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Sistemas SCADA

Dr. Ramon Ramon Vilanov Vil anova a Dept. Telecommunication & Systems Engineering Escola Tècnica Superior d’Enginyeria U.A.B., Barcelona, SPAIN [email protected]

Sistemas SCADA 

Supervisión de procesos



SCADA  



Esquema básico y Funciones Alarmas.



Estructura y Módulos.



SCADA Comerciales

OPC

Sistemas SCADA 

Supervisión de procesos



SCADA  



Esquema básico y Funciones Alarmas.



Estructura y Módulos.



SCADA Comerciales

OPC

Sistemas SCADA Supervisión de procesos 

Mediante la supervisión de un proceso se intenta asegurar el buen funcionamiento del mismo (aún ante posibles situaciones anómalas).

Mediante la supervisión con ordenador se pretende facilitar la tarea del operario encargado de la vigilancia del proceso y su seguimiento

Sistemas SCADA Supervisión de procesos 

La manera en que se lleva a cabo la supervisión ha ido evolucionando con los años. 

Sinópticos del proceso sobre marquetería 



Tarjetas específicas asociadas a los PLCs 



Leds, displays, interruptores, etc.

Gestión de teclado y configuración sencillas.

pantalla,

con

posibilidades

de

Interfaces HMI y Sistemas SCADA basados en PC 

Mejores prestaciones asociadas a comunicación y acceso a bases de datos.

la

facilidad

de

Sistemas SCADA SCADA 

SCADA proviene de las siglas de Supervisory Control A nd Data A dquisition.





Es una aplicación software, con acceso a planta mediante comunicación digital con los diferentes instrumentos y que ofrece una interficie gráfica de alto nivel con el usuario. Suponen la evolución hacia los sistemas de control basados en PC

Sistemas SCADA SCADA 

El PC proporciona muchas utilidades a nivel de gestión de datos, visualización, trabajo en red.

... no obstante 

El control directo lo continuan realizando los reguladores autónomos junto con los PLCs. 

…. debido a posibles problemas de seguridad, robustez, tiempo real,...

Sistemas SCADA SCADA : Esquema básico y Funciones 

Esquema básico de un sistema de adquisición de datos y supervisión


Funciones básicas de un sistema SCADA 





Adquisición de datos : para recoger la información del proceso, procesarla y almacenarla. Supervisión : para observar la evolución y comportamiento de las variables de control y variables significativas del estado del proceso. Control : para actuar sobre el proceso y modificar su evolución. Generalmente actuando sobre reguladores autónomos y/o PLCs, modificando consignas, niveles de alarma, etc


Otras funcionalidades presentes en un SCADA 





Bases de Datos : Gestión de históricos de datos y variables de interés mediante acceso a Bases de datos (generalmente mediante acceso ODBC) Presentación: Representación gráfica de los datos del proceso. Creación de interficies de operario. Sinópticos que reproducen el proceso supervisado. Explotación: de los datos adquiridos para control estadístico del proceso, gestión de la producción, etc

Sistemas SCADA SCADA : Esquema básico y Funciones Ejemplos de Interface de Operario

Sistemas SCADA SCADA : Esquema básico y Funciones Ejemplos de Interface de Operario


Este tipo de interface de operario se consigue mediante la creación de sinópticos que representan el proceso y la asociación al mismo de variables que se están registrando de planta.   



Adquisición de datos Registro de datos Representación del proceso

Un sistema SCADA proporciona herramientas para realizar de manera cómoda estas operaciones.


Adquisición de datos : Hay varias opciones (que pueden convivir de manera simultanea) 





Tarjetas de adquisición de datos (TAD). Directamente conectadas al bus del ordenador, necesitan para su utilización de drivers específicos. Comunicaciones Serie: a través de interfases RS-232/485, por ejemplo autómatas programables, controladores autónomos, buses de campo (RS-485). Conexión a equipos específicos: Dispositivos que aportan su propio protocolo de comunicaciones pero que proporcionan drivers para gestionarlos.


Registro de datos (Tags): Las variables de proceso se representan en el SCADA mediante los denominados tags (o etiquetas) que permiten la definición de cada variable 



de acuerdo a su naturaleza : continua (analógica) o discreta (binaria) Asociación de un nombre



Rango de valores



Unidades de ingeniería



...


Registro de datos (Tags):


Registro de datos (Tags):






Representación del proceso: la representación visual de la información y su interactividad es lo que se llama: interfase hombre máquina.

