TELEMETRIA SCADA Y DCS

TELEMETRIA
SCADA Y DCS
VELASCO CARLOS
SOLANO JOFFRE
SCADA
 SCADA proviene de las siglas de Supervisory Control And Data
Acquisition (Adquisición de datos y supervisión de control).
 Es una aplicación software de control de producción, que se
comunica con los dispositivos de campo y controla el proceso de
forma automática desde la pantalla del ordenador.
 Proporciona información del proceso a diversos usuarios:
operadores, supervisiores de control de calidad, supervisión,
mantenimiento, etc.
SCADA
 Los sistemas de interfaz entre usuario y planta basados en paneles
de control repletos de indicadores luminosos, instrumentos de
medida y pulsadores, están siendo sustituidos por sistemas digitales
que implementan el panel sobre la pantalla de un ordenador.
 El control directo lo realizan los controladores autónomos digitales
y/o autómatas programables y están conectados a un ordenador que
realiza las funciones de diálogo con el operador, tratamiento de la
información y control de la producción, utilizando el SCADA.
ESQUEMA BÁSICO SCADA
 Esquema básico de un
sistema de Adquisición,
supervisión y control.
FUNCIONES PRINCIPALES
 Adquisición de datos, para recoger, procesar y almacenar la
información recibida.
 Supervisión, para observar desde un monitor la evolución de las
variables de control.
 Control, para modificar la evolución del proceso, actuando bien
sobre los reguladores autónomos básicos (consignas, alarmas,
menús, etc.) bien directamente sobre el proceso mediante las salidas
conectadas.
FUNCIONES PRINCIPALES
 Transmisión. De información con dispositivos de campo y otros PC.
 Base de datos. Gestión de datos con bajos tiempos de acceso.
 Presentación. Representación gráfica de los datos. Interfaz del
Operador o HMI (Human Machine Interface).
 Explotación. De los datos adquiridos para gestión de la calidad,
control estadístico, gestión de la producción y gestión administrativa
y financiera.
PRESTACIONES PARA UN SISTEMA SCADA
Un paquete SCADA debe de ofrecer las siguientes prestaciones:
➢ Posibilidad de crear paneles de alarma: que exigen la presencia del
operador para reconocer una parada o situación de alarma, con
registro de incidencias.
➢ Generación de históricos de señal de planta: que pueden ser
volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.
➢ Ejecución de programas: que modifican la ley de control, o incluso
el programa total sobre el autómata, bajo ciertas condiciones.
➢ Posibilidad de programación numérica: que permite realizar
cálculos aritméticos de elevada resolución sobre la CPU del
ordenador, y no sobre la del autómata, menos especializado, etc.
REQUISITOS PARA UN SISTEMA SCADA
 Un SCADA debe cumplir varios objetivos:
 Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o
adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa.
 Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al
usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes
locales y de gestión).
 Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias
de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el
usuario.
MODULOS SCADA
Los módulos o bloques software son los siguientes:
✓ Configuración.
✓ Interfaz Gráfico del Operador.
✓ Módulo de Proceso.
✓ Gestión de Archivo de Datos.
✓ Comunicación.
EJEMPLOS DE SOFTWARE SCADA
Algunos de los programas SCADA, o que incluyen SCADA como
parte de ellos, son:
 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.
SISTEMA DE COMUNICACIÓN DEL
SISTEMA SCADA
 La forma en que la información será transmitida, el medio físico y el
lenguaje que se utilice.
 El sistema debe contar con un PROTOCOLO DE
COMUNICACIONES Permite el intercambio de información entre
diferentes elementos que componen una Red Industrial.
PROTOCOLO TCP/IP
 TCP/IP define cuidadosamente cómo se mueve la información desde
el remitente hasta el destinatario.
 El conjunto de protocolos TCP/IP puede interpretarse en términos de
capas (o niveles).
CAPAS DE PROTOCOLO
 La capa de red de Internet pone el paquete en un datagrama
de IP (Internet Protocol), pone la cabecera y la cola de datagrama, decide
dónde enviar el datagrama (directamente a un destino o a una pasarela) y
pasa el datagrama a la capa de interfaz de red.
 La capa de interfaz de red acepta los datagramas IP y los transmite
como tramas a través de un hardware de red específico, por ejemplo redes
Ethernet o de Red en anillo.
 Las tramas recibidas por un sistema principal pasan a través de las capas
de protocolo en sentido inverso. Cada capa quita la información de
cabecera correspondiente, hasta que los datos regresan a la capa de
aplicación.
 La capa de interfaz de red (en este caso, un adaptador Ethernet) recibe
las tramas. La capa de interfaz de red quita la cabecera Ethernet y envía el
datagrama hacia arriba hasta la capa de red.
CAPAS DE PROTOCOLO
En la capa de red, Protocolo Internet quita la cabecera IP
y envía el paquete hacia arriba hasta la capa de transporte.
En la capa de transporte, TCP (en este caso) quita la
cabecera TCP y envía los datos hacia arriba hasta la capa
de aplicación.
MOVIMIENTO DE LA INFORMACIÓN
DESDE LA APLICACIÓN REMITENTE
HASTA
EL
SISTEMA
PRINCIPAL
DESTINATARIO
MOVIMIENTO DE LA
INFORMACIÓN DESDE EL SISTEMA
PRINCIPAL HASTA LA APLICACIÓN
TRANSMISIONES Y RECEPCIONES DE DATOS DE SISTEMA PRINCIPAL
UNIDAD TERMINAL REMOTA (RTU)
Una
unidad
terminal
remota
(UTR)
es
un
microprocesador dispositivo electrónico controlado que
interconecta los objetos del mundo físico a un sistema
de control distribuido o SCADA (sistema de control y de
adquisición de datos) mediante la transmisión de
telemetría de datos al sistema, y mediante el uso de
mensajes desde el sistema de control para controlar
objetos conectados. Otro término que puede
ser utilizado para RTU es la unidad de telemetría remota,
el término uso común varía con el área de aplicación
general.
