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ARQUITECTURA SCADA: HARDWARE Y SOFTWARE
DOCENTE:
ING. EDUARDO AVILA REGALADO
MODULO:
REDES INDUSTRIALES
ALUMNO:
QUISPE PURIZACA JUAN VICTOR
PIURA - PERU
INTRODUCCION
Un sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) es un sistema basado en
computadores que permiten supervisar y controlar a distancia una instalación, proceso o
sistema de características variadas, por medio de una estación central que hace de Master
(llamada también estación maestra o unidad terminal maestra, MTU) y una o varias unidades
remotas (generalmente RTUs) por medio de las cuales se hace el control / adquisición de datos
hacia / desde el campo. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y
control proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales
apropiadas.
Los primeros SCADA eran simplemente sistemas de telemetría que proporcionaban reportes
periódicos de las condiciones de campo vigilando las señales que representaban medidas y/o
condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas. Estos sistemas ofrecían capacidades
muy simples de monitoreo y control, sin proveer funciones de aplicación alguna. La visión del
operador en el proceso estaba basada en los contadores y las lámparas detrás de paneles llenos
de indicadores. Mientras la tecnología se desarrollaba, los ordenadores asumieron el papel de
manejar la recolección de datos, disponiendo comandos de control, y una nueva función -
presentación de la información sobre una pantalla de CRT. Los ordenadores agregaron la
capacidad de programar el sistema para realizar funciones de control más complejas.
Los primeros sistemas automatizados SCADA fueron altamente modificados con programas de
aplicación específicos para atender a requisitos de algún proyecto particular. Como ingenieros
de varias industrias asistieron al diseño de estos sistemas, su percepción de SCADA adquirió las
características de su propia industria. Proveedores de sistemas de software SCADA, deseando
reutilizar su trabajo previo sobre los nuevos proyectos, perpetuaron esta imagen de industria-
específicos por su propia visión de los ambientes de control con los cuales tenían experiencia.
Solamente cuando nuevos proyectos requirieron funciones y aplicaciones adicionales, hizo que
los desarrolladores de sistemas SCADA tuvieran la oportunidad de desarrollar experiencia en
otras industrias.
La mayoría de los sistemas SCADA que son instalados hoy se está convirtiendo en una parte
integral de la estructura de gerenciamiento de la información corporativa. Estos sistemas ya no
son vistos por la gerencia simplemente como herramientas operacionales, sino como un recurso
importante de información. En este papel continúan sirviendo como centro de responsabilidad
operacional, pero también proporcionan datos a los sistemas y usuarios fuera del ambiente del
centro de control que dependen de la información oportuna en la cual basan sus decisiones
económicas cotidianas. La mayoría de los vendedores principales de SCADA han reconocido
esta tendencia, y están desarrollando rápidamente métodos eficientes para hacer disponibles los
datos, mientras protegen la seguridad y funcionamiento del sistema SCADA. La arquitectura de
los sistemas de hoy integra a menudo muchos ambientes de control diferentes, tales como
tuberías de gas y aceite, en un solo centro de control.
Para alcanzar un nivel aceptable de tolerancia de fallas con estos sistemas, es común tener
ordenadores SCADA redundantes operando en paralelo en el centro primario del control, y un
sistema de reserva del mismo situado en un área geográficamente distante. Esta arquitectura
proporciona la transferencia automática de la responsabilidad del control de cualquier ordenador
que pueda llegar a ser inasequible por cualquier razón, a una computadora de reserva en línea,
sin interrupción significativa de las operaciones.
SCADA
SCADA (supervisory control and data acquisition): Es un sistema industrial de mediciones y
control que consiste en una computadora principal o master (generalmente llamada Estación
Principal, Master Terminal Unit o MTU); una o más unidades control obteniendo datos de
campo (generalmente llamadas estaciones remotas, Remote Terminal Units, o RTU's); y una
colección de software estándar y/o a medida usado para monitorear y controlar remotamente
dispositivos de campo. Los sistemas SCADA contemporáneos exhiben predominantemente
características de control a lazo abierto y utilizan comunicaciones generalmente interurbanas,
aunque algunos elementos de control a lazo cerrado y/o de comunicaciones de corta distancia
pueden también estar presentes.
Necesidad de un sistema SCADA.
Para evaluar si un sistema SCADA es necesario para manejar una instalación dada, el proceso a
controlar debe cumplir las siguientes características:
El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto.
El proceso está geográficamente distribuido. Esta condición no es limitativa, ya que
puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en
una localidad.
Las 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.
La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de
decisiones, tanto gerenciales como operativas.
