.
Esquema Básico • Esqu Esquem emaa bá bási sico co de un si sist stem emaa de de Adquisición, supervisión y control.
Funciones Principales • Adquisición de datos , para recoger, procesar y alamacenar la información recibida. • Supervisión, para observar desde un monitor la evolución de las variables de control. • Control, para modificar la evolución del proceso, actuando bien sobre los reguladores autónomos básicos (consignas, (consigna s, alarmas, menús, etc.) bien directamente sobre el proceso mediante las salidas conectadas.
Funciones más específicas • Transmisión. De información con dispositivos de campo y otros PC. • Base de datos. Gestión de datos con bajos tiempos de acceso. Suele utilizar ODBC. • Presentación. Representación gráfica de los datos. Interfaz del Operador o HMI (Human Mach Ma chin inee In Inte terf rfac ace) e).. • Explotación. De los datos adquiridos para gestión de la calidad, control estadístico, gestión de la producción y gestión administrativa ad ministrativa y financiera. financier a.
Ejemplo de Interfaz de Operario
Prestaciones Un paquete SCADA debe de ofrecer las siguientes prestaciones: • Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador 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 el programa total sobre el autómata, bajo ciertas condiciones. • Posibilidad de programación numérica, que permite realizar cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del ordenador, y no sobre la del autómata, menos especializado etc.
Prestaciones • Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones basadas en el PC, con captura de datos, análisis de señales, presentaciones en en pantalla, envío de resultados resultados a disco e impresora, etc. • Ad Adem emás ás,, toda todass est estas as ac acci cion ones es se lle lleva van n a cab cabo o med media iant ntee un un paquete de funciones que incluye zonas de programación en un le leng ngua uaje je de us uso o gen gener eral al co como mo C o Pa Pasc scal al,, au aunq nque ue actual act ualme mente nte se está está imp imponi oniend endo o VBA (Vi (Visua suall Basic Basic for Applications), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad.
Requisitos Un SCADA debe cumplir varios objetivos: • De Debe ben n ser ser si sist stem emas as de arq arqui uite tect ctur uraa abi abier erta ta,, capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa. • De Debe ben n com comun unic icar arse se con con tot total al fa faci cili lida dad d y de de form formaa transparente al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión). • De Debe ben n ser ser pr prog ogra ram mas se senc ncil illo loss de de inst instal alar ar,, sin sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.
Módulos Los módulos o bloques software son los siguientes: • Configuración. • In Inte terf rfaz az Gr Gráf áfiico de dell Op Oper erad ador or.. • Módulo de de Pr Proceso. • Ges esttión de Ar Arch chiivo de Da Dattos. • Comunicación.
Módulos • Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.
Módulos • Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y supervisión de la planta. El proceso se representa representa mediante sinópticos sinópticos gráficos.
Módulos • Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los valores valores actuales de variables variables leídas. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (como C, Basic, Basic, etc.).
Módulos • Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenam almacenamiento iento y procesado ordenado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o disposit dispositivo ivo pueda pueda tene tenerr acceso acceso a ellos ellos..
Módulos • Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta sopor ta el SCADA, SCADA, y entre entre ésta y el el resto de de elementos elementos informáticos de gestión.
Componentes Hardware • Un SCADA es esttá for orma mad do po por: r: – Ordenador Central o MTU (master terminal unit). – Ordenadores Remotos o RTU’s (remote terminal units). – Red de comunicación. – Instrumentación de campo.
Componentes Hardware
Conexión con Internet
Ejemplos de Software SCADA Algunos de los programas SCADA, o que incluyen SCADA como parte de ellos, son: – Aimax, de Des Desin in Inst Instrum rument entss S.A S.A.. – CUBE, Orsi España S.A. – FIX, de In Inte tell llut utio ion. n. – Lookout, National Instruments. Instruments. – Monitor Pro, de Schneider Electric. – SCADA InTouch, de LOGITEK. – SYSMAC SCS, de Om Omro ron. n. – Scatt Graph 5000, de ABB. – WinCC, de Siemens.
Interfase de Comunicación • Pe Perm rmit itee al PC ac acce cede derr a lo loss dis dispo posi siti tivo voss de ca camp mpo. o. – Dr Utilizar zar el driver driver espe específic cífico o al bus Driv iver erss Es Espe pecí cífi fico cos. s. Utili de campo.
– Dr Utilizar zar un driver driver genér genérico ico OPC que Driv iver erss OP OPC. C. Utili cada fabricante proporciona.
