INTRODUCCIN

Dentro del profundo mar de conocimiento que en la actualidad representa la Ingeniera electrnica, existe una faceta muy importante, actual y muchas veces desconocida para la mayora de las personas, que tiene que ver con el diseo de sistemas de control para aplicaciones industriales de alta eficiencia: La electrnica de potencia avanzada, la instrumentacin, domtica, telecomunicaciones, etc.

En este periodo acadmico tendremos la oportunidad de introducirnos a ese mundo y conocer a fondo todo el proceso que conlleva esa etapa, primordial para muchas aplicaciones prcticas con que cuentan los ingenieros electrnicos contemporneos.

Los avances de la electrnica, telecomunicaciones e informtica se ven reflejados en la automatizacin de diversos procesos, buscando ms eficiencia y eficacia. El objetivo principal de la automatizacin industrial consiste en gobernar la actividad y la evolucin de los procesos sin la intervencin continua de un operador humano. Los sistemas SCADA son muestra de estos avances, que permiten el monitoreo, supervisin, control, almacenamiento y tratamiento de las variables de un proceso.

En esta primera unidad los estudiantes adquieren conocimientos bsicos sobre sistemas SCADA; su definicin, dar a conocer los mdulos que lo conforman, sus arquitecturas y finalizaremos planteando un problema de una empresa en la cual se aplique un sistema SCADA.

Para ello se deben utilizar distintos perifricos, software de aplicacin, unidades remotas, sistemas de comunicacin, etc., los cuales permiten al operador mediante la visualizacin en una pantalla de computador, tener el completo acceso al proceso. Existen como sabemos varios sistemas que permiten controlar y supervisar, como lo son: PLC, DCS y ahora SCADA, que se pueden integrar y comunicar entre s, mediante una red Ethernet, y as mejorar en tiempo real, la interfaz al operador. Ahora no slo se puede supervisar el proceso, sino adems tener acceso al historial de las alarmas y variables de control con mayor claridad, combinar bases de datos relacionadas, presentar en un simple computador.

OBJETIVOS.

Identificar el panorama general del curso y de cada una de sus componentes. Reconocer la importancia de los sistemas SCADA en la industria. El estudiante deber ser capaz de definir de una manera general los siguientes conceptos: Qu es un sistema SCADA? Sus arquitecturas posibles. Mdulos que lo conforman. Topologas que puede tener una red que interconecta el hardware de un sistema SCADA. El estudiante ser capaz de hacer una propuesta para el diseo de un sistema SCADA. Conocer la propuesta de los compaeros

CONTENIDO

1. Qu es SCADA?

El nombre de SCADA corresponde a la abreviatura en ingles de Supervisory Control And Data Acquisition, que significa, adquisicin de datos y supervisin de control

Es el nombre que se le da a cualquier programa de computador que permite mediante la adquisicin de datos, monitorear de manera remota el proceso que se da en una planta. Y aunque tambin puede ejercer acciones de control, no se categoriza como un sistema de control sino de mando y supervisin.

Provee toda la informacin que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios como lo son: control de calidad, supervisin, mantenimiento, y todas las divisiones o departamentos de una empresa que lo requieran.

Un SCADA es un software especialmente diseado para funcionar sobre ordenadores de produccin, proporcionando comunicacin con los dispositivos de campo como controladores, PLC, instrumentos y dems componentes dentro de un lazo de control.

En forma general est conformado por una red dividida en capas, siendo el sistema SCADA en su capa de gestin es el administrador y visualizador de informacin para el nivel ms alto de la red, el sistema puede tener pero con tendencias a desaparecer un nivel intermedio de produccin y por ltimo el nivel de control. Pero con el avance de las tecnologas de control este tipo de nivel est siendo reemplazado por PLC con capacidad de comunicarse directamente con el nivel superior y con capacidades de almacenamiento de datos en su memoria.

Se recomienda instalarlo en un sistema operativo Windows y arquitectura de hardware abierta para permitir aadir, modernizar y cambiar sus componentes. Estos programas SCADA permiten integrarse con herramientas ofimticas y son fcilmente configurables a las necesidades de una compaa.

Pueden configurarse en diferentes tipologas (Bus, anillo, estrella) segn las necesidades permitiendo una comunicacin amigable entre, usuario, equipo de planta y resto de la empresa.

