SCADA

SCADA, acrónimo de Supervisory Control And DataAdquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Da-tos) es un software para ordenadores que permite contro-lar y supervisar procesos industriales a distancia. Facili-ta retroalimentación en tiempo real con los dispositivosde campo (sensores y actuadores), y controla el procesoautomáticamente. Provee de toda la información que segenera en el proceso productivo (supervisión, control ca-lidad, control de producción, almacenamiento de datos,etc.) y permite su gestión e intervención.La realimentación, también denominada retroalimenta-ción o feedback es, en una organización, el proceso decompartir observaciones, preocupaciones y sugerencias,con la intención de recabar información, a nivel indivi-dual o colectivo, para mejorar o modificar diversos as-pectos del funcionamiento de una organización. La re-alimentación tiene que ser bidireccional de modo que lamejora continua sea posible, en el escalafón jerárquico,de arriba para abajo y de abajo para arriba.En la teoría de control, la realimentación es un procesopor el que una cierta proporción de la señal de salida deun sistema se redirige de nuevo a la entrada. Esto es deuso frecuente para controlar el comportamiento dinámicodel sistema. Los ejemplos de la realimentación se puedenencontrar en la mayoría de los sistemas complejos, ta-les como ingeniería, arquitectura, economía, sociologíay biología. Arturo Rosenblueth, investigador mexicanoy médico en cuyo seminario de 1943 hizo una ponenciallamada “Behavior, Purpose and Teleology“ (“comporta-miento, propósito y teleología”), de acuerdo con NorbertWiener, fijó las bases para la nueva ciencia de la ciber-nética y propuso que el comportamiento controlado porla realimentación negativa, aplicada a un animal, al serhumano o a las máquinas era un principio determinante ydirectivo, en la naturaleza o en las creaciones humanas..

1 Lazo abierto y cerrado

Existen dos tipos de sistemas principalmente: los de lazoabierto o no realimentados y los de lazo cerrado o reali-mentados. Los sistemas de lazo cerrado funcionan de talmanera que hacen que la salida vuelva al principio paraque se analice la diferencia con un valor de referencia y enuna segunda opción la salida se vaya ajustando, así has-ta que el error sea 0. Cualquier sistema que tenga comoobjeto controlar una cantidad como por ejemplo tempe-ratura, velocidad, presión, caudal, fuerza, posición, etc.son normalmente de lazo cerrado. Los sistemas de lazo

abierto no se comparan a la variable controlada con unaentrada de referencia. Cada ajuste de entrada determinauna posición de funcionamiento fijo en los elementos decontrol (por ejemplo con temporizadores).Es así que, la realimentación es un mecanismo o proce-so cuya señal se mueve dentro de un sistema y vuelve alprincipio de éste como en un bucle, que se llama “buclede realimentación”. En un sistema de control (que tieneentradas y salidas), parte de la señal de salida vuelve denuevo al sistema como parte de su entrada; a esto se lellama “realimentación” o retroalimentación.La realimentación comprende todas aquellas solucionesde aplicación que hacen referencia a la captura de in-formación de un proceso o planta, no necesariamenteindustrial, para que, con esta información, sea posiblerealizar una serie de análisis o estudios con los que sepueden obtener valiosos indicadores que permitan unaretroalimentación sobre un operador o sobre el propioproceso, tales como:

• Indicadores sin retroalimentación inherente (noafectan al proceso, sólo al operador):

• Estado actual del proceso. Valores instantá-neos;

• Desviación o deriva del proceso. Evoluciónhistórica y acumulada;

• Medición de los parametros que tu creasnecesarios

• Indicadores con retroalimentación inherente (afec-tan al proceso, después al operador):

• Generación de alarmas;

• HMI Human Machine Interface (Interfaceshombre-máquina);

• Toma de decisiones:

• Mediante operatoria humana;• Automática (mediante la utilización desistemas basados en el conocimiento osistemas expertos).