UNIDAD TERMINAL REMOTA (RTU)
MTU - MASTER TERMINAL UNIT
Es uno de los componentes más importantes en un sistema de control
Scada, en tal sentido se debe tener claro las funciones que cumple este
equipo dentro del sistema y cuáles son los criterios de selección del
mismo.
La unidad maestra MTU envía información a cada RTU utilizando un
medio común de comunicación y un protocolo común. Ambos, la
estación maestra y el RTU, básicamente tienen los mismos equipos de
comunicación. La diferencia radica en que la estación maestra MTU es
la única que puede iniciar la conversación. Esta comunicación es
iniciada por un programa dentro del MTU que puede ser disparado por
una instrucción manual dada por el operador o por el mismo programa
del MTU.
FUNCIONES (MTU)
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. Una MTU a veces se llama HMI -Human Machine Interface,
interfaz ser humano – máquina.
Las funciones principales de una MTU de SCADA son:
FUNCIONES (MTU)
• 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.
FUNCIONES (MTU)
• 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.
FUNCIONES (MTU)
• Aplicaciones especiales. Casi todos los sistemas SCADA tendrá
cierto software de aplicación especial, asociado generalmente al
monitoreo y al control de la planta.
• Sistemas expertos, sistemas de modelado. Los más avanzados
pueden incluir sistemas expertos incorporados, o capacidad de
modelado de datos.
EJEMPLO DE UN SISTEMA MTU
 A continuación se muestra un ejemplo que consiste de un proceso simple para el control de
una línea de alimentación de combustibles.
PROTOCOLOS DCS
Un Sistema de procesos Distribuido o SCD, más conocido por sus siglas en
inglés DCS (Distributed Control System), es un sistema de control aplicado a
procesos industriales complejos en las grandes industrias como
petroquímicas, papeleras, metalúrgicas, centrales de generación, plantas de
tratamiento de aguas, incineradoras o la industria farmacéutica. Los primeros
DCS datan de 1975 y controlaban procesos de hasta 5000 señales. Las
capacidades actuales de un DCS pueden llegar hasta las 250.000 señales.
SISTEMA DE CONTROL DISTRIBUIDO(DCS)
CARACTERISTICAS
 Los DCS trabajan con una sola Base de Datos integrada para todas las señales, variables,
objetos gráficos, alarmas y eventos del sistema.
 En los DCS la herramienta de ingeniería para programar el sistema es sólo una y opera de
forma centralizada para desarrollar la lógica de sus controladores o los objetos gráficos de la
monitorización. Desde este puesto de ingeniería se cargan los programas de forma
transparente a los equipos del sistema.
 La plataforma de programación es multi-usuario de forma que varios programadores pueden
trabajar simultáneamente sobre el sistema de forma segura sin conflictos de versiones.
 Todos los equipos del sistema (ordenadores, servidores, controladores) están sincronizados
contra un mismo reloj patrón, de forma que todas las medidas, alarmas y eventos tienen una
misma marca de tiempo.
 El software de control DCS dispone de herramientas para la gestión de la información de
planta, integrándola verticalmente hacia la cadena de toma de decisiones y otros sistemas
ubicados más arriba en la jerarquía de la producción.
ARQUITECTURA DE UN DCS
NIVELES DE CONTROL EN UN DCS
Un DCS aborda la complejidad de los procesos industriales dividiendo en cuatro niveles
funcionales su alcance.
• Nivel de Operación. Este nivel es el de interacción del sistema con
los operadores de la planta y es donde se encuentran los sistemas
informáticos para la monitorización del proceso y adquisición de la
información en tiempo real, que se almacena en la base de datos
transformándola en datos históricos para análisis posteriores. Este
nivel gestiona además el intercambio de información con otros
sistemas de mantenimiento y planificación de la producción.
NIVELES DE CONTROL EN UN DCS
• Nivel de control. En un DCS la responsabilidad del control de las
diferentes partes funcionales del proceso, se asignan a varios
controladores locales distribuidos por la instalación, en lugar de
centralizar estas funciones en un solo punto. Los controladores están
conectados entre sí y con las estaciones de operación mediante redes
de comunicación.
NIVELES DE CONTROL EN UN DCS
• Nivel módulos de Entrada/Salida. Los módulos de
entradas/salidas para señales cableadas, se distribuyen por la
instalación, es lo que se denomina "periferia descentralizada", esto
ahorra tiradas de cables de señal aproximando la electrónica del
control hasta los elementos de campo. Estos módulos de
entrada/salida se comunican con los controladores mediante
protocolos específicos o de bus de campo (en inglés "fieldbus") para
garantizar los tiempos de comunicación entre controlador y periferia
en unos tiempos mínimos, del orden de milisegundos, adecuados a
las necesidades del proceso.
NIVELES DE CONTROL EN UN DCS
• Nivel de elementos de campo. Estos equipos permiten
funcionalidades adicionales como gestionar su mantenimiento o
configurar sus parámetros de comportamiento de forma remota
desde el nivel de operación. Los instrumentos de este nivel deben
ser compatibles con el bus de campo elegido, ya sea Profibus,
Fieldbus Foundation u otro. También existe la posibilidad de
integrar instrumentos con protocolo HART como alternativa al bus
de campo.
NIVELES DE CONTROL EN UN DCS
DIFERENCIAS TIPICAS ENTRE SISTEMAS SCADA Y DCS