REALIZADO PORALVARO GARCIA

CAROCOD:2101-264-160

Ing. Paul Fernando UrzolaControl de procesos automatizados

SISTEMA SCADA(SUPERVICION, CONTROL Y

ADQUISICIóN DE DATOS)

¿QUÉ ES UN SISTEMA SCADA?

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), que traducido al español significa (Supervisión, Control y Adquisición de Datos); Es una aplicación de software diseñado con la finalidad de controlar y supervisar datos a distancia, los cuales se basan en la adquisición de datos de los procesos remotos.

Los sistemas SCADA utilizan la computadora y tecnologías de comunicación para automatizar el monitoreo y el control de procesos industriales. Estos sistemas son de partes integrales de la mayoría de los ambientes industriales complejos o geográficamente dispersos, ya que pueden obtener la información de una gran cantidad de fuentes rápidamente, y la presentan a un operador en una forma amigable. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas.

a. El Fenómeno Físico lo constituye la variable que deseamos medir. Dependiendo del proceso, la naturaleza del fenómeno es muy diversa: presión, temperatura, flujo, potencia, intensidad de corriente, voltaje, ph, densidad, etc. Este fenómeno debe ser claro para el sistema SCADA, es decir, una variable eléctrica y para ello se utilizan los sensores o transductores.

El flujo de la información de los sistemas SCADA es el siguiente:

b. Los Sensores o Transductores convierten las variaciones el fenómeno físico en variaciones proporcionales de una variable eléctrica. Las variables eléctricas más utilizadas son: voltaje, corriente, carga, resistencia o capacitancia.

c. La función de los Acondicionadores de Señal es la de referenciar estos cambios eléctricos a una misma escala de corriente o voltaje. Además, provee aislamiento eléctrico y filtraje de la señal con el objeto de proteger al sistema de transientes y ruidos originados en campo.

d. Una vez acondicionada la señal, la misma se convierte en un valor digital equivalente en el bloque de Conversión de Datos. Generalmente, esta función es llevada a cabo por un circuito de conversión analógica/digital.

e. El computador almacena esta información, la cual es utilizada para su Análisis y para la Toma de Decisiones. Simultáneamente, se Muestra la Información al usuario del sistema en tiempo real. Basado en la información, el operador puede tomar la decisión de realizar una acción de control sobre el proceso.

f. El operador comanda al computador realizar la acción sobre el proceso y de nuevo debe convertirse la información digital a una señal eléctrica. Esta señal eléctrica es procesada por una Salida de Control, el cual funciona como un acondicionador de señal, al cual escala para manejar un dispositivo dado: válvulas, bobinas, set point de un controlador, etc.

Funciones Principales de un Sistema SCADA

Dentro de las funciones básicas realizadas por un

sistema SCADA están las siguientes: Supervisión remota de instalaciones

y equipos:Permite al operador conocer el estado de desempeño de las instalaciones y los equipos alojados en la planta, lo que permite dirigir las tareas de mantenimiento y estadística de fallas.

Control remoto de instalaciones y equipos: Mediante el sistema se puede activar o desactivar los equipos remotamente (por ejemplo abrir válvulas, activar interruptores, prender motores, etc.), de manera automática y también manual. Además es posible ajustar parámetros, valores de referencia, algoritmos de control, etc.

Procesamiento de datos: El conjunto de datos adquiridos conforman la información que alimenta el sistema, esta información es procesada, analizada, y comparada con datos anteriores, y con datos de otros puntos de referencia, dando como resultado una información confiable y veraz.

Visualización gráfica dinámica: El sistema es capaz de brindar imágenes en movimiento que representen el comportamiento del proceso, dándole al operador la impresión de estar presente dentro de una planta real. Estos gráficos también pueden corresponder a curvas de las señales analizadas en el tiempo.

Generación de reportes: El sistema permite generar informes con datos estadísticos del proceso en un tiempo determinado por el operador.

Representación se señales de alarma: A través de las señales de alarma se logra alertar al operador frente a una falla o la presencia de una condición perjudicial o fuera de lo aceptable. Estas señales pueden ser tanto visuales como sonoras.