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2 3 DEFINICIONES DEL SISTEMA

2 Esquema de un sistema típico

Valv

e c

ontr

ol

Level

Flow

Pum

pco

ntr

ol

E-1

F-1

PLC-1 PLC-2

L

V-2

The SCADA system reads the measuredflow and level, and sends the setpoints to the PLCs

PLC1 compares the measured flow tothe setpoint, controls the pump speedas required to match flow to setpoint PLC2 compares the measured

level to the setpoint, controls theflow through the valve to matchlevel to setpoint

SCADA

Este esquema es un ejemplo de la aplicación del sistemaSCADA en áreas industriales. Éstas áreas pueden ser:

• Monitorizar procesos químicos, físicos o de trans-porte en sistemas de suministro de agua, para con-trolar la generación y distribución de energía eléctri-ca, de gas o en oleoductos y otros procesos de dis-tribución.

• Gestión de la producción (facilita la programaciónde la fabricación).

• Mantenimiento (proporciona magnitudes de inte-rés tales para evaluar y determinar modos de fallo,MTBF, índices de Fiabilidad, entre otros).

• Control de Calidad (proporciona demanera automa-tizada los datos necesarios para calcular índices deestabilidad de la producción CP y CPk, tolerancias,índice de piezas NOK/OK, etc.

• Administración (actualmente pueden enlazarse es-tos datos del SCADA con un servidor ERP (En-terprise Resource Planning o sistema de planifica-ción de recursos empresariales), e integrarse comoun módulo más).

• Tratamiento histórico de información (mediante suincorporación en bases de datos).

3 Definiciones del Sistema

Supervisión: acto de observar el trabajo o tareas de otro(individuo o máquina) que puede no conocer el tema enprofundidad, supervisar no significa el control sobre elotro, sino el guiarlo en un contexto de trabajo, profesio-nal o personal, es decir con fines correctivos y/o de mo-dificación.Automática: ciencia tecnológica que busca la incorpora-ción de elementos de ejecución autónoma que emulan elcomportamiento humano o incluso superior.Principales familias: autómatas, robots, controles demovimiento, adquisición de datos, visión artificial, etc.PLC: Programmable Logic Controller, Controlador Ló-gico Programable.PAC: Programmable Automation Controller,Controlador de Automatización Programable.Un sistema SCADA incluye un hardware de señal de en-trada y salida, controladores, interfaz hombre-máquina(HMI), redes, comunicaciones, base de datos y softwa-re.El término SCADA usualmente se refiere a un sistemacentral que monitoriza y controla un sitio completo o unaparte de un sitio que nos interesa controlar (el controlpuede ser sobre máquinas en general, depósitos, bom-bas, etc.) o finalmente un sistema que se extiende sobreuna gran distancia (kilómetros / millas). La mayor par-te del control del sitio es en realidad realizada automá-ticamente por una Unidad Terminal Remota (UTR), porun Controlador Lógico Programable (PLC) y más actual-mente por un Controlador de Automatización Programa-ble (PAC). Las funciones de control del servidor están ca-si siempre restringidas a reajustes básicos del sitio o capa-cidades de nivel de supervisión. Por ejemplo un PLC pue-de controlar el flujo de agua fría a través de un proceso,pero un sistema SCADA puede permitirle a un operadorcambiar el punto de consigna (set point) de control parael flujo, y permitirá grabar y mostrar cualquier condiciónde alarma como la pérdida de un flujo o una alta tempe-ratura. La realimentación del lazo de control es cerrada através del RTU o el PLC; el sistema SCADA monitorizael desempeño general de dicho lazo. El sistema SCADAtambién puede mostrar gráficas con históricos, tablas conalarmas y eventos, permisos y accesos de los usuarios...Necesidades de la supervisión de procesos:

• Limitaciones de la visualización de los sistemas deadquisición y control.

• Control software. Cierre de lazo del control.