Los beneficios obtenidos en el proceso justifican la inversión en un sistema SCADA.
Estos beneficios pueden reflejarse como aumento de la efectividad de la producción, de
los niveles de seguridad, etc.
Funciones.
Dentro de las funciones básicas realizadas por un sistema SCADA están las siguientes:
Recabar, almacenar y mostrar información, en forma continua y confiable,
correspondiente a la señalización de campo: estados de dispositivos, mediciones,
alarmas, etc.
Ejecutar acciones de control iniciadas por el operador, tales como: abrir o cerrar
válvulas, arrancar o parar bombas, etc.
Alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se
consideren normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diaria
de la planta (eventos). Estos cambios son almacenados en el sistema para su posterior
análisis.
Aplicaciones en general, basadas en la información obtenida por el sistema, tales como:
reportes, gráficos de tendencia, historia de variables, cálculos, predicciones, detección
de fugas, etc.
El desarrollo de un ordenador personal ha permitido su implementación en todos los campos del
conocimiento y a todos los niveles imaginables.
I) ARQUITECTURA DE UN SISTEMA SCADA
Las primeras incursiones en el campo de la automatización localizaban todo el control en el PC
y tendían progresivamente a la distribución del control en planta. De esta manera, el sistema
queda dividido en tres bloques principales.
Software de adquisición de datos y control
Sistemas de adquisición y mando (sensores y actuadores)
Sistema de interconexión
Fig. 1 – Estructura básica de un sistema de supervisión y mando.
El usuario mediante herramientas de visualización y control, tiene acceso al sistema de control
de proceso, generalmente un ordenador donde reside la aplicación de control y supervisión (se
trata de un sistema servidor). La comunicación entre estos dos sistemas se suele realizar a través
de redes de comunicación corporativas (Ethernet).
El sistema de proceso capta el estado del sistema a través de los elementos sensores e informa al
usuario a través de las herramientas HMI. Basándose en los comandos ejecutados por el usuario,
el sistema de proceso inicia las acciones pertinentes para mantener el control del sistema a
través de elementos actuadores.
La transmisión de datos entre el sistema de proceso y los elementos de campo (sensores y
actuadores) se lleva a cabo mediante los denominados buses de campo. La tendencia actual es
englobar los sistemas de comunicación en una base común, como Ethernet industrial).
Toda la información generada durante la ejecución de las tareas de supervisión y control se
almacena para disponer de los datos a posteriori.
Mediante el software de adquisición de datos y control, el mundo de las maquinas se integra
directamente a la red empresarial, pasando a formar parte de los elementos que permitirán crear
estrategias de empresas globales. Es aquí donde aparece el concepto de fabricación Integral
Informatizada.
Un sistema Scada es una aplicación de software especialmente diseñada para funcionar sobre
ordenadores en el control de producción que proporciona comunicación entre los dispositivos de
campo, llamado también RTU (Remote Terminal Units o Unidades Remotas), donde se pueden
encontrar elementos tales como controladores autónomos o autómatas programables y un centro
de control o unidad central (MTU, Master Terminal Unit), donde se controla el proceso de
forma automática desde la pantalla de uno o varios ordenadores.
Fig. 2 – Idea básica de Sistema Scada.
La estructura funcional de un sistema de visualización y adquisición de datos obedece
generalmente a la estructura Maestro- Esclavo. La estación central (el maestro o master) se
comunica con el resto de las estaciones (esclavos o slaves) requiriendo de estas una nueva serie
de acciones o datos.
1.1) Hardware de un sistema Scada
Un sistema Scada, a escala conceptual, está dividido en dos grandes bloques:
Captadores de datos: Recopilan los datos de los elementos de control del sistema
(por ejemplo, autómatas, reguladores, registradores) y los procesan para su
utilización. Son los servidores del sistema.
Utilizadores de datos: Los que utilizan la información recogida por los
anteriores, como pueden ser las herramientas de análisis de datos o los
operadores del sistema. Son los clientes.
Mediante los clientes los datos residentes en los servidores pueden evaluarse,
permitiendo realizar las acciones oportunas para mantener las condiciones normales del
sistema.
Mediante los denominados buses de campo, los controladores de proceso (generalmente
autómatas programables o sistemas de regulación) envían la información a los
servidores de datos (Data Servers), los cuales, a su vez, intercambian la información con
niveles superiores del sistema automatizado a través de redes e comunicaciones de Área
Local.
Fig. 3 – Scada, arquitectura básica de hardware.
Existen múltiples posibilidades de implementación de sistemas Scada. Desde una maquina
aislada provista de un sistema de captación y presentación de datos, hasta un conjunto de
sistemas interconectados que se ocupan de la distribución eléctrica en todo un país.