Es una aplicacin software de control de produccin, que se comunica con los dispositivos de campo y controla el proceso de forma automtica desde la pantalla del ordenador. Proporciona informacin del proceso a diversos usuarios: operadores, supervisores de control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc.Es amigable al usuario debido a las interfaces grficas de alto nivel: pantallas tctiles, ratones o cursores, lpices pticos, etc.

OBJETIVOS.

Propender a la economa y accesibilidad. Al no tener que desplazarse un operario o tcnico a realizar acciones de chequeo o mando. Se ahorra tiempo y con ello se aprovechan mejor los recursos humanos.

Planificacin de las labores de mantenimiento.Con la recopilacin de datos del proceso, se puede tener estadstica de horas en funcionamiento, cantidad de fallos etc De tal manera que es sencillo planificar las labores de manteamiento de equipos y maquinaria en campo.

Prestaciones grficas. Con modernas pantallas, se sustituyen los paneles sinpticos cableados que muestran luces piloto e informacin del proceso.

Administracin de datos. Estos pueden ser presentados a manera estadstica, graficas, valores tabulados, etc.

Interconectividad. Se usan protocolos de comunicacin estandarizados, es decir que no hay problemas a comunicar equipos de diferentes fabricantes.

PRESTACIONES.

El monitoreo de los datos se realiza en tiempo real (temperatura, presin, nivel, etc.) sin importar el punto geogrfico donde se haga dicho monitoreo o supervisin.

Los parmetros de control pueden ser cambiados a distancia, evitando la intervencin humana de manera directa.

Se puede crear un banco de parmetros, a estos bancos de parmetros se le llaman recetas, de esta manera es fcil cambiar un grupo de parmetros con solo hacer un clic. La receta contiene los diferentes parmetros de control que se configuran para obtener el producto final deseado.

Estos sistemas cuentan con proteccin de datos enviados y recibidos.

Esto sistemas cuentan con niveles de acceso de usuario para garantizar la seguridad.

Tambin permite la programacin en lenguajes de alto nivel.

VENTAJAS.

Es muy fcil crear aplicaciones sin ser un experto.

Sistema robusto y fiable al sistema que controla.

Debido a que el sistema es modular; este se puede adecuar a las necesidades, de tal manera que puede ser ampliado.

Estos sistemas son capaces de diagnosticar fallas, minimizando as las paradas y por ende la reduccin de costos.

Hay unos elementos que forman parte del sistema llamados RTU (Unidad de transmisin remota), estos permiten controlar un determinado nmero de entradas/salidas y enviarlas a un sistema de control superior, generalmente un PLC, o bien directamente a un SCADA. Pues bien, estos pueden funcionar autnomamente, an sin comunicaciones con la estacin maestra, y las modificaciones de Software en estas RTU, se pueden realizar desde el centro de control.

Permiten la fcil documentacin para los tcnicos de mantenimiento.

Facilita las labores de mantenimiento, ya sea por alarmas y capacidad de localizacin de fallas.

Datos fcilmente exportables a programas de uso comn como Excel.

Pueden interactuar con la telefona celular haciendo llegar mensajes de texto o voz.

Gracias al internet se logra la supervisin y monitoreo desde cualquier punto geogrfico.

En las estaciones remotas se distribuyen los recursos y el control, de tal manera que si una de estas falla, otra toma el control.

Gracias a las redes de comunicacin, SCADA integra los niveles de campo y gestin, completando as la estructura de la Manufactura Integrada por Computador (CIM).

EL ENTORNO.

SCADA integra todos los niveles de la pirmide de la automatizacin o estructura corporativa.Fluyendo la informacin entre los elementos horizontales e intercambiando la informacin entre los diferentes niveles (comunicacin vertical)

La finalidad es esta pirmide es:

Conocer la demanda para hacer planificaciones en la produccin.

Gestionar los insumos disponibles para planificar las compras a tiempo.

Coordinar los mantenimientos y conocer la maquinas disponibles operativas para la produccin.

Conocer el estado operativo de la planta.

2. Cules son las arquitecturas posibles para un sistema SCADA.

Las arquitecturas hay que verlas desde cuatro perspectivas:

Software. Hardware Tcnica de Almacenamiento de datos. Segn el sistema de interconexin (Topologa de comunicacin).