Creación de sinópticos: tener en cuenta la elección de los elementos, su colocación en pantalla y la elección de colores,... Hay una serie de recomendaciones/normalización en ISA para la creación de sinópticos


Representación del proceso: ejemplo de recomendación en cuanto al uso de colores


Representación del proceso:

Objetos Windows: barras menus, ventana de alarmas, ventana de aplicación Libreria de objetos: Motor, depósito, válvula,,etc

Objetos gráficos standard: círculos, líneas, etc

Aplicaciones OLE y controle ActiveX : Datos Excel, WebBrowsers,etc

Controles Standard de Windows: botones, scrollbars, etc


Representación del proceso:

AFEGIR PANTALLES INTOUCH

Sistemas SCADA SCADA : Alarmas 

Algunos términos usuales: 









Alarma ( Alarm): alerta de fallo debido a que una variable supera el umbral asociado. Evento (Event): Sucesos característicos que identifican un cambio en una variable. Residuo (residual): Diferencia entre la salida de un sistema predicha por un modelo y la medida. Detección de fallos (Fault Detection): determinación de la presencia de fallos Diagnóstico de fallos (Fault Diagnosis): Determinaciñon del origen de los fallos






El tratamiento de alarmas es uno de los puntos mas importantes en un entorno de supervisión: Su objetivo es poner al operario sobre aviso. Una vez generada la alarma, se pone fecha, visualiza y registra Tipos de Alarmas  Alarmas Discretas: Indicadores de un cambio binario en la variable que representan.  Alarmas sobre Variables Continuas: o de umbral. Se utilizan umbrales para designar los límites de operación normales de las variables (umbrales absolutos, relativos, ROC)


Umbrales de alarma absolutos: vienen dados por un valor numérico cuyo sobrepaso activa la alarma. Hay que especificar una banda muerta en % del valor umbral.


Umbrales de alarma relativos: Límites establecidos en % alrededor del una consigna o valor objetivo: ‘target’.


Umbrales de alarma ROC: observación de la velocidad de cambio de la variable: diferencia entre dos valores consecutivos.


Gestión y registro de alarmas:  Filtrado de alarmas: asociar un nivel de prioridad a cada alarma (1-999). Sólo se activan las alarmas de una cierta prioridad. 

Seguimiento y registro temporal: los instantes de aparición duración, reconocimiento de alarmas etc., se llaman eventos: 

El instante de activación de la alarma



Instante de fin de alarma



Reconocimiento de la alarma por parte del operador

Sistemas SCADA SCADA : Estructura y Módulos 

Un paquete SCADA incluye módulos que posibilitan la realización de las funcionalidades que han aparecido hasta el momento: 

Configuración.



Interfaz Gráfico del Operador.



Módulo de Proceso.



Gestión de Archivo de Datos.



Comunicación.

Sistemas SCADA SCADA : Estructura y Módulos

Sistemas SCADA SCADA : Estructura y Módulos 

Algunos de estos módulos son básicos    



HMI, Servidor de datos del proceso Drivers de Comunicaciones Servidor de acceso a redes

Mientras que otros son opcionales   

Batch: gestión de recetas y proceso por lotes SPC/SQC: Control estadístico Seguimiento de Producción: Soluciones adaptadas a cada empresa según sus necesidades

Sistemas SCADA Algunos SCADA Comerciales Aimax , de Desin Instruments S.A.  CUBE, Orsi España S.A.  FIX, de Intellution.  Lookout, National Instruments.  Monitor Pro, de Schneider Electric.  SCADA InTouch , de LOGITEK.  SYSMAC SCS, de Omron.  Scatt Graph 5000, de ABB.  WinCC, de Siemens. 

Sistemas SCADA OPC (OLE for Process Control)

Sistemas SCADA OPC (OLE for Process Control) 

El acceso a los dispositivos de campo puede realizarse de dos maneras:

Utilizando drivers específicos para cada una de las conexiones específicas

Application X

Application Y


El acceso a los dispositivos de campo puede realizarse de dos maneras: Application X

Application Y

OPC Client Client OPC

OPC Client OLE/DCOM

Utilizando un driver OPC genérico en una arquitectura cliente/servidor.

OPC Server

OPC Server

OPC Server






OPC de Microsoft es un interface de automatización que proporciona un acceso simple a los datos. Esta basado en la tecnología COM/OLE de Microsoft para intercambio de datos entre aplicaciones ya sea de forma local o remota. El resultado es una arquitectura cliente/servidor:  



Clientes: que solicitan datos (aplicaciones, paquetes SCADA) Servidores: que proporcionan datos (dispositivos, aplicaciones)

La idea básica del OPC está en normalizar el interfase entre el servidor OPC y el cliente OPC independientemente de cualquier fabricante particular.

Sistemas SCADA OPC (OLE for Process Control) Un Servidor OPC responde siguiente arquitectura: 





a

la

Un servidor OPC es un conjunto de Grupos OPC Un grupo OPC es un conjunto de Items OPC Cada Item OPC representa la conexión a una fuente de datos (variable de un PLC).

Cada Item OPC tiene asociado un valor e instante de tiempo.

OPC Server OPC group OPC group OPC Items OPC group OPC Items

OPC Items


Desde el cliente OPC se puede acceder a los servicios ofrecidos por cada uno de los servidores 

Consulta de valor de un Item,



Modificación de su valor



Refresco con una determinada frecuencia



…

Sistemas SCADA OPC (OLE for Process Control) Dentro del SCADA podemos configurar puntos OPC para poder acceder despues a ellos.

Escogemos uno de los controles registrados en el S.O.

Sistemas SCADA OPC (OLE for Process Control) Dentro del SCADA podemos configurar puntos OPC para poder acceder despues a ellos.

Generalmente podemos configurar el acceso a cada uno de los grupos

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