Almacenamiento de información histórica: Se cuenta con la opción de almacenar los datos adquiridos, esta información puede analizarse posteriormente, el tiempo de almacenamiento dependerá del operador o del autor del programa.

Programación de eventos: Esta referido a la posibilidad de programar subprogramas que brinden automáticamente reportes, estadísticas, gráfica de curvas, activación de tareas automáticas, etc.

Necesidades de un Sistema SCADA

Para que se pueda implementar un sistema SCADA es necesario que el proceso a controlar cumpla con las siguientes características:

El número de variables a monitorear es alto.

El proceso está geográficamente distribuido. Esta condición no se limita, ya que puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en una localidad.

La información del proceso se necesita en el momento en que se producen los cambios, o sea, la información se requiere en tiempo real.

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.

La complejidad y velocidad del proceso permiten que la mayoría de las acciones de control sean iniciadas por un operador. En caso contrario, se requerirá de un Sistema de Control Automático, el cual lo puede constituir un Sistema de Control Distribuido, PLC´s, Controladores a Lazo Cerrado o una combinación de ellos.

REQUISITOS PARA UN SISTEMA SCADA

Teniendo en cuanta que existen diversos tipos de sistemas SCADA dependiendo del fabricante y del uso que se le deseé dar al programa, antes de decidir cual es el tipo mas adecuado se deben tener en cuenta una serie de requisitos básicos:

Todo sistema debe tener arquitectura abierta, es decir, debe permitir su crecimiento y expansión, así como deben poder adecuarse a las necesidades futuras del proceso y de la planta. 

 La programación e instalación no debe presentar mayor dificultad, debe contar con interfaces gráficas que muestren un esquema básico y real del proceso.

Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de Hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables para el usuario. 

 

Elementos de un Sistema SCADA

Un sistema SCADA esta conformado por: Un sistema de SCADA incluye un interfaz

utilizador, generalmente llamado el Human Machine Interface (HMI). El HMI de un sistema SCADA es el entorno visual que brinda el sistema para que el operador se adapte al proceso desarrollado por la planta. Permite la interacción del ser humano con los medios tecnológicos implementados. Esta interfaz incluye generalmente los controles donde el operador se puede interconectar con el sistema de SCADA.

EJEMPLO DE INTERFAZ DE

OPERARIO

Unidad Terminal Maestra (MTU): Cuando hablamos de la Unidad Terminal Maestra nos referimos a los servidores y el software responsable para comunicarse con el equipo del campo (RTU´s, PLC´s, etc.). En estos se encuentra el software HMI corriendo para las estaciones de trabajo en el cuarto de control o en cualquier otro lado.

Esta terminal ejecuta las acciones de mando (programadas) en base a los valores actuales de las variables medidas. La programación se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (como C, Basic, etc.). También se encarga del almacenamiento y procesamiento ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Unidad Terminal Remota (RTU): RTU es un dispositivo instalado en una posición remota que obtiene datos, los descifra en un formato y transmite los datos de nuevo a una unidad terminal maestra (MTU). La RTU también recoge la información del dispositivo principal y pone los procesos en ejecución que son dirigidos por la MTU.

La RTU se conecta al equipo físicamente y lee los datos de estado como abierto/cerrado desde una válvula o un intercambiador, lee las medidas como presión, flujo, voltaje o corriente y así la RTU puede enviar señales que pueden controlar los dispositivos para abrirlos, cerrarlos, intercambiar la válvulas, configurar la velocidad de una bomba, etc.

Sistema de Comunicaciones: Se encarga de la transferencia de información del punto donde se realizan las operaciones, hasta el punto donde se supervisa y controla el proceso. Lo conforman los transmisores, receptores y medios de comunicación.

Transductores: Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente de salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza, aunque no necesariamente la dirección de la misma. Es un dispositivo usado para obtener la información de entornos físicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. En este caso permitirá la conversión de una señal física en una señal eléctrica (y viceversa). Su calibración es muy importante para que no haya problema con la confusión de valores de los datos.