Arquitectura de Software. Un sistema SCADA debe ser de ARQUITECTURA ABIERTA. De tal manera que pueda interactuar con aplicaciones estndar y de usuario, permitiendo a los integradores crear soluciones de mando y supervisin. Como por ejemplo la tecnologa OPC (OLE for Process Control).

Es el administrador y visualizador de informacin para el nivel ms alto de la red, con este Software se Administran los datos adquiridos en las capas inferiores del sistema, se visualizan los grficos de comportamiento de las diferentes variables que se monitorean y se gestionan mandos especficos de control del proceso.

Arquitectura de Hardware. Un sistema SCADA usa ARQUITECTURA DISTRIBUIDA y NO CENTRALZADA. La distribucin de recursos y control sobre la red permite una mejor coordinacin entre las estaciones remotas, de tal manera que el sistema permanece funcionando en caso de fallos en una de ellas.

Consistir en nodos VME llamados unidades de control locales (LCU) con capacidad de proceso en tiempo real conectados directamente a dispositivos fsicos del GTC. Estas conexiones sern capaces de usar un conjunto variado de buses de control (ej., CAN bus, GPIB, Bitbus). Otros nodos de alto nivel llevarn a cabo funciones de coordinacin y ofrecern servicios crticos al resto de los nodos (ej., envo de eventos, logging, monitorizacin, planificacin). Ambas, LCU y las unidades de coordinacin, sern conectadas por medio de uno o ms ATM nodos, para formar la llamada red de control. Esta arquitectura permitir una configuracin dinmica del trfico del tal forma que cada nodo tendr un ancho de banda adecuado a sus necesidades. En las circunstancias en las que el ancho de banda es muy grande, sern usados otros interfaces como SCI o Fiber Channel, Sin embargo, cuando el ancho de banda no sea problema, se podran usar interfaces ms baratos como Ethernet o Fast-Ethernet.

Los Sistemas de Adquisicin y Mando (sensores y actuadores). En esta parte de la estructura del sistema encontramos PLC, sensores y actuadores encargados de la adquisicin de los datos y actuadores para accionar los componentes de mando de la planta.

Arquitectura de la Tcnica de Almacenamiento de datos. Un sistema SCADA es de ARQUITECTURA CLIENTE SERVIDOR. Esto permite a los desarrolladores de producto transferir las aplicaciones desde los clientes y el servidor hacia una capa de aplicacin intermedia. (Capa del modelo OSI)

Arquitectura de interconexin (Topologa de comunicacin).Un sistema SCADA puede ser: PUNTO A PUNTO: Solamente un RTU se conecta a una MTU (Maestroesclavo).

MULTIPUNTO DEDICADO: Es parecido al anterior, varias RTU se conectan a una sola MTU mediante enlaces directos para cada RTU.

MULTIPUNTO COMPARTIDO ESTRELLA: Tipo (Maestroesclavo), se usa un solo puerto de comunicaciones, y la comunicacin se hace de la MTU a los RTU por turnos, debido a que las RTU tienen identificadores nicos.

MULTIPUNTO COMPARTIDO EN BUS: Estructura (Maestro-Esclavo, multimaestro o cliente servidor). Una o varias MTU se conectan a una o varias RTU mediante un nico medio (bus). El acceso es tambin por orden y est gestionado por el sistema maestro (polling).

MULTIPUNTO COMPARTIDO EN ANILLO: Esta provee dos caminos para la comunicacin lo que la hace ms robusta, porque si llega a fallar un nodo la comunicacin no se interrumpe.

3. Cules son los mdulos que conforman un sistema SCADA?

Cualquier sistema de visualizacin tiene ms o menos utilidades para realizar la configuracin del sistema de comunicaciones, pantallas, contraseas, impresiones o alarmas. A continuacin se describen los mdulos ms habituales en un paquete SCADA, visto como sistema de desarrollo grfico. Es decir, la parte de interface grfica.

Configuracin. Permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptndolo a la aplicacin particular que se desea desarrollar.

Se estructura la forma en que es ms conveniente que se presenten las pantallas, se puede escoger entre un desarrollo lineal o en rbol.

Se estructuran los permisos o privilegios a los usuarios de la aplicacin.

