Arquitectura de Sistemas de Control

Sistemas SCADA
Dr. Ramon Vilanova
Dept. Telecommunication & Systems Engineering
Escola Tècnica Superior d’Enginyeria
U.A.B., Barcelona, SPAIN
[email protected]
Sistemas SCADA


Supervisión de procesos
SCADA





Esquema básico y Funciones
Alarmas.
Estructura y Módulos.
SCADA Comerciales
OPC
Sistemas SCADA
Supervisión de procesos

Mediante la supervisión de un proceso se intenta asegurar
el buen funcionamiento del mismo (aún ante posibles
situaciones anómalas).
Mediante la supervisión con
ordenador
se
pretende
facilitar la tarea del operario
encargado de la vigilancia
del proceso y su seguimiento
Sistemas SCADA
Supervisión de procesos

La manera en que se lleva a cabo la supervisión ha ido
evolucionando con los años.

Sinópticos del proceso sobre marquetería


Tarjetas específicas asociadas a los PLCs


Leds, displays, interruptores, etc.
Gestión de teclado y
configuración sencillas.
pantalla,
con
posibilidades
de
Interfaces HMI y Sistemas SCADA basados en PC

Mejores prestaciones asociadas a
comunicación y acceso a bases de datos.
la
facilidad
de
Sistemas SCADA
SCADA

SCADA proviene de las siglas de
Supervisory Control And Data Adquisition.

Es una aplicación software, con acceso a planta mediante
comunicación digital con los diferentes instrumentos y que
ofrece una interficie gráfica de alto nivel con el usuario.

Suponen la evolución hacia los sistemas de control basados
en PC
Sistemas SCADA
SCADA

El PC proporciona muchas utilidades a nivel de gestión de
datos, visualización, trabajo en red.
... no obstante

El control directo lo continuan realizando los reguladores
autónomos junto con los PLCs.

…. debido a posibles problemas de seguridad, robustez, tiempo
real,...
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Esquema básico de un sistema de adquisición de datos y
supervisión
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Funciones básicas de un sistema SCADA

Adquisición de datos: para recoger la información del proceso,
procesarla y almacenarla.

Supervisión: para observar la evolución y comportamiento de
las variables de control y variables significativas del estado del
proceso.

Control: para actuar sobre el proceso y modificar su evolución.
Generalmente actuando sobre reguladores autónomos y/o
PLCs, modificando consignas, niveles de alarma, etc
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Otras funcionalidades presentes en un SCADA

Bases de Datos: Gestión de históricos de datos y variables de
interés mediante acceso a Bases de datos (generalmente
mediante acceso ODBC)

Presentación: Representación gráfica de los datos del proceso.
Creación de interficies de operario. Sinópticos que reproducen el
proceso supervisado.

Explotación: de los datos adquiridos para control estadístico del
proceso, gestión de la producción, etc
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones
Ejemplos de Interface de Operario
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones
Ejemplos de Interface de Operario
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Este tipo de interface de operario se consigue mediante la
creación de sinópticos que representan el proceso y la
asociación al mismo de variables que se están registrando de
planta.




Adquisición de datos
Registro de datos
Representación del proceso
Un sistema SCADA proporciona herramientas para realizar de
manera cómoda estas operaciones.
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Adquisición de datos: Hay varias opciones (que pueden
convivir de manera simultanea)



Tarjetas de adquisición de datos (TAD). Directamente
conectadas al bus del ordenador, necesitan para su utilización de
drivers específicos.
Comunicaciones Serie: a través de interfases RS-232/485, por
ejemplo autómatas programables, controladores autónomos,
buses de campo (RS-485).
Conexión a equipos específicos: Dispositivos que aportan su
propio protocolo de comunicaciones pero que proporcionan
drivers para gestionarlos.
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Registro de datos (Tags): Las variables de proceso se
representan en el SCADA mediante los denominados tags (o
etiquetas) que permiten la definición de cada variable





de acuerdo a su naturaleza : continua (analógica) o discreta
(binaria)
Asociación de un nombre
Rango de valores
Unidades de ingeniería
...
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Registro de datos (Tags):
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Registro de datos (Tags):
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Representación del proceso: la representación visual de la
información y su interactividad es lo que se llama: interfase
hombre máquina.

Creación de sinópticos: tener en cuenta la elección de los
elementos, su colocación en pantalla y la elección de
colores,...

Hay una serie de recomendaciones/normalización en ISA para
la creación de sinópticos
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Representación del proceso: ejemplo de recomendación
en cuanto al uso de colores
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Representación del proceso:
Objetos Windows: barras
menus, ventana de alarmas,
ventana de aplicación
Libreria de objetos: Motor,
depósito, válvula,,etc
Objetos gráficos
standard: círculos,
líneas, etc
Aplicaciones OLE y controles
ActiveX: Datos Excel,
WebBrowsers,etc
Controles Standard de Windows:
botones, scrollbars, etc
Sistemas SCADA
SCADA : Esquema básico y Funciones

Representación del proceso:
AFEGIR PANTALLES INTOUCH
Sistemas SCADA
SCADA : Alarmas

Algunos términos usuales:





Alarma (Alarm): alerta de fallo debido a que una variable supera
el umbral asociado.
Evento (Event): Sucesos característicos que identifican un
cambio en una variable.
Residuo (residual): Diferencia entre la salida de un sistema
predicha por un modelo y la medida.
Detección de fallos (Fault Detection): determinación de la
presencia de fallos
Diagnóstico de fallos (Fault Diagnosis): Determinaciñon del
origen de los fallos
Sistemas SCADA
SCADA : Alarmas

El tratamiento de alarmas es uno de los puntos mas importantes
en un entorno de supervisión:

Su objetivo es poner al operario sobre aviso. Una vez generada
la alarma, se pone fecha, visualiza y registra

Tipos de Alarmas
 Alarmas Discretas: Indicadores de un cambio binario en la
variable que representan.
 Alarmas sobre Variables Continuas: o de umbral. Se utilizan
umbrales para designar los límites de operación normales de las
variables (umbrales absolutos, relativos, ROC)
Sistemas SCADA
SCADA : Alarmas

Umbrales de alarma absolutos: vienen dados por un valor
numérico cuyo sobrepaso activa la alarma. Hay que
especificar una banda muerta en % del valor umbral.
Sistemas SCADA
SCADA : Alarmas

Umbrales de alarma relativos: Límites establecidos en %
alrededor del una consigna o valor objetivo: ‘target’.
Sistemas SCADA
SCADA : Alarmas

Umbrales de alarma ROC: observación de la velocidad de
cambio de la variable: diferencia entre dos valores
consecutivos.
Sistemas SCADA
SCADA : Alarmas

Gestión y registro de alarmas:
 Filtrado de alarmas: asociar un nivel de prioridad a cada
alarma (1-999). Sólo se activan las alarmas de una cierta
prioridad.

Seguimiento y registro temporal: los instantes de aparición
duración, reconocimiento de alarmas etc., se llaman
eventos:



El instante de activación de la alarma
Instante de fin de alarma
Reconocimiento de la alarma por parte del operador
Sistemas SCADA
SCADA : Estructura y Módulos

Un paquete SCADA incluye módulos que posibilitan la
realización de las funcionalidades que han aparecido hasta
el momento:





Configuración.
Interfaz Gráfico del Operador.
Módulo de Proceso.
Gestión de Archivo de Datos.
Comunicación.
Sistemas SCADA
SCADA : Estructura y Módulos
Sistemas SCADA
SCADA : Estructura y Módulos

Algunos de estos módulos son básicos





HMI,
Servidor de datos del proceso
Drivers de Comunicaciones
Servidor de acceso a redes
Mientras que otros son opcionales



Batch: gestión de recetas y proceso por lotes
SPC/SQC: Control estadístico
Seguimiento de Producción: Soluciones adaptadas a cada
empresa según sus necesidades
Sistemas SCADA
Algunos SCADA Comerciales









Aimax, de Desin Instruments S.A.
CUBE, Orsi España S.A.
FIX, de Intellution.
Lookout, National Instruments.
Monitor Pro, de Schneider Electric.
SCADA InTouch, de LOGITEK.
SYSMAC SCS, de Omron.
Scatt Graph 5000, de ABB.
WinCC, de Siemens.
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)

El acceso a los dispositivos de campo puede realizarse de
dos maneras:
Utilizando drivers específicos
para cada una de las
conexiones específicas
Application
X
Application
Y
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)

El acceso a los dispositivos de campo puede realizarse de
dos maneras:
Application
X
Application
Y
OPC Client
Client
OPC
OPC Client
OLE/DCOM
Utilizando un driver OPC
genérico en una arquitectura
cliente/servidor.
OPC Server
OPC Server
OPC Server
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)

OPC de Microsoft es un interface de automatización que proporciona
un acceso simple a los datos.

Esta basado en la tecnología COM/OLE de Microsoft para
intercambio de datos entre aplicaciones ya sea de forma local o
remota.

El resultado es una arquitectura cliente/servidor:



Clientes: que solicitan datos (aplicaciones, paquetes SCADA)
Servidores: que proporcionan datos (dispositivos, aplicaciones)
La idea básica del OPC está en normalizar el interfase entre el
servidor OPC y el cliente OPC independientemente de cualquier
fabricante particular.
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)
Un Servidor OPC responde
siguiente arquitectura:



a
la
Un servidor OPC es un conjunto de
Grupos OPC
Un grupo OPC es un conjunto de
Items OPC
Cada Item OPC representa la
conexión a una fuente de datos
(variable de un PLC).
Cada Item OPC tiene asociado un valor
e instante de tiempo.
OPC Server
OPC group
OPC group
OPC Items
OPC group
OPC Items
OPC Items
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)

Desde el cliente OPC se puede acceder a los servicios
ofrecidos por cada uno de los servidores




Consulta de valor de un Item,
Modificación de su valor
Refresco con una determinada frecuencia
…
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)
Dentro del SCADA podemos configurar puntos OPC para
poder acceder despues a ellos.
Escogemos uno de los controles
registrados en el S.O.
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)
Dentro del SCADA podemos configurar puntos OPC para
poder acceder despues a ellos.
Generalmente podemos configurar el acceso a cada uno de los
grupos
Sistemas SCADA
OPC (OLE for Process Control)
Dentro del SCADA podemos configurar puntos OPC para
poder acceder despues a ellos.
… y de los items que tenga asociado ese grupo. Estos items
seran ya puntos de acceso accesibles en el SCADA.