Sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition)

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1 Sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition)

2 Antecedentes: Los Sistemas de Telemetría
– Niveles de líquido – Caudales – Temperaturas – Tensiones – Alarmas Cualquier cosa susceptible de ser medida puede enviarse a otro punto mediante un método de transmisión:

3 Sistemas de Telemetría
– Sistemas de marcación automática. – Sistemas dedicados. – Sistemas de canales multiplexados. La clasificación de los diferentes sistemas de intercambio de información, telemetría y monitorización la podemos formular basandonos en el sistema de transmisión:

4 Sistemas de Marcación Automática
Utilizan las líneas telefónicas para transmitir en banda base (rango de voz). Los costos de comunicación son reducidos, puesto que las comunicaciones son puntuales. Permiten el acceso de cualquier lugar del mundo donde haya teléfono y un módem.

5 Sistemas Dedicados Son aquellos que tienen una línea de comunicación permanente con la central. Las comunicaciones se realizan mediante protocolos específicos de comunicación. Permiten la monitorización continua con los sistemas remotos y son muy rápidos en la captación de datos y en la emisión de comandos de control.

6 Sistemas Multiplexados
La técnica que permite enviar varias señales de un punto a otro sobre un único canal de comunicación se denomina multiplexado. Un ejemplo es el bus de comunicaciones del tipo serie, donde los datos de distintas fuentes se empaquetan dentro de un único mensaje que se envía dentro del canal de comunicación y se desempaqueta en el destino.

7 Los Sistemas SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) es cualquier SOFTWARE que permite el ACCESO a DATOS REMOTOS de un PROCESO y además permite, utilizando las herramientas de comunicacione necesarias en cada caso, la SUPERVISIÓN y el CONTROL del mismo. Un sistema SCADA incluye un hardware de señal de entrada y salida, controladores, interfaz hombre-máquina, comunicaciones, redes, base de datos y software. El termino SCADA usualmente se refiere a un sistema central que monitorea y controla un sitio completo o un sistema que se extiende sobre una gran distancia (kilómetros / millas).

8 CONCEPTO DEL SISTEMA La mayor parte del control del sitio es en realidad realizada automáticamente por una Unidad Terminal Remota (RTU) o por un Controlador Lógico Programable (PLC). Las funciones de control del servidor están casi siempre restringidas a reajustes básicos del sitio o capacidades de nivel de supervisión.

9 CONCEPTO DEL SISTEMA Por ejemplo un PLC puede controlar el flujo de agua fría a través de un proceso, pero un sistema SCADA puede permitirle a un operador cambiar el punto de consigna (set point) de control para el flujo, y permitirá grabar y mostrar cualquier condición de alarma como la pérdida de un flujo o una alta temperatura. La realimentación del lazo de control es cerrada a través del RTU o el PLC; el sistema SCADA monitorea el desempeño general de dicho lazo.

10 COMPONENTES DEL SISTEMA
Los tres componentes de un sistema SCADA son: 1. Múltiples Unidades de Terminal Remota (también conocida como RTU o Estaciones Externas). 2. Estación Maestra y Computador con HMI. 3. Infraestructura de Comunicación

11 UNIDAD DE TERMINAL REMOTA (RTU)
La RTU se conecta al equipo físicamente y lee los datos de estado como los estados abierto/cerrado desde una válvula o un intercambiador, lee las medidas como presión, flujo, voltaje o corriente. Por el equipo el RTU puede enviar señales que pueden controlarlo: abrirlo, cerrarlo, intercambiar la válvula o configurar la velocidad de la bomba. La RTU puede leer el estado de los datos digitales o medidas de datos analógicos y envía comandos digitales de salida o puntos de ajuste analógicos. Una de las partes más importantes de la implementación de SCADA son las alarmas. Una alarma es un punto de estado digital que tiene cada valor NORMAL o ALARMA. La alarma se puede crear en cada paso que los requerimientos lo necesiten. El operador de SCADA pone atención a la parte del sistema que lo requiera, por la alarma. Pueden enviarse por correo electrónico o mensajes de texto con la activación de una alarma, alertando al administrador o incluso al operador de SCADA.

12 ESTACIÓN MAESTRA El termino "Estación Maestra" se refiere a los servidores y el software responsable para comunicarse con el equipo del campo (RTUs, PLCs, etc) en estos se encuentra el software HMI corriendo para las estaciones de trabajo en el cuarto de control, o en cualquier otro lado. En un sistema SCADA pequeño, la estación maestra puede estar en un solo computador, A gran escala, en los sistemas SCADA la estación maestra puede incluir muchos servidores, aplicaciones de software distribuido, y sitios de recuperación de desastres.