Se pueden configurar las herramientas de picar arrastrar en las pantallas de interface.

Se pueden configurar pantallas de alarmas por grupos o una nica pantalla para todas las alarmas.

Interface Grfica.Proporciona al operador las funciones de control y supervisin de la planta por medio de imgenes en las diferentes pantallas, estas se pueden configurar de mltiples formas, estas contienen textos e imgenes sinpticas del proceso.

Tendencias.Son las utilidades que permiten representar de forma cmoda la evolucin de variables del sistema.

Es mucho ms amigable trabajar con estos grficos que una representacin en una tabla, estas graficas son similar a lo que hace la funcin PLOT en algunos programas y tambin se puede hacer zoom en determinadas reas as como desplazarse en el grfico.

Estas tendencias son algo as como datos estadsticos graficados, sin embargo existe la posibilidad de exportarlos a Excel y volver a generar la grfica nuevamente.

Con las tendencias podemos: Representacin en tiempo casi real de variables (Real-time trending) o recuperacin de variables almacenadas (Historical Trending). Visualizacin de valores. Desplazamiento a lo largo de todo el registro histrico (scroll). Ampliacin y reduccin de zonas concretas de una grfica. Aumentar o disminuir una parte concreta del grfico, tanto en el eje X como en el Y. Avanzar o retroceder a lo largo de toda la evolucin de la variable.

Alarmas y eventos.Es la vigilancia de los puntos de ajuste de las variables de proceso.

Estas se dan cuando ocurren sucesos no deseables que causarn problemas de funcionamiento durante el proceso.

Este tipo de sucesos requiere la atencin de un operario para su solucin antes de que se llegue a una situacin crtica que detenga el proceso (nivel bajo de aceite en un equipo hidrulico) o para poder seguir trabajando (cargador de piezas vaco).

Se dividen en tres grupos (Prealarmas, alarmas de fin de ciclo y alarmas de paro).

PREALARMAS. Se dan cuando se detectan algn tipo de suceso que pueden acarrear en problemas graves al sistema a corto, mediano o largo plazo. Cuando esto ocurre hay que tomar acciones correctivas de mantenimiento. ALARMAS DE FIN DE CICLO. No requiere parar el proceso. Pero cuando se da este tipo de alarmas, hay que esperar a que el proceso termine y luego se toman las acciones correctivas para empezar un nuevo ciclo de proceso.

ALARMAS DE PARO. Estas paran el proceso. Cuando se dan este tipo de alarmas, el proceso se para y solo debe continuar cuando se ha solucionado el problema que provoc este tipo de alarma.

Registro y archivado.Bsicamente es un log o histrico del proceso (Loggin), es decir que cada cosa que ocurre en el proceso se archiva guardando la hora y fecha en que ocurri el evento. Su almacenamiento es temporal, generalmente basndose en un patrn cclico y limitado en tamao.

Por ejemplo, podemos definir un archivo histrico de alarmas de manera que almacene en disco duro hasta mil alarmas de forma consecutiva. En el momento en el cual se produzca alarma 1000, la siguiente alarma se escribir sobre la primera que se guard (registro de tipo rotativo).

Generacin de Informes.Es cada vez ms comn la tendencia a complementar las funcionalidades de adquisicin, registro de datos y generacin de alarmas con la capacidad de generar informacin capaz de ayudar en la toma de decisiones.La generacin de informes le proporciona informacin detallada y bien estructurada de: Estado de incidencia. Produccin en tiempo real. Generacin y registro de alarmas. Gestin del almacn. Gestin de produccin. Gestin de mantenimiento. Adquisicin de datos para anlisis histricos, control de calidad, calcular costos y mantenimiento preventivo.

Estas se pueden generar desde la misma aplicacin o transferirse a otras aplicaciones ms especficas como Microsoft Office.

Los informes pueden utilizarse para un anlisis profundo de la infraestructura completa de la copia de seguridad dentro de una red corporativa.

El servidor de gestin genera informes utilizando estadsticas y registros que se recopilan desde los equipos registrados y se almacenan en base de datos dedicadas.