• Recoger, almacenar y visualizar la información.

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4 Interfaz humano-máquina

Una interfaz Hombre - Máquina o HMI (“Human Ma-chine Interface”) es el aparato que presenta los datos aun operador (humano) y a través del cual éste controla elproceso.Los sistemas HMI podemos pensarlos como una “ventanade un proceso”. Esta ventana puede estar en dispositivosespeciales como paneles de operador o en un ordenador.Los sistemas HMI en ordenadores se los conoce tambiéncomo software (o aplicación) HMI o de monitorización ycontrol de supervisión. Las señales del proceso son con-ducidas al HMI por medio de dispositivos como tarjetasde entrada/salida en el ordenador, PLC’s (Controladoreslógicos programables), PACs (Controlador de automati-zación programable ), RTU (Unidades remotas de I/O)o DRIVER’s (Variadores de velocidad de motores). To-dos estos dispositivos deben tener una comunicación queentienda el HMI.La industria de HMI nació esencialmente de la necesi-dad de estandarizar la manera de monitorizar y de contro-lar múltiples sistemas remotos, PLCs y otros mecanismosde control. Aunque un PLC realiza automáticamente uncontrol pre-programado sobre un proceso, normalmentese distribuyen a lo largo de toda la planta, haciendo difícilrecoger los datos de manera manual, los sistemas SCA-DA lo hacen de manera automática. Históricamente losPLC no tienen una manera estándar de presentar la infor-mación al operador. La obtención de los datos por el siste-ma SCADA parte desde el PLC o desde otros controlado-res y se realiza por medio de algún tipo de red, posterior-mente esta información es combinada y formateada. UnHMI puede tener también vínculos con una base de datospara proporcionar las tendencias, los datos de diagnósticoy manejo de la información así como un cronograma deprocedimientos de mantenimiento, información logística,esquemas detallados para un sensor o máquina en parti-cular, incluso sistemas expertos con guía de resolución deproblemas. Desde cerca de 1998, virtualmente todos losproductores principales de PLC ofrecen integración consistemas HMI/SCADA, muchos de ellos usan protocolosde comunicaciones abiertos y no propietarios. Numero-sos paquetes de HMI/SCADA de terceros ofrecen com-patibilidad incorporada con la mayoría de PLCs.SCADA es popular debido a esta compatibilidad y segu-ridad. Ésta se usa desde aplicaciones a pequeñas escalas,como controladores de temperatura en un espacio, has-ta aplicaciones muy grandes como el control de plantasnucleares.

5 Soluciones de hardware

La solución de SCADA a menudo tiene componentes desistemas de control distribuido, DCS (Distribuited ControlSystem). El uso de RTUs o PLCs o últimamente PACs

sin involucrar computadoras maestras está aumentando,los cuales son autónomos ejecutando procesos de lógicasimple. Frecuentemente se usa un lenguaje de programa-ción funcional para crear programas que corran en estosRTUs y PLCs, siempre siguiendo los estándares de la nor-ma IEC 61131-3. La complejidad y la naturaleza de estetipo de programación hace que los programadores nece-siten cierta especialización y conocimiento sobre los ac-tuadores que van a programar. Aunque la programaciónde estos elementos es ligeramente distinta a la progra-mación tradicional, también se usan lenguajes que esta-blecen procedimientos, como pueden ser FORTRAN, Co Ada95. Esto les permite a los ingenieros de sistemasSCADA implementar programas para ser ejecutados enRTUs o un PLCs.

6 Componentes del sistema

Los tres componentes de un sistema SCADA son:

1. Múltiples Unidades de Terminal Remota (tambiénconocida como UTR, RTU o Estaciones Externas).

2. Estación Maestra y Computador con HMI.3. Infraestructura de Comunicación.

6.1 Unidad de Terminal Remota (RTU)

La RTU se conecta al equipo físicamente y lee los da-tos de estado como los estados abierto/cerrado desde unaválvula o un interruptor, lee las medidas como presión,flujo, voltaje o corriente. Por el equipo el RTU puede en-viar señales que pueden controlarlo: abrirlo, cerrarlo, in-tercambiar la válvula o configurar la velocidad de la bom-ba, ponerla en marcha, pararla.La RTU puede leer el estado de los datos digitales o me-didas de datos analógicos y envía comandos digitales desalida o puntos de ajuste analógicos.Una de las partes más importantes de la implementaciónde SCADA son las alarmas. Una alarma es un punto deestado digital que tiene cada valor NORMAL o ALAR-MA. La alarma se puede crear en cada paso que los re-querimientos lo necesiten. Un ejemplo de un alarma esla luz de “tanque de combustible vacío"del automóvil. Eloperador de SCADA pone atención a la parte del sistemaque lo requiera, por la alarma. Pueden enviarse por correoelectrónico o mensajes de texto con la activación de unaalarma, alertando al administrador o incluso al operadorde SCADA.

6.2 Estación Maestra

El término “Estación Maestra” se refiere a los servidoresy al software responsable para comunicarse con el equi-po del campo (RTUs, PLCs, etc) en estos se encuentra

4 6 COMPONENTES DEL SISTEMA

el software HMI corriendo para las estaciones de traba-jo en el cuarto de control, o en cualquier otro lado. Enun sistema SCADA pequeño, la estación maestra puedeestar en un solo computador, A gran escala, en los siste-mas SCADA la estación maestra puede incluir muchosservidores, aplicaciones de software distribuido, y sitiosde recuperación de desastres.El sistema SCADA usualmente presenta la informaciónal personal operativo de manera gráfica, en forma de undiagrama de representación. Esto significa que el opera-dor puede ver un esquema que representa la planta que es-tá siendo controlada. Por ejemplo un dibujo de una bom-ba conectada a la tubería puede mostrar al operador cuan-to fluido está siendo bombeado desde la bomba a travésde la tubería en un momento dado o bien el nivel de lí-quido de un tanque o si la válvula está abierta o cerrada.Los diagramas de representación puede consistir en grá-ficos de líneas y símbolos esquemáticos para representarlos elementos del proceso, o pueden consistir en fotogra-fías digitales de los equipos sobre los cuales se animan lassecuencias.Los bloques software de un SCADA (módulos), permitenactividades de adquisición, supervisión y control.

6.2.1 Características

• Configuración: permite definir el entorno de trabajodel SCADA, adaptándolo a la aplicación particularque se desea desarrollar.

• Interfaz gráfica del operador: proporciona al opera-dor las funciones de control y supervisión de la plan-ta. El proceso se representa mediante sinópticos grá-ficos almacenados en el ordenador de proceso y ge-nerados desde el editor incorporado en el SCADAo importados desde otra aplicación durante la con-figuración del paquete.

• Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mandopreprogramadas a partir de los valores actuales devariables leídas.

• Gestión y archivo de datos: almacenamiento y pro-cesado ordenado de datos, de forma que otra aplica-ción o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

• Comunicaciones: transferencia de información entrela planta y la arquitectura hardware que soporta elSCADA, y también entre ésta y el resto de elementosinformáticos de gestión.

El paquete HMI para el sistema SCADA típicamente in-cluye un programa de dibujo con el cual los operadoreso el personal de mantenimiento del sistema pueden cam-biar la apariencia de la interfaz. Estas representacionespueden ser tan simples como unas luces de tráfico en pan-talla, las cuales representan el estado actual de un cam-po en el tráfico actual, o tan complejas como una panta-lla de multiproyector representando posiciones de todos

los elevadores en un rascacielos o todos los trenes de unavía férrea. Plataformas abiertas comoGNU/Linux que noeran ampliamente usados inicialmente, se usan debido alambiente de desarrollo altamente dinámico y porque uncliente que tiene la capacidad de acomodarse en el campodel hardware y mecanismos a ser controlados que usual-mente se venden UNIX o con licencias OpenVMS. Hoytodos los grandes sistemas son usados en los servidores dela estación maestra así como en las estaciones de trabajoHMI.

6.2.2 Filosofía Operacional

En vez de confiar en la intervención del operador o enla automatización de la estación maestra los RTU pue-den ahora ser requeridos para operar ellos mismos, rea-lizando su propio control sobre todo por temas de segu-ridad. El software de la estación maestra requiere hacermás análisis de datos antes de ser presentados a los opera-dores, incluyendo análisis históricos y análisis asociadoscon los requerimientos de la industria particular. Los re-querimientos de seguridad están siendo aplicados en lossistemas como un todo e incluso el software de la estaciónmaestra debe implementar los estándares más fuertes deseguridad en ciertos mercados.Para algunas instalaciones, los costos que pueden derivarde los fallos de un sistema de control es extremadamentealto, es posible incluso haya riesgo de herir las personas.El hardware del sistema SCADA es generalmente lo sufi-cientemente robusto para resistir condiciones de tempe-ratura, humedad, vibración y voltajes extremos pero enestas instalaciones es común aumentar la fiabilidad me-diante hardware redundante y varios canales de comuni-cación. Una parte que falla puede ser fácilmente identifi-cada y su funcionalidad puede ser automáticamente desa-rrollada por un hardware de backup. Una parte que fa-lle puede ser reemplazada sin interrumpir el proceso. Laconfianza en cada sistema puede ser calculado estadísti-camente y este estado es el significado de tiempo medioentre fallos, el cual es una variable que acumula tiemposentre fallas. El resultado calculado significa que el tiempomedio entre fallos de sistemas de alta fiabilidad puede serde siglos.

6.3 Infraestructura yMétodos deComuni-cación

Los sistemas SCADA tienen tradicionalmente una com-binación de radios y señales directas seriales o conexionesde módem para conocer los requerimientos de comunica-ciones, incluso Ethernet e IP sobre SONET (fibra óptica)es también frecuentemente usada en sitios muy grandescomo ferrocarriles y estaciones de energía eléctrica. Esmás, los métodos de conexión entre sistemas puede inclu-so que sea a través de comunicación wireless (por ejem-plo si queremos enviar la señal a una PDA, a un teléfono

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móvil,...) y así no tener que emplear cables.Para que la instalación de un SCADA sea perfectamenteaprovechada, debe de cumplir varios objetivos:

1. Deben ser sistemas de arquitectura abierta (capacesde adaptarse según las necesidades de la empresa).

2. Deben comunicarse con facilidad al usuario con elequipo de planta y resto de la empresa (redes localesy de gestión).

3. Deben ser programas sencillos de instalar, sin exce-sivas exigencias de hardware. También tienen queser de utilización fácil.

7 Aplicaciones SCADA

Para desarrollar un sistema SCADA es necesario un IDEen el cual diseñar, entre otras cosas:

• el aspecto que va a tener el SCADA

• las funciones y eventos que debe ejecutar cuando seinteractúa con su interfaz HMI

• las operaciones y cálculos que debe realizar con losdatos adquiridos

También funciona con los controladores lógicos estable-cidos por National Instrument tales como LABVIEW yMULTISIM PROTEUS entre otros incluso se estable-ce conexión con micro controladores tales como el AR-DUINO, haciendo a ASCADA una herramienta bastanteútil para los sistemas de control automatizado. Así pues,una de las soluciones en el control SCADA es utilizar laaplicación creada junto con un programa para monitori-zar, controlar y automatizar señales analógicas y digitales,capturadas a través de tarjetas de adquisición de datos.Uno de los programas más utilizados para este fin es elLabView (National Instruments).

• pvBrowser - Aplicación GPL para monitorizaciónSCADA con interfaz web.

• FreeSCADA - Aplicación Open source para pro-yectos SCADA

• Likindoy Profesional free GPL Scada system - Cen-trologic

• SCADA - Yokogawa FAST/TOOLS SCADA

• Acimut Scada Monitoriza - Creación de proyectosSCADA funcionales mediante “pinchar y arrastrar”

• Scada Argos - Proyecto de SCADA para Linux

• Scada Factory Talk View SE - FactoryTalk View SEde Rockwell Automation.

8 Ejemplo práctico de un sistemaSCADA para principiantes en eltema

Un SCADA sirve para supervisar y su principal objetivoes medir con la finalidad de corregir.Tenemos un proceso químico, que puede ser desde unafábrica de gelatina, a una de antibióticos... que queremossupervisar. Lo que pondremos en la planta de produc-ción serán PLCs, HMIs,etc ... lo que se denomina NivelI, ó nivel básico de automatización. Los datos obtenidospor estos hardwares industriales son transportados a tra-vés de un bus o varios buses a un servidor (server), quees el supervisor, el que controla, mediante el mencionadoSCADA. Este envío de datos se puede hacer a través deethernet, por ejemplo.El servidor, a su tiempo, manda los datos a una base dedatos con la finalidad de almacenar la información (paratrabajar con ella, crear históricos de errores o alarmas...).Esta base de datos puede estar integrada dentro del discoduro del propio servidor. También es posible que el ser-vidor mande la información a otro PC, PDA, Telf, Inter-net.... es decir, transmita la información a otros sistemasoperativos, en los cuales los clientes, accionistas, jefes,supervisores... pueden acceder a la información.

9 Véase también• Radiomódem

10 Enlaces externos• Automatas.org - Definición y aplicación de un SCA-DA

11 Referencias

6 12 TEXT AND IMAGE SOURCES, CONTRIBUTORS, AND LICENSES

12 Text and image sources, contributors, and licenses

12.1 Text• SCADA Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/SCADA?oldid=80574493 Colaboradores: Cientifico, JorgeGG, ManuelGR, Sms, Tano4595,Murphy era un optimista, Cinabrium, LeonardoRob0t, Soulreaper, Rembiapo pohyiete (bot), Magister Mathematicae, Orgullobot, Ro-botQuistnix, Yrbot, BOT-Superzerocool, FlaBot, KnightRider, Banfield, Lancaster, Axxgreazz, Julencxs34, Tamorlan, CEM-bot, Qua-lith, Rcidte, Escarbot, RoyFocker, Abbaaccddc, Isha, Gusgus, Mpeinadopa, Dtroncho, Knemu, Gustronico, Gxbaquero, Biasoli, Bucep-hala, VolkovBot, Matdrodes, 3coma14, J.M.Domingo, Lagt, SieBot, Loveless, Fanshone, Tirithel, Jarisleif, MetsBot, Fonsi80, Jenpyyo,Eduardosalg, LordT, Gogan, PetrohsW, Alexbot, Mike.lifeguard, UA31, AVBOT, MastiBot, Angel GN, MarcoAurelio, MelancholieBot,Hemo2008, Andreasmperu, Luckas-bot, Arisdire, Wikisilki, Erosrobledo, Elnoidelastra, Sergidomex, DCarrasco, Elisabet arnau, Mon-tse Parets, JordiGimenez, XavierGallart, Billinghurst, Joantorres, Jfont, Avalon289, ArthurBot, SuperBraulio13, Xqbot, Jkbw, FrescoBot,Emerzon, Nimobuses, EmBOTellado, TjBot, Gxfc, EmausBot, Zurrapa, Grillitus, JackieBot, ChuispastonBot, Diamondland, Willy000018,GM83, KLBot2, AvocatoBot, Programasoftware, Allan Aguilar, Yesid8, Bibliofilotranstornado, Alvareid, DarafshBot, Mrjativa, Addbot,Jeremyb-phone y Anónimos: 163

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