Algunos tipos de transductores:

Esquema de los elementos de un sistema SCADA

Transmisión y Comunicaciones en un Sistema SCADA

Comunicaciones en un Sistema SCADA:En una comunicación deben existir tres elementos necesariamente:

Un medio de transmisión, sobre el cual se envían los mensajes

Un equipo emisor que puede ser el MTU Un equipo receptor que se puede asociar

a los RTU´s.

En telecomunicaciones, el MTU y el RTU son también llamados equipos terminales de datos (DTE, Data Terminal Equipments). Cada uno de ellos tiene la habilidad de generar una señal que contiene la información a ser enviada. Asimismo, tienen la habilidad para descifrar la señal recibida y extraer la información, pero carecen de una interfaz con el medio de comunicación.

En la anterior imagen podemos observar la comunicación alámbrica o inalámbrica que existe entre los equipos; en ella observamos que los módems transforman la señal enviada por los emisores y realizan los cambios adecuados para ser interpretadas por el receptor

TRANSMISIÓN DE LA INFORMACIÓN

Los sistemas SCADA necesitan comunicarse vía red, puertos GPIB, telefónica o satélite, es necesario contar con computadoras remotas que realicen el envió de datos hacia una computadora central, esta a su vez será parte de un centro de control y gestión de información.

Para realizar el intercambio de datos entre los dispositivos de campo y la estación central de control y gestión, se requiere un medio de comunicación, existen diversos medios que pueden ser cableados (cable coaxial, fibra óptica, cable telefónico) o no cableados (microondas, ondas de radio, comunicación satelital).

Cada fabricante emplea diferentes protocolos de comunicación, ya que no existe un estándar requerido para la estructura de los mensajes, sin embargo existen equipos que regulan el diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema SCADA.

Esquema de conexiones de los elementos de un sistema Scada

Tipos de Sistema SCADA

Hay multitud de productos SCADA en el mercado, los cuales se pueden dividir en dos grupos:

  Específico de cada fabricante, sólo

funciona con sus productos.

Genérico, válido para productos de varios fabricantes. Necesita de software adicional para la realización de las comunicaciones.

Ejemplos de Sistema SCADA

A continuación encontraremos una serie de software SCADA y su fabricante:

Scada InTouch LOGITEK:

WinCC Siemens:

FIXDMACS Omron-Intellution:

RS-VIEW32:

GENESIS32:

Monitor Pro:

Ventajas y Desventajas de un Sistema SCADA como aporte a una compañía

La computadora puede registrar y almacenar una gran cantidad de datos.

Los datos pueden mostrarse de la manera requerida por el usuario.

Se pueden conectar al sistema miles de sensores distribuidos sobre una gran área.

El operador puede incorporar simulaciones de datos reales al sistema.

Se pueden recolectar muchos y diversos tipos de datos desde los dispositivos distribuidos en la red.

Los datos pueden visualizarse desde cualquier lugar y no solamente en el sitio de instalación de los dispositivos de adquisición y control distribuido.

ventajas

Programación compleja.

Inexistencia de reloj global (en ocasiones).

Fallos independientes; (aunque el sistema sea más robusto).

Inseguridad al momento de operar.

Desventajas

Criterios de Diseño e Implementación de un Sistema SCADA

Los criterios de selección y diseño dependen de las necesidades de cada empresa, que influyen en las posibilidades de supervivencia que se puedan englobar bajo los siguientes denominadores:

Disponibilidad Robustez Seguridad Prestaciones Mantenibilidad Escalabilidad

Cómo se amortiza la inversión en términos de costo de implementación y

mantenimiento?

El diseño de un sistema SCADA es un proceso iterativo. Cada incremento que aumenta los beneficios (capacidad) del sistema crea un correspondiente incremento (no lineal) en su costo. Si la corporación que adquirirá el sistema no tiene una infraestructura SCADA en la cual construir, el costo que obtendrá será demasiado alto. Uno de los costos más altos del sistema lo constituye la MTU.