Control de proceso.Durante el control del proceso se pueden programar tareas como que respondan a eventos en el proceso como el envo de mensajes al correo, telfono celular y tomar acciones dentro del mismo proceso como para o poner en marcha una parte del sistema. Ejecuta las acciones de mando pres programados a partir de los valores actuales de variables ledas. La programacin se realiza por medio de bloques de programa en lenguaje de alto nivel (como C, Basic, etc.).

Gestin de Archivo de Datos.Se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicacin o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Recetas. Es una coleccin de parmetros almacenados de procesos diferentes que se dan en una misma planta.

Gracias al concepto de receta es posible almacenar y recuperar paquetes de datos que permiten configurar un sistema de forma automtica. Se trata de archivos que guardan los datos de configuracin de los diferentes elementos del sistema (velocidad de proceso, presiones, temperaturas, niveles de alarma, cantidades de piezas, etc.).

Por ejemplo en una cervecera al escoger una receta de entre varias se puede producir una cerveza tipo extra seca con 6% de grados de alcohol, o una cerveza tipo suave con 4% de alcohol, u otro tipo de cerveza con solo escoger determinada receta.

Es decir que no habra que estar cambiando la configuracin sino que est ya se encuentre pre configurada en una receta.

Comunicaciones.Es el trfico de datos entre los diferentes elementos de una planta. Se encarga de la transferencia de informacin entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre sta y el resto de elementos informticos de gestin.

Existen bsicamente 2 tipos de conexin: Mediante controladores especficos. Mediante controladores genricos.

Mediante controladores especficos.Tiene el inconveniente de que solo permiten la comunicacin entre un elemento de campo y un sistema de captacin de datos (PC). Para cada enlace se necesita un controlador determinado.

Y si se aade un SCADA de otro fabricante habra que duplicar los enlaces con controladores especficos adems habra que aadir otro controlador especfico para cada elemento de campo.

Mediante controladores genricos.

Tiene la ventaja de que sus interfaces de comunicacin son estndar entre los elementos de campo y aplicaciones, independiente del fabricante. Es decir que son controladores de tipo abierto, as se simplifican las tareas de integracin. Un ejemplo de controlador genrico es la tecnologa OPC.

CONCLUSIONES.

Gracias a las lecturas realizadas se pudo aprender los cimientos bsicos y de aspecto general de lo que es un sistema SCADA, sus arquitecturas posibles y los mdulos que lo conforman.

Se concluye que este sistema es muy completo y fundamental para un proceso de automatizacin ya que con este podemos controlar de forma remota todo un proceso y dejar un registro histrico de las tendencias y distintas variaciones del proceso as como alarmas, hora de arranque parada y cada variable controlada del proceso.

El desarrollo de este trabajo es el prembulo para emprender la navegacin por un sinnmero de temas y conocimientos que contribuirn de manera certera en el desarrollo como profesionales del campo de la electrnica, dado que en el mundo actual las medianas y grandes industrias estn muy comprometidas con la implementacin de sistemas de automatizacin, monitoreo y control de sus procesos.

El desarrollo de aplicaciones de monitoreo y tratamiento de informacin en los sistemas productivos contribuyen al aumento de la productividad en los procesos productivos, por esta razn es necesario apropiarnos de los conocimientos necesarios para el desarrollo e implantacin de los sistemas SCADA, ya que nos har ms competitivos en el mercado laboral y nos enriquecer como personas tiles a la sociedad.

Estas lecturas me nos ensaan que debemos aprender sobre redes de computadores y familiarizarnos ms con tecnologas informticas de la comunicacin.

Ahora ya se puede pensar en las innumerables aplicaciones que se les puede dar a estos sistemas.

Reconocemos la importancia de este curso que no debera ser electivo, sino un curso obligatorio, porque es algo que nos servir para nuestras vidas.

REFERENCIAS

Rodrguez, P. A. (2007). Sistemas SCADA. (2 ed.) Editorial Marco Pombo Colonia del Valle Mxico D.F.

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Wikipedia Agua potable Recuperado 17/08/2015 de https://es.wikipedia.org/wiki/Agua_potable

Marn Alfonso, Jeison. Modulo Electrnica Industrial Avanzada (2008). Escuela de ciencias bsicas, Tecnologa e ingeniera. Programa de ingeniera y tecnologa en electrnica. UNAD.

Aula virtual: Electrnica Industrial Avanzada. UNAD. http://152.186.37.83/ecbti01/course/view.php?id=359