Interface OPC for Proce Process ss Con Contro trol) l) de de Micros Microsoft oft es es un inte interfaz rfaz con con OPC (OLE for componentes de automatización, proporcionando un acceso simple a los datos. La Fundación OPC está formada por: Siemens, Fisher, Intuitive, OPTO 22, Intellution, Rockwell, etc. • Las apl aplica icaci cione oness que que requ requier ieren en se servi rvici cios os,, es dec decir ir da dato tos, s, des desde de el niv nivel el de automatización para procesar sus tareas, los piden como clientes desde los componentes de automatización, quienes a la vez proveen la información requerida como servidores. La idea básica del OPC está en normalizar el interfase entre el servidor OPC y el cliente OPC independientemente de cualquier fabricante particular. • Lo Loss ser servi vici cios os pr pres esta tado doss por por lo loss ser servi vido dore ress OPC OPC pa para ra cli clien ente tess OPC OPC po porr medio del interfase OPC típicamente implican la lectura, cambio y verificación de variables de proceso. Mediante estos servicios es posible operar y controlar controlar un proceso. Los Los servidores servidores OPC apoyan apoyan el nexo de tales aplicaciones a cualquier componentes de automatización que esté en red por medio medio de un un bus de campo o Ethernet Ethernet Industri Industrial. al. •
Arquitectura OPC
Redes Industriales • La aut autom omat atiz izac ació ión n indu indust stri rial al ini inici cial alme ment ntee dio dio lugar a islas automatizadas que eran equipos (automatas, controles numéricos, robots, ordenadores, etc) aislados entre sí. • La int integr egrac ación ión de las isl islas as au auto toma matiz tizada adass dio dio lu lugar gar a las redes industriales. • Niv ivel eles es de la lass Red Redes es In Indu dust stri rial alees: – Nivel bus de campo. – Nivel LAN. – Nivel LAN/WAN.
Redes Industriales • Nive al Nivell de bus bus de de cam campo po.. Nivel de red más próximo al proceso y se encarga de de la integración de pequeños automatismos (autómatas compatos, compatos, multiplexores de E/S, controladores PID, equipos de medida, etc.) . Suelen formar células de fabricación. • Nivel de LAN. Nivel superior al anterior que enlaza enlaza las células de fabricación. Esta formado por autómatas de gama alta y ordenadores para control de calidad. • Nivel de LAN/WAN. Nivel más proximo al área de gestión, que integra los niveles anteriores en una estructura de fábrica o múltiples factorias. Esta formado por ordenadores y redes de ordenadores.
Redes Industriales
Bus de Campo • El bu buss de de cam campo po co cons nsti titu tuye ye el ni nive vell más más si simp mple le y pró próxi ximo mo al proceso dentro de la estructura de comunicaciones industriales. Los buses de campo más recientes permiten la comunicación con buses jerárquicamente superiores y más potentes. • Hay Hay div diver erso soss bus buses es se segú gún n fab fabri rica cant ntes es y agr agrup upac acio ione ness de de fabricantes, siendo los más extendidos los siguientes: – Modbus Modicon: marca registrada de GOULD INC. Define un protocolo protoc olo de comunica comunicación ción de topología topología maestro-esclavo maestro-esclavo.. Su principal inconven inconveniente iente es que que no está reconocido por ninguna ninguna normal internacional.
Bus de Campo – BITBUS: marca registrada por Intel. De bajo coste y altas prestaciones. prestacio nes. Intel cedió a dominio dominio público el estándar, por lo que se considera considera un estandar estandar abierto. Está Está reconocido reconocido por la normativ normativaa IEE 1118. Se trata de un bus síncrono, cuyo protocolo se gestiona completamente complet amente mediant mediantee el microco microcontrolado ntroladorr 8044. 8044. – Profibus: impulsado por los principales fabricantes alemanes. El protocolo protoco lo es un subjuego subjuego de MINIMAP. Está Está impulsado impulsado por ser ser un estandar estan dar abi abierto erto y bajo bajo norma norma DIN 19.245. 19.245. – S-BUS: no es un bus de campo propiamente dicho, sino un sistema multiplexor/dem multiple xor/demultiplexor ultiplexor que permite permite la conexión de E/S E/S remotas remotas a través de dos pares trenzados. – FIP (Fact (Factory ory Instr Instrument umentation ation Bus): impulsado por fabricantes y organismos oficiales franceses. – MIL-STD-1553B: adoptado por algunos fabricantes en USA.