13 ESTACIÓN MAESTRA El sistema SCADA usualmente presenta la información al personal operativo de manera gráfica. Esto significa que se puede ver un esquema que representa la planta que está siendo controlada. Por ejemplo un dibujo de una bomba conectada a la tubería puede mostrar al operador cuanto fluido esta siendo bombeado. El operador puede cambiar el estado de la bomba a apagado. El software HMI mostrará el promedio de fluido en la tubería decrementándose en tiempo real. Los diagramas de representación puede consistir en gráficos de líneas y símbolos esquemáticos para representar los elementos del proceso, o pueden consistir en fotografías digitales de los equipos sobre los cuales se animan las secuencias (El paquete HMI para el sistema SCADA típicamente incluye un programa de dibujo con el cual los operadores o el personal de mantenimiento del sistema usan para cambiar la manera que estos puntos son representados en la interfase).

14 ESTACIÓN MAESTRA

15 SOFTWARE SCADA Gestión Intercambio de información para la toma de decisión estratégica. Operación Supervisión, mando y adquisición de datos del proceso. Control Dispositivos de control distribuido Sensores y Actuadores Dispositivos de campo e instrumentación. El software SCADA se ajustan a estas premisas. Tienen 4 niveles principales:

16 EL SOFTWARE SCADA Manejo del soporte o canal de comunicación.
Manejo de uno o varios protocolos de comunicación (Drive) Manejo y actualización de una Base de Datos Administración de alarmas (Eventos) Generación de archivos históricos. Interfaces con el operador (MMI - Man Machine Inteface) Capacidad de programación (Visual Basic, C) Transferencia dinámica de datos (DDE) Conexión a redes

17 COMPONENTES DE CONTROL DISRIBUIDO
La solución de SCADA a menudo tiene componentes de sistemas de control distribuido, DCS (Distribuited Control System). El uso de RTUs o PLCs sin involucrar computadoras maestras está aumentando, los cuales son autónomos ejecutando procesos de lógica simple. Frecuentemente se usa un para crear programas que corran en estos RTUs y PLCs.

18 SCADA Y CONTROL DISTRIBUIDO

19 AREAS DE APLICACION Monitorizar procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de suministro de agua, para controlar la generación y distribución de energía eléctrica, de gas o en oleoductos y otros procesos de distribución Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación) Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y determinar , índices de , entre otros) Control de Calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios para calcular índices de estabilidad de la producción, índice de piezas NOK/OK, etc.; Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con un servidor (Enterprise Resource Planning o sistema de planificación de recursos empresariales), e integrarse como un módulo más). Tratamiento histórico de información.

20 EJEMPLO DE SCADA

21 Interfaz Hombre - Maquina
Una interfaz Hombre - Maquina o HMI ("Human Machine Interface") es el aparato que presenta los datos a un operador (humano) y a través del cual éste controla el proceso. La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de estandarizar la manera de monitorear y de controlar múltiples sistemas remotos, PLCs y otros mecanismos de control. Aunque un PLC realiza automáticamente un control pre- programado sobre un proceso, normalmente se distribuyen a lo largo de toda la planta, haciendo difícil recoger los datos de manera manual. Los sistemas SCADA lo hacen de manera automática. Históricamente los PLC no tienen una manera estandár de presentar la información al operador.

22 Interfaz Hombre - Maquina
La obtención de los datos por el sistema SCADA parte desde el PLC o desde otros controladores y se realiza por medio de algún tipo de red, posteriormente esta información es combinada y formateada. Un HMI puede tener también vínculos con una base de datos para proporcionar las tendencias, los datos de diagnostico y manejo de la información. También un cronograma de procedimientos de mantenimiento, información logística, esquemas detallados para un sensor o maquina en particular.

23 Interfaz Hombre - Maquina
Desde cerca de 1998, virtualmente todos los productores principales de PLC ofrecen integración con sistemas HMI/SCADA, muchos de ellos usan protocolos de comunicaciones abiertos y no propietarios. Numerosos HMI/SCADA de terceros ofrecen compatibilidad incorporada con la mayoría de PLCs, incluyendo la entrada al mercado de ingenieros y técnicos para configurar estas interfaces por sí mismos, sin la necesidad de un programa hecho a medida escrito por un desarrollador de software.

24 Necesidad de un sistema SCADA
SCADA esta presente en aplicaciones sencillas, como controladores de temperatura en un espacio, hasta aplicaciones muy complejas como el control de plantas nucleares!! El número de variables del proceso que se necesita monitorear es alto. El proceso está geográficamente distribuido. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en una localidad. Las información del proceso se necesita en el momento en que los cambios se producen en el mismo, o en otras palabras, la información se requiere en tiempo real.

25 Necesidad de un sistema SCADA
La necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas. Los beneficios obtenidos en el proceso justifican la inversión en un sistema SCADA. Estos beneficios pueden reflejarse como aumento de la efectividad de la producción, de los niveles de seguridad, etc. La complejidad y velocidad del proceso permiten que la mayoría de las acciones de control sean iniciadas por un operador.

26 El software SCADA Un Software SCADA se ejecuta desde el ordenador y los módulos específicos le permiten comunicarse con los dispositivos de control de planta (hacia abajo) y los elementos de gestión (hacia arriba). Estos programas son lo denominados drivers (controladores) de comunicaciones. Los controladores de comunicación, se ocupan de gestionar los enlaces de comunicación, tratamiento de la información a