Por alguna razón, los costos de entrenamiento y mantenimiento frecuentemente son descuidados durante el ciclo económico. Es verdad que los costos de entrenamiento no son muy altos, pero existen. La falla de no incluir el entrenamiento en la etapa de planificación probablemente conducirá a fallas de cronograma de los operadores y los técnicos Para tener un grupo de operadores que provean la mano de obra para configurar el sistema se debe direccionar el aspecto del entrenamiento de éstos y cualquier ajuste relacionado a sus cronogramas lo más temprano posible durante el proyecto.

Los costos para el instructor y para los entrenamientos debería ser negociado antes de que el sistema sea seleccionado. Los costos del tiempo perdido, mientras los operadores aprenden sobre el sistema son reales y debería ser incluidos en el análisis del costo-beneficio.

Qué son redes industriales

En la empresa coexisten una serie de equipos y dispositivos dedicados al control de una máquina o una parte cerrada de un proceso. Entre estos dispositivos están los autómatas programables, ordenadores de diseño y gestión, censores, actuadores, etc. 

El desarrollo de las redes industriales ha establecido una forma de unir todos estos dispositivos, aumentando el rendimiento y proporcionando nuevas posibilidades. Las ventajas que se aportan con una red industrial son, entre otras, las siguientes: 

Visualización y supervisión de todo el proceso productivo. 

Toma de datos del proceso más rápida o instantánea. 

Mejora del rendimiento general de todo el proceso. 

Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos. 

Programación a distancia, sin necesidad de estar a pie de fábrica. 

NIVELES EN UNA RED INDUSTRIAL

En una red industrial coexistirán equipos y dispositivos de todo tipo, los cuales suelen agruparse jerárquicamente para establecer conexiones lo más adecuadas a cada área. De esta forma se definen cuatro niveles dentro de una red industrial: 

Nivel de gestión: es el nivel más elevado y se encarga de integrar los niveles siguientes en una estructura de fábrica, e incluso de múltiples factorías. Las máquinas aquí conectadas suelen ser estaciones de trabajo que hacen de puente entre el proceso productivo y el área de gestión, en el cual se supervisan las ventas, stocks, etc. Se emplea una red de tipo LAN (Local Area Network) o WAN (Wide Area Network). 

Nivel de control: se encarga de enlazar y dirigir las distintas zonas de trabajo. A este nivel se sitúan los autómatas de gama alta y los ordenadores dedicados a diseño, control de calidad, programación, etc. Se suele emplear una red de tipo LAN. 

Nivel de campo y proceso: se encarga de la integración de pequeños automatismos (autómatas compactos, multiplexores de E/S, controladores PID, etc.) dentro de sub.-redes o "islas". En el nivel más alto de estas redes se suelen encontrar uno o varios autómatas modulares, actuando como maestros de la red o maestros flotantes. En este nivel se emplean los buses de campo. 

Nivel de E/S:es el nivel más próximo al proceso. Aquí están los censores y actuadores, encargados de manejar el proceso productivo y tomar las medidas necesarias para la correcta automatización y supervisión.

Nivel de redes industriales:

Conclusión

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 (radiocomunicación o enlaces satelitales) o redes LAN. Todo esto se ejecuta en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

El sistema SCADA es un gran multiplicador de trabajo, por llamarlo así, ya que permite a la empresa supervisar uno o varios procesos simultáneamente por medio de un operador o varios operadores.

Permite mantener la empresa al tanto del estado del proceso, de tal manera que existirá un mayor desempeño productivo debido a que en caso de algún error habrá una respuesta mas rápida ante el problema, ya q el proceso esta constantemente monitoreado.

Webgrafia

http://www.uco.es/investiga/grupos/eatco/automatica/ihm/descargar/scada.pdf

ftp://ftp.ni.com/pub/branches/latam/Mexico/Implementacion%20de%20Sistemas%20SCADA%20con%20LabVIEW.pdf

http://isa.uniovi.es/~vsuarez/Download/Caracteristicas_SCADAS.pdf