Presentación de PowerPoint...Desarrollo de los Sistemas de Visualización En los años 70...

SISTEMAS SCADAS.

MSc. Ing. Alejandro Cobos Castro

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mailto:[email protected]

Desarrollo de los Sistemas de Visualización

En los años 70 fabricantes de equipos como Siemens,Square-D y Allen-Bradley implementaron autómatascapaces de controlar grandes cantidades de entradasy salidas.

Los años 80 experimentan la introducción de losmicro PLC. Permitían realizar controles modularesque se adaptaban a las necesidades del momento yvenían provistos de sistemas de programacióngenéricos (ladder o escalera)

Se hace necesario para el control de un sistematener información visual de cómo está funcionando.De un simple indicador de aguja se ha llegado agrandes paneles sinópticos que muestran el estadode grandes instalaciones.


Los grandes cuadros de control empezaban a convertirse en monitoresque podían la misma

fabricantesinformación. desarrollaron

mostrar Varios

paquetes de softwarecapaces de comunicarse con los sistemas de control existentes.

Con la irrupción de Internet en elmundo de las comunicacionesindustriales es posible conectarse conun sistema de control situado encualquier lugar del mundo gracias a latecnología Web-Server.


IntellutionOmron

SiemensRockwell Automation

Wonderware GE-Fanuc

IFIX SCSWinCCRS-ViewInTouchCimplicity

Generalidades de los Sistemas SCADA

Definiciones para el término SCADA:

SCADA es la tecnología que posibilita al usuario recoger datos deuna o más instalaciones distantes y/o enviar instrucciones decontrol limitadas a estas instalaciones. (SCADA: Supervisory Controland Data Acquisition by Stuart A. Boyer, publicada por ISA TheInstrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition).

SCADA es un sistema que opera con señales codificadas en canales de comunicación para brindar control del equipamiento RTU o unidad terminal remota. (IEEE standard C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of Systems Used for Supervisory Control, Data Acquisition, and Automatic Control).

Generalidades de los Sistemas SCADA

Un sistema SCADA puede definirsesoftware especialmente diseñada

como una aplicación para funcionar sobre

computadores de control de producción con acceso a la plantamediante comunicación digital con los reguladores locales básicose interfaces gráficas de alto nivel con el usuario.

Los SCADA proporcionan un manejo de las operaciones productivas, implementan paradigmas de control más eficientes ymejoran la seguridad del personal y planta con datos en tiempo real. Estos beneficios se hacen posibles gracias al uso de hardware y software estándar en los sistemas SCADA en combinación con protocolos de comunicaciónmejorados y una conectividad incrementada a redes externas, incluyendo Internet.

SCADA es un software quepermite el acceso a datosremotos de un proceso y lacomunicación necesaria encada caso, el control delmismo.Atendiendo a la definiciónvemos que no se trata de unsistema de control, sino deuna utilidad software demonitorización o supervisión,que realiza la tarea deinterfase entre los niveles decontrol (PLC) y los de gestióna un nivel superior

P R O C E S S F I E L D B U S

Estructura Genérica de un Sistema de Supervisión y Control

Primer Nivel de AplicacionesSituadas en uno o varios nodos que contienen las herramientasnecesarias para realizar el proceso de recuperación yalmacenamiento de la información proveniente del proceso.

Nivel MedioSe encuentran los servidores de datos y Web. Están capacitados paraobtener información del nodo de Adquisición de Datos. A su vez estees capaz de almacenar la información proveniente del proceso en elservidor de datos e integrar el proceso de planta dentro del sistemade gestión empresarial.

Nivel FinalExisten los nodos denominados de visualización (clientes), quedeben estar capacitados para intercomunicarse directamente con elproceso de planta a través del nodo de adquisición o realizar unarecuperación de la información vía servidor de datos.

Un cliente puede conectarse al sistema también por mediación delservidor Web. En estos casos existen diferencias deimplementación, algunos solo ofrecen la posibilidad de visualizarinformación poniendo por objeción el problema de la seguridad,mientras que otros ofrecen la posibilidad de tomar el control totalde la planta vía Internet

Sistemas Industriales Abiertos (Open Industrial Systems OIS):

Nueva generación de sistemas de control influenciados por la aparición de

los sistemas abiertos en los sistemas administrativos y su impacto en la

automatización integrada verticalmente.

Ventajas y Objetivos de los SCADAs

Economía: es más fácil ver qué ocurre en la instalación

desde la oficina que enviar a un operario a realizar la

tarea.

Accesibilidad: control y mando sobre el proceso

productivo desde RCMS, posibilidad de modificar los

parámetros de funcionamiento de cada proceso,

consultar el estado de las estaciones, detener sistemas.

Mantenimiento: la adquisición de datos materializa la

posibilidad de obtener datos de un proceso,

almacenarlos y presentarlos al usuario. La aplicación se

puede programar de manera que nos avise cuando se

aproximen las fechas de revisión o cuando una máquina

tenga más fallos de los considerados normales.


Ergonomía: procura hacer que la relación entre el

usuario y el proceso sea lo menos tirante posible. Los

modernos ordenadores, con sus prestaciones gráficas,

intentan sustituir a los grandes paneles.

Gestión: todos los datos recopilados pueden ser

valorados de múltiples maneras mediante herramientas

estadísticas, gráficas y valores tabulados que permitan

explotar el sistema con el mejor rendimiento posible.

Flexibilidad: cualquier modificación de alguna de las

características del sistema de visualización no significa

un gasto en tiempo y medios, pues no hay

modificaciones físicas.


Conectividad: se buscan sistemas abiertos, es decir,

sin secretos ni sorpresas para

documentación de los protocolos

actuales permite la interconexión

el integrador. La

de comunicación

de sistemas de

diferentes proveedores y evita la existencia de lagunas

informativas que puedan causar fallos en el

funcionamiento o en la seguridad.

La IEEE define como sistema abierto todo aquel que

proporciona los medios para poder funcionar

correctamente con otros sistemas que operen bajo las

mismas especificaciones que éste, siendo estas

especificaciones de dominio público.

Partes componentes de un SCADA.

Un SCADA está formado por una o varias aplicaciones de software que tienen

acceso a determinado proceso industrial. Esta aplicación se relaciona con el

proceso mediante una comunicación digital con instrumentos, actuadores, y

una interfaz gráfica para los operadores.

• Adquisición, gestión primaria de alarmas y almacenado de datos

provenientes del proceso.

• Control del proceso, ya sea actuando sobre autómatas o bien

directamente

sobre el proceso a partir de entradas y salidas (E/S) remotas

• Representación gráfica y animada de las variables medidas y señalización

de alarmas.

Además, mantener una arquitectura abierta y flexible con capacidad para

nuevas adaptaciones, es una característica inherente a este tipo de software.

Módulos comunes de un SCADA.

• Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su

SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.

• Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de

control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante

sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados

desde el editor.

• Acceso al hardware: proporciona la configuración, control y lectura/

escritura de datos.

• Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a

partir de los valores actuales de variables leídas.

Módulos comunes de un SCADA.

• Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesamiento

ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener

acceso a ellos.

• Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la

planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el

resto de elementos informáticos de gestión. Aquí hay que tener en cuenta

los tipos de enlaces, configuración, formatos, protocolos, etc.

de interfaces de

y tratamiento de

El núcleo de la aplicación lo constituye el conjunto

comunicación junto con los módulos de gestión de datos

alarmas en tiempo real.

MMI: Man Machine Interface, Interfase Hombre-Máquina.

HMI: Human Machine Interface, Interfase Humano-Máquina.

Diagrama en Bloques de un SCADA

Diagrama en Bloques de un SCADA

En la mayoría de los casos se utilizan interfaces promovidas por Microsoft

(por ejemplo: ODBC, DDE, COM, DCOM, ActiveX, SQL, OPC), aunque

muchos programas siguen ofreciendo drivers específicos entre un tipo

de autómatas programables y la aplicación SCADA, o APIs específicas,

entre aplicaciones.