Estos sistemas están formados por los siguientes elementos básicos:
Interfase Hombre-Maquina
Unidad central
Unidad remota
Sistema de comunicaciones
1.1.1.- Interfase Hombre-Máquina (HMI, MMI)
Comprende los sinópticos de control y los sistemas de presentación gráfica. La función
de un panel sinóptico es la de representar, de forma simplificada, el sistema bajo control
(Un sistema de aprovisionamiento de agua, una red de distribución eléctrica, una
factoría).
En un principio los paneles sinópticos eran de tipo estático, colocados en grandes
paneles plagados de indicadores y luces. Con el tiempo han ido evolucionando, junto al
software, en forma de representaciones graficas en pantallas de visualización (PDV,
pantallas de Visualización de Datos). En los sistemas complejos suelen aparecer los
terminales múltiples, que permiten la visualización, de forma simultanea de varios
sectores del sistema.
De todas formas, en ciertos casos, interesa mantener la forma antigua del Panel
Sinóptico, pues la representación del sistema completo es más clara para el usuario al
tenerla presente y no le afectan los eventuales fallos de alimentación de componentes o
de controladores gráficos.
1.1.2.- Unidad central (MTU, Master Terminal Unit)
La parte más visible de un sistema SCADA es la estación central o MTU. Éste es el centro
neurálgico del sistema, y es el componente del cual el personal de operaciones se valdrá para
ver la mayoría de la planta. Se hace uso extensivo de protocolos abiertos, lo cual permite la
interoperabilidad de multiplataformas y multisistemas. Un sistema de este tipo debe estar
basado en estándares asequibles a bajo precio para cualquier parte interesada. De esta manera es
posible intercambiar información en tiempo real entre centros de control y subestaciones en
cualquier lugar.
En el centro de control se realiza, principalmente, la tare de recopilación y archivado de datos.
Toda esta información que se genera en el proceso productivo se pone a disposición de los
diversos usuarios que pueden requerirla.
Las funciones principales de una MTU de SCADA son:
Adquisición de datos.- Recolección de datos de los RTU's.
Trending.- Salvar los datos en una base de datos, y ponerlos a disposición de los
operadores en forma de gráficos.
Procesamiento de Alarmas.- Analizar los datos recogidos de los RTU's para ver si han
ocurrido condiciones anormales, y alertar a personal de operaciones sobre las mismas.
Control. Control a Lazo Cerrado, e iniciados por operador.
Visualizaciones.- Gráficos del equipamiento actualizado para reflejar datos del campo.
Informes.- La mayoría de los sistemas SCADA tienen un ordenador dedicado a la
producción de reportes conectado en red (LAN o similar) con el principal.
Mantenimiento del Sistema Mirror.- Es decir, mantener un sistema idéntico con la
capacidad segura de asumir el control inmediatamente si el principal falla.
Interfaces con otros sistemas.- Transferencia de datos hacia y desde otros sistemas
corporativos para, por ejemplo, el procesamiento de órdenes de trabajo, de compra, la
actualización de bases de datos, etc.
Seguridad.- Control de acceso a los distintos componentes del sistema.
Administración de la red.- Monitoreo de la red de comunicaciones.
Administración de la Base de datos.- Agregar nuevas estaciones, puntos, gráficos,
puntos de cambio de alarmas, y en general, reconfigurar el sistema.
Aplicaciones especiales.- Casi todos los sistemas SCADA tendrá cierto software de
aplicación especial, asociado generalmente al monitoreo y al control de la planta.
1.1.3.- Unidad Remota (RTU, Remote Terminal Unit).
Por Unidad o Estación Remota, podemos entender aquel conjunto de elementos dedicados a
labores de control y/o supervisión de un sistema, alejados del centro de control y comunicados
con este mediante algún canal de comunicación. Dentro de esta clasificación podemos encontrar
varios elementos más o menos diferenciados
RTU (Remote Terminal Unit)
PLC (Programable Logic Controller): Tareas generales de control)
IED (Intelligent Electroni Device)
1.1.3.1.- RTU
El SCADA RTU es una pequeña y robusta computadora que proporciona inteligencia en el
campo para permitir que el Master se comunique con los instrumentos.
Es una unidad stand-alone (independiente) de adquisición y control de datos. Su función es
controlar el equipamiento de proceso en el sitio remoto, adquirir datos del mismo, y transferirlos
al sistema central SCADA.
Las unidades remotas suelen estar basadas en ordenadores especiales que controlan
directamente el proceso mediante tarjetas convertidoras adecuadas o que se comunican con los
elementos de control (PLC, reguladores) mediante los protocolos de comunicación adecuados.
Su construcción es más robusta, son operativos dentro de un rango de temperaturas mayor que
los ordenadores normales, y su robustez eléctrica también es mayor (Transitorios de red,
variaciones de alimentación, interferencias electromagnéticas). El software de estos elementos,
suele estar elaborado en lenguajes de alto nivel (C, Visual Basic, Delphi) que permiten
interpretar los comandos provenientes de la estación maestra (Master Terminal Unit).
1.1.3.2.- PLC
Un PLC (Programmable Logic Controller) es un ordenador industrial pequeño que substituyó
originalmente la lógica de los relais. Tenía entradas de información y salidas similares a las de
un RTU. Contenía un programa que ejecutaba un bucle, explorando las entradas de información
y tomando las acciones basadas en estas entradas de información. El PLC no tenía
originalmente ninguna capacidad de comunicaciones, sino que comenzaron a ser utilizadas en
situaciones donde las comunicaciones eran una característica deseable.
Los módulos de comunicaciones fueron desarrollados así para PLC's, utilizando Ethernet (para
el uso en DCS) y el protocolo de comunicaciones Modbus para el uso sobre conexiones
dedicadas (cables). Con el correr del tiempo los PLC's soportaron protocolos de comunicación
más sofisticados.
Con el tiempo los PLCs han ido evolucionando, incorporando cada vez más
prestaciones en forma de módulos de ampliación, entre ellos los procesadores de
comunicaciones, que han hecho desvanecerse la línea divisoria entre RTU y PLC,
quedando incluidas todas las prestaciones en el PLC.
A su vez, los PLC pueden tener elementos distribuidos con los cuales se comunican a
través de los sistemas de comunicación llamados buses de campo.
1.1.3.3.- IED
Son los denominados periféricos inteligentes (Intelliget Electronic Devices)
Se trata de elementos con propiedades de decisión propias (programas) que se ocupan
de tareas de control, regulación y comunicación. Dentro de esta clasificación se pueden
encontrar elementos tales como PLC, Reguladores, Variadores de frecuencia,
Registradores, Procesadores de comunicaciones, Generadores de tiempo y frecuencia.
Controladores de energía reactiva, Transductores, etc.
1.1.3.4.- Sistemas remotos
Un sistema remoto puede tratarse de un gran sistema complejo que forme parte, a su vez, de un
sistema de control más extenso, como el control de distribución eléctrico de un país, donde las
estaciones remotas pueden tener a su cargo una ciudad o controlar la distribución regional.
En este caso, la estación remota tiene implementadas funciones de control, Interfase hombre-
máquina, adquisición de datos, control de bases de datos, protocolos de seguridad y
comunicaciones internas entre subsistemas.
Fig. 4 – Arquitectura general de una RTU.
Un ejemplo claro se puede observar en la figura 4, donde se puede observar una subestación de
control de una depuradora dentro del sistema de distribución y gestión de agua para consumo de
una región determinada.
La subestación está protegida de dos maneras:
Hardware: funcionan como barreras físicas; desde la valla de protección de los recintos y los
sistemas de vigilancia, hasta las llaves de las salas de control o de los armarios que contienen
los elementos de mando (PLC).
Software: Son barreras lógicas. Los accesos desde dentro, no autorizados, se evitan mediante
sistemas de contraseñasen los equipos. Los accesos desde fuera, mediante dispositivos
especiales que limitan el acceso.
1.1.4.- Sistemas de comunicación
El intercambio de información entre servidores y clientes se basa en la relación productor-
consumidor.
Los servidores de datos interrogan de manera cíclica a los elementos de campo (polling),
recopilando los datos generados por registradores, autómatas, reguladores de proceso, etc.
Buses especiales de comunicación proporcionan al operador la posibilidad de comunicarse con
cualquier punto, local o remoto, de la planta en tiempo real.
Gracias a los controladores suministradores por los diferentes fabricantes y a su compatibilidad
con la mayoría de estándares de comunicación (buses de campo), es posible establecer cualquier
tipo de comunicación entre un servidor de datos y cualquier elemento de campo.
Un servidor de datos puede gestionar varios protocolos de forma simultánea, estando limitado
por su capacidad física de soportar las interfases de Hardware (tarjetas de comunicación). Estas
permiten el intercambio de datos bidireccional entre la unidad central y las unidades remotas
(RTU) mediante un protocolo de comunicaciones determinado y un sistema de transporte de la
información para mantener el enlace entre los diferentes elementos de red.
Línea telefónica dedicada o no
Cable coaxial
Fibra óptica
Telefonía celular (GPRS, UMTS)
Radio (enlaces de radio VHF, UHF, Microondas)
1.1.4.1.- Topología
Las diversas combinaciones de los elementos que se comunican dan lugar a unas topologías
determinadas
Punto a punto.- La relación es del tipo Maestro-Esclavo. Un solo elemento remoto (RTU) está
conectado al sistema de control (MTU) mediante una línea de comunicación (Dibujo 1 de figura
5)
Multipunto dedicado.- Una variante del modelo anterior. Un solo sistema de control conectado
a varias estaciones remotas mediante enlaces directos permanentes (dibujo 2). Esta
configuración es delicada, pues todo el tráfico de la red se centra en un solo punto, la Unidad
Central, que debe poder gestionar todo el tráfico generado por el resto de elementos.
Multipunto compartido estrella.- tipo maestro esclavo. Esta configuración en estrella utiliza
un solo puerto de comunicaciones, realizándose el intercambio de datos por turnos. Esto es
posible debido a que las estaciones remotas tienen identificadores único (Dibujo 3).
Multipunto compartido en bus.- similar al anterior, pero con estructura Maestro-Esclavo,
multimaestro o cliente-servidor. Una o varias unidades centrales están conectadas a una o varias
estaciones remotas mediante un medio común (bus). El acceso es también por orden y está
gestionado por el sistema (Polling).
Multipunto compartido en anillo.- Más robusta al proporcionar dos caminos para la
información (Dibujo 4), en caso de que falle un nodo el tráfico no se interrumpe.
Fig. 5 – Topologías básicas.
1.1.4.2.-Seguridad
La aplicación de estándares a las comunicaciones permite una mayor integración y flexibilidad
en las configuraciones. No hay que olvidar que el uso de estándares acarrea un problema, la
carencia que estos estándares tienen.
Un ejemplo, para la implementación del sistema operativo Windows como un estándar de facto
en los sistemas de visualización o la adopción de las tecnologías web, traen consigo problemas
relacionados con la seguridad a los accesos, los virus informáticos, la integridad de los datos o
los problemas de comunicaciones.
Fig. 6 – Seguridad en redes Scada.
En esta estructura se puede observar una red con dos servidores Scada conectados al bus de
proceso. Los datos del servidor Scada principal (en el centro) se hallan replicados en otro
servidor que da servicio a la intranet corporativa. En el servidor Scada principal, se han
implementado dos firewall que protegen al sistema de accesos externos no deseados, desde
Internet o desde una intranet.
1.1.4.2.1.- Firewall
Se trata de barreras lógicas entre redes diferentes, una local (LAN) y otra pública (Internet) o de
jerarquía diferente (Intranet). Estas barreras permiten proteger la red local de accesos no
deseados desde el exterior.
Aparecen por primera vez en la década de los ochentas. En sus inicios se parecían a los routers
en la forma de trabajar: separaban una red en menores e independientes a nivel de trafico de
información. De esta manera si una de las redes tenía algún tipo de problema no se transmitía el
resto.
El 2 de noviembre de 1988 aparece la primera referencia a uno de los problemas más graves del
internet: los gusanos. Son programas que se copian a sí mismos, acaparan los recursos. A partir
de hechos como este internet deja de ser un prado con ovejitas y aparecen los primeros lobos.
En los años noventa aparecen los cortafuegos con funciones exclusivas de seguridad. Los
primeros trabajaban como filtros de paquetes IP, gestionaban el tráfico de información y
decidían si transmitían o se destruían
Los filtros de paquete funcionan de la siguiente manera.
El programa residente en el cortafuego revisa las cabeceras de todos los paquetes que
llegan.
El programa tiene una serie de reglas que determinaran el destino de cada paquete
(básicamente lo que puede pasar y lo que no puede pasar en la red).
Estos principios son aplicables tanto a los cortafuegos de uso general, de software, como a los
de Hardware.
1.1.4.2.2.- Tipos de cortafuegos
Corporativos.- Se trata de programas (software) o tarjetas (Hardware) que realizan el
control de tráfico entre dos redes.
Personales.- Dedicados al filtrado de tráfico que entra o sale de un solo ordenador.
Trabaja a nivel de la capa de aplicación (intercambio de información, funciones de
usuario y servicios de comunicación) y de la Capa de Red (caminos realizados para
utilizar el intercambio de información).
Según la tecnología que utilicen, se pueden clasificar como:
Filtro de paquetes
Mediante TCP/IP, se realiza el encaminamiento de paquetes. La política de seguridad
determinada por el administrador permitirá bloquear o permitir el paso de los paquetes IP.
Hay varios tipos de función de su comportamiento:
Static filtering (filtrado estático) configurables manualmente.
Dynamic filtering (filtrado dinámico) que cambian las reglas de filtrado en función de
los eventos detectados.
Stateful inspectión (inspección de estado), similares a los anteriores, además analizan
los datos de los paquetes.
Reciben el nombre de Network Layer firewalls.
Gateways de capa de aplicación
Operan a nivel de esta capa OSI. Controlan el tráfico de los navegadores interpretan los
protocolos e interceptan todas las peticiones de las aplicaciones, verificando el
cumplimiento de las normas de seguridad antes que se transmitan.
Gateways de circuito
Operan a nivel de la capa de transporte, estableciendo circuitos entre clientes y servidores. No
interpretan los protocolos.
Tabla 1- Situación de cortafuegos en Capas OSI.
1.2) Software de un sistema Scada
Un programa del tipo HMI se ejecuta en un ordenador o terminal gráfico y unos programas
específicos le permiten comunicarse con los dispositivos de control de planta (hacia abajo) y los
elementos de gestión (hacia arriba). Estos programas son los que denominamos controladores (o
driver) de comunicaciones.
Una parte del paquete (propia o de terceros) contiene todos los controladores de comunicación
entre nuestra aplicación y el exterior, ocupándose de gestionar los enlaces de comunicación,
tratamiento de la información a transferir y protocolos de comunicación (profibus, AS-I, Can,
Ethernet).
Figura 7 – Concepto de driver, o controlador.
El driver realiza la función de traducción entre el lenguaje del programa SCADA y el del
Autómata (hacia abajo, por ejemplo, Profibus), o entre el SCADA y la red de gestión de la
empresa (hacia arriba, con Ethernet, por ejemplo).
Generalmente la configuración del controlador de comunicaciones se realiza durante la
instalación del software principal o como programa de acceso externo al ejecutar la aplicación
principal.
Según la importancia del sistema, es posible especializar componentes, realizando tareas
exclusivas dentro del sistema de control (servidores de datos, de alarmas, de históricos, de
interfase hombre-máquina, etc.).
Una vez los datos de planta se han procesado, pueden transferirse a otras aplicaciones de
software, tales como hojas de cálculo o bases de datos. Esto es lo que podríamos denominar
gestión de datos, que nos permite analizar eventos, alarmas, emergencias, etc., ocurridos durante
la producción.
En un programa SCADA tendremos dos bloques bien diferenciados: el programa de desarrollo
y el programa de ejecución o Run-time.
El programa de Desarrollo engloba las utilidades relacionadas con la creación y edición
de las diferentes ventanas de la aplicación, así como sus características (textos, dibujos,
colores, propiedades de los objetos, programas, etc.).
El programa Run-time permite ejecutar la aplicación creada con el programa de
desarrollo (en Industria se entrega, como producto acabado, el Run-time y la
aplicación).
Fig 8 – Arquitectura general de software.
1.2.1.- Comunicación entre aplicaciones
Los métodos de intercambio de información entre aplicaciones informáticas más conocidos son:
OPC
OLE for Process Control. Es el estándar de intercambio de datos por excelencia. Es un estándar
abierto que permite un método fiable para acceder a los datos desde aparatos de campo. El
método de acceso siempre es el mismo, sin depender del tipo y origen de los datos.
Se basa en la tecnología COM (Component Object Model), de Microsoft, que permite definir
cualquier elemento de campo mediante sus propiedades, convirtiéndolo en una interfase. De esta
manera es posible conectar fácilmente cualquier elemento de campo con un servidor de datos
local (COM), o remoto (DCOM).
Los componentes OPC se pueden clasificar en clientes o servidores:
Cliente OPC (OPC client):
Es una aplicación que sólo utiliza datos, tal como hace un paquete SCADA. Cualquier cliente
OPC se puede comunicar con cualquier servidor OPC sin importar el tipo de elemento que
recoge esos datos (el aspecto que veremos, desde el punto de vista de los datos, será siem- pre
similar, sin importar el fabricante del equipo).
Servidor OPC (OPC server)
Es una aplicación que realiza la recopilación de datos de los diversos elementos de campo de un
sistema automatizado y permite el acceso libre a estos elementos desde otras aplicaciones que
los soliciten (clientes OPC).
ODBC
Mediante ODBC (Open Data Base Connectivity), también de Microsoft Windows, tenemos un
estándar que permite a las aplicaciones el acceso a datos en Sistemas de Gestión de Bases de
Datos (Data Base Management Systems) utilizando SQL como método estándar de acceso.
La interfase ODBC define:
Una librería de llamadas a funciones ODBC.
La sintaxis SQL necesaria.
Códigos de error estándar.
El método de conexión a un Sistema de Gestión de Bases de Datos (DBMS)
El formato de presentación de los datos
Para acceder a los datos, una aplicación necesita un controlador, que en Windows se llama
Librería de Enlace Dinámico (DLL, Dynamic Link Library) y en UNIX recibe el nombre de
Objeto (OBJ). ODBC permite definir un estándar que permita el intercambio entre bases de
datos y aplicaciones.
SQL
La aparición del estándar por excelencia para la comunicación con bases de datos, SQL
(Structured Query Language), permite una interfase común para el acceso a los datos por parte
de cualquier programa que se ciña al estándar SQL.
El primer SQL aparece en 1986 bajo el nombre: ANSI X3.135-1986. Las posibilidades de esta
tecnología incluyen:
Procedimientos
Son bibliotecas de comandos almacenados en la base de datos. Permiten reducir el tráfico de red
y simplificar los procedimientos de acceso a los usuarios de las bases de datos.
Eventos
Son comandos que se activan de forma automática bajo unas ciertas condiciones, facilitando el
mantenimiento de la integridad de los datos.
Replicación
Permite la duplicación y sincronización de bases de datos. Por ejemplo, para actualizar los datos
de la base de datos central con los almacenados en una unidad remota (RTU), más actuales, o
para actualizar un servidor de datos que ha quedado temporalmente fuera de servicio y se vuelve
a poner en funcionamiento.
Accesibilidad
Permite el intercambio o envío de información basándose en eventos. Por ejemplo, el envío
automático de mensajes cuando se cumplen ciertas condiciones dentro de un sistema.
ASCII
Mediante el formato ASCII, común a prácticamente todas las aplicaciones informáticas,
tenemos un estándar básico de intercambio de datos. Es sencillo exportar e importar datos de
configuración, valores de variables, etc.
API
Las herramientas API (Application Programming Interfaces) permiten que el usuario pueda
adaptar el sistema a sus necesidades mediante rutinas de programa propias escritas en lenguajes
estandarizados, tales como Visual Basic, C++, o Java, lo cual les confiere una potencia muy
elevada y una gran versatilidad. Permiten el acceso a las bases de datos de los servidores
(valores almacenados temporalmente o archivos históricos).
1.2.2.- Almacenamiento de datos
Inicialmente los ordenadores estaban muy limitados en sus capacidades de almacenamiento de
variables, tanto en cantidad como en tiempo.
Ya en los albores de la automatización se vio la utilidad de poder disponer de datos
almacenados sobre un sistema, de manera que se pudiera realizar cualquier tipo de análisis a
posteriori como, por ejemplo, diagnósticos.
También aquí se podrían establecer una serie de pasos evolutivos en la técnica de
almacenamiento de información:
1.2.2.1.- Ficheros
La primera época de almacenamiento, anterior a las bases de datos, se basaba en el
almacenamiento de información en ficheros, accesibles por los programadores de las
aplicaciones. Estos ficheros eran complicados de tratar debido a que tenían que estar
perfectamente identificados y localizados en el disco, así como la situación y el formato de los
datos dentro de éstos.
La primera revolución aparece con la técnica del indexado. Un archivo puede entonces estar
ordenado por un criterio determinado, por ejemplo, la fecha o el nombre de variable. De esta
manera es fácil acceder a unos datos si el nombre de la variable es conocido. La limitación de
este método radica en que la base de datos tiene un solo punto de acceso.
1.2.2.2.- Bases de datos
La aparición de las bases de datos jerárquicas permite ordenar los elementos por jerarquías, en
las cuales un tipo de datos consiste en un subconjunto de otro tipo de datos más genérico.
Por ejemplo, en una línea de producción hay un conjunto general de variables compuesto por
los conjuntos de variables particulares de cada máquina.
Este modelo está limitado en prestaciones si queremos acceder, por ejemplo, a variables
pertenecientes a distintos grupos de datos situados en diferentes niveles del esquema de
variables.
Surgen entonces las bases de datos de red, capaces de interpretar las relaciones más complejas
entre los diversos tipos de variables que aparecen. Los programas, de todas formas, siguen
necesitando conocer las formas de acceder a los datos dentro de estas estructuras.
1.2.2.3.- Bases de datos relacionales
El paso definitivo, que separa los programas de las estructuras de datos, se da con la aparición
de las bases de datos relacionales (Relational Data Base). Este tipo de bases de datos permite
reflejar estructuras de datos, independientemente del tipo de programas que accede a los datos o
de la estructura de éstos.
Una base de datos relacional no es más que un conjunto de tablas de datos que contienen
campos que sirven de nexo de unión (relación) y que permiten establecer múltiples
combinaciones mediante la utilización de estos nexos.
Las combinaciones posibles son prácticamente ilimitadas, sólo hay que configurar el método de
búsqueda (el query) o el tipo de datos que se quiere consultar y aplicarlo a los datos.
Este tipo de organización permite la aparición de las arquitecturas del tipo Cliente-Servidor,
simplificando la administración de los datos y los programas que trabajan con éstos. La
consecuente normalización disminuye las necesidades de espacio de almacenamiento y reduce
los problemas asociados a las bases de datos redundantes
Los Usuarios deben poder acceder a los datos de forma rápida y sencilla, pudiendo realizar sus
propias estructuras de interrogación (queries) y obtener los datos adecuados a sus necesidades
para su posterior tratamiento (hojas de cálculo, documentación, etc.).
1.2.2.4.- Bases de datos industriales
Las bases de datos relacionales normales no son adecuadas para los sistemas actuales de
producción.
Una instalación con 5.000 variables, si se requiere almacenarlas cada segundo, arroja la cantidad
de 12.960.000.000 registros al cabo de un mes de trabajo.
Las limitaciones principales son:
La cantidad de datos a almacenar en un periodo dado de tiempo. El ejemplo anterior
arroja 5.000 inserciones por segundo en la base de datos, cadencia muy elevada para
una base de datos relacional.
El espacio necesario es considerable debido a la cantidad de información a almacenar.
SQL no está optimizado para trabajar con datos con indexación temporal, lo cual hace
difícil la tarea de especificar resoluciones temporales.
Desarrollos como Industrial SQL, de Wonderware, solucionan el problema de la actualización
de datos aumentando la capacidad de grabación de datos y disminuyendo el espacio necesario
en disco.
Por ejemplo, un servidor dedicado con SQL Server 2000 es capaz de procesar más de 10.000
medidas por segundo.
Las nuevas técnicas desarrolladas permiten aumentar el rendimiento de las bases de datos y, por
tanto, el acceso a la información:
Las arquitecturas Cliente-Servidor permiten a los desarrolladores de producto transferir
las aplicaciones desde los Clientes y el Servidor hacia una Capa de Aplicación
intermedia.
Los objetos distribuidos basados en tecnologías tales como DNA, de Microsoft
Windows, y que emplean modelos como DCOM y CORBA, se utilizan para
implementar la Capa de Aplicación, donde se usarán las herramientas de análisis,
seguimiento y gestión.
CORBA
(Common Object Request Broker Architecture) es un estándar para computación con objetos
distribuidos. Se trata de una tecnología de modelado abstracto de objetos que describen los
componentes de un sistema y sus interfases, así como estructuras estándar orientadas a
lenguajes de programación concretos.
OLE DB es un conjunto de interfases basadas en la tecnología COM que permite hacer
accesibles los datos a herramientas SQL. Permiten la interacción con Sistemas de
Gestión de Bases de Datos (DBMS) y también compartir los datos a las bases de datos.
Los Objetos de Datos ActiveX (ADO, ActiveX Data Objects) proporcionan una serie de
interfases que dan acceso a los datos. Mediante estas tecnologías las bases de datos
distribuidas pueden ser accesibles como si formaran una única base de datos local (por
ejemplo, desde un Panel de Operador se podrá acceder a datos de cualquier lugar de la
planta de fabricación).
Los Servicios de Datos Remotos (RDS, Remote Data Services) y las Páginas de
Servidores Activos (ASP, Active Server Pages), permitirán el acceso fiable a Internet.
RDS proporciona la infraestructura para el intercambio de datos por Internet y ASP
permite a un servidor Web interactuar con los datos para satisfacer las exigencias de un
Cliente de forma dinámica.
CONCLUSIONES
Un sistema SCADA es un sistema basado en computadores que permiten supervisar y
controlar a distancia una instalación, proceso o sistema de características variadas, por
medio de una estación central
Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control
proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales
apropiadas.
Los sistemas scada generalmente cubren áreas geográficas muy grandes, y
normalmente depende de una variedad de sistemas de comunicación menos confiables
que una LAN
El MTU se considera el centro neurálgico del sistema, y es el componente a través del
cual se puede monitorear la planta
Es necesario monitorear un número de variables alto para implementar un sistema
Scada.