La posibilidad de utilizar interfaces estándar tipo OPC (OLE for Process

Control: un estándar de comunicación en el campo del control y

supervisión de procesos.) nos garantiza que estamos ante un producto

más abierto, capaz de comunicarse con nuevostipos de autómatas o

nuevas aplicaciones, sin que sea necesario desarrollar el driver específico

entre SCADA y el nuevo PLC o aplicación.

Red Industrial que soporta un SCADA

SCADA de la Compañía Minera WMC

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148 Autómatas Programables (Allen Bradley, Citect y Siemens).

El paquete SCADA Citect.

60 Estaciones de Operador.

10 Servidores E/S (I/O Servers).

2 Servidores de Gráficas (Trends Servers).

2 Servidores de Alarmas e Informes.

2 Servidores de Windows NT.

2 Servidores Microsoft SQL (Almacenamiento).

PRESTACIONES DEL SISTEMA

3 000 000 de adquisiciones /hora (señales digitales).

63387 alarmas chequeadas / segundo.

20 445 señales analógicas (3500 se almacenan cada 2s).

200 Gráficas por configuración online.

14Gb de Datos accesibles de cualquier nodo.

Arquitectura de comunicaciones de Olympic Dam

Unidad Central (MTU, Master Terminal Unit)

Centraliza el mando del sistema. Se hace uso extensivo de

deprotocolos abiertos, lo cual permite la interoperabilidad

multiplataformas y multisistemas. Se encarga de:

•Gestionar las comunicaciones.

•Recopilar los datos de todas las estaciones remotas (RTU).

•Envío de información.

•Comunicación con los Operadores.

•Análisis.

•Impresión.

•Visualización de datos.

•Mando.

•Seguridad.

Unidad Remota (RTU, Remote Terminal Unit)

Por Unidad o Estación Remota, se define aquel conjunto de elementos

dedicados a labores de control y/o supervisión de un sistema, alejados del

Centro de Control y comunicados mediante algún canal de comunicación.

• RTU (Remote Terminal Unit): especializados en comunicación.

• PLC (Programmable Logic Controller): tareas generales de control.

• IED (Intelligent Electronic Device): tareas específicas de control.

Remote Terminal (RTU)

Poseen funciones de recogida y procesamiento de datos, así como de seguridad

ante accesos sin autorización o situaciones anómalas que puedan perjudicar el

funcionamiento de la estación y provocar daños en sus componentes. Las RTUs

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.

Programmable Logic Controller

Los controladores lógicos programables o PLC

(Programmable Logic Controller), empezaron como

sistemas de dedicación exclusiva al control de

instalaciones, máquinas o procesos. Con el tiempo

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

sistemas de comunicación llamados Buses de Campo.

Intelligent Electronic Device

Son los denominados periféricos inteligentes. Se trata de

elementos con propiedades de decisión

(programas) que se ocupan de tareas de

propias

control,

regulación y comunicación. Dentro de esta clasificación se

pueden encontrar elementos tales como PCL,

Reguladores, Variadores de Frecuencia, Registradores,

Procesadores de comunicaciones, Generadores de tiempo

y frecuencia, Controladores de energía reactiva,

Transductores, etc.

Es todavía habitual encontrar que muchos de estos

elementos utilizan protocolos propietarios y dan origen a

las denominadas islas de automatización.

Arquitectura general de una RTU.

Sistema de Comunicación.

El intercambio de información entre servidores y clientes se basa en la

relación de 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.

• Línea telefónica, dedicada o no.

• Cable coaxial.

• Fibra óptica.

• Telefonía celular (GPRS, UMTS).

• Radio (enlaces de radio VHF, UHF, Microondas).

Buses especiales de comunicación proporcionan al operador la posibilidad

de comunicarse con cualquier punto, local o remoto, de la planta en

tiempo real.

Implementación de Comunicaciones

Topologías de los Sistemas de Comunicación.

Las diversas combinaciones de los elementos que se comunican dan

lugar a topologías determinadas:

Punto a punto: la relación es del tipo Maestro-Esclavo. Un solo elemento remoto (RTU) estáconectado al sistema de control (MTU) mediante unalínea de comunicación

Multipunto dedicado: una variante del modelo

anterior. Un solo sistema de control conectado a

varias estaciones remotas mediante enlaces directos

permanentes. 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 únicos.

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

Maestro (polling).


Multipunto compartido en anillo: Más robusta al

proporcionar dos caminos para la información. En

caso de fallo de un nodo el tráfico no se

interrumpe.

Generalmente cualquier aplicación de cierta envergadura utiliza varios de estos

métodos de forma simultánea, tanto en medios de transmisión como en

topologías. Esto permite su implantación de forma más eficiente, adaptando los

recursos técnicos al terreno y optimizando los costes.

SIMATIC HMI© Siemens AG 1999. Reservados todos los derechos.

Centro de Información y Formación Conocimiento para la Automatización

Fecha: 04.01.17Archivo: SWINCC01e.43

Configuraciones para sistemas monousuario

MPI (sólo S7) ,SIMATIC NET PROFIBUSSIMATIC NET Ethernet Industrial

SIMATIC S5 / S7 / TI505o

PLCs de otros fabricantes

SIMATIC S5 / S7 / TI505o

PLCs de otros fabricantes

WinCC

Ejemplo 2

Acoplamiento via red

Ejemplo 1

Acoplamiento serie

Punto a punto serie V.24 / TTY

DK3964R + RK512

COROSOP45




Operación conjunta de WinCC y LS-B/WIN

SIMATIC NET

SIMATIC NET Ethernet Industrial :- TF (Funciones Tecnológicas)- Manejo de bloques

SIMATIC NET Profibus:- Protocolo FMS- Protocolo DP

MPI:- Protocolo S7

Controladores lógicosprogramables

WinCC LSB/WIN




Configuración Servidor Cliente

SIMATIC NET

SIMATIC S5SIMATIC S7-400

Bus terminal (Red de PC‘s)

SIMATIC NETEthernet industrial :

(S7), S5: TF (Funciones

Tecnológicas)S7: Protocolo S7

(S7), S5:S7:

SIMATIC NETProfibus:

FMS (PROFIBUS)Protocolo S7

SIMATIC TI505

Cliente1

Cliente16

Servidor

Todas las aplicaciones

WinCC ServidorRed.

...


WinCC




Servidor

Multi - Cliente / Cliente Web

SIMATIC NET

SIMATIC S5SIMATIC S7-400

Bus Terminal (Red de PC‘s)

SIMATIC TI505

M-Cliente 1 M-Cliente 16


WinCC

Servidor1

Cliente Web WinCC

Servidor WebWinCC

Servidor6

Red.

...


WinCC


WinCC


WinCC Todas las aplicaciones

WinCC




Configuraciones del sistema

Nivel de gestión y nivel de producción

Nivel de dirección corporativa

Nivel de supervisióndel proceso y nivel deorganización de la producción

Nivel de automatización

WinN T

M.-Cliente

Client Servidor / Servidor e R.

Client e

Red de PC

Red LAN

Servido r

Client e

Client e

SIMATIC NET

MPI(no con S5)

Configuraciones monousuariocon PC y OP

Configuracionesmultiusuario conservidor y cliente

S5/S7 S5/S7S505 S5 S7 S505S5/S7

M.-Cliente Servidor 1...Servidor 6

...

Comunicación entre aplicaciones

Un programa del tipo HMI se ejecuta en un computador 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 lo que denominamos controladores (o driver) de

comunicaciones. 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.


Métodos de intercambio de información:

OPC

El estándar de intercambio de datos por excelencia se denomina OPC (OLE

for Process Control). 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 clasifican 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 siempre 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.

ODBC permite que una aplicación pueda acceder a varias bases de datos

mediante la inclusión del controlador correspondiente en la aplicación

que debe acceder a los datos.

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

• El formato de presentación de los datos


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.

ASCII

Con 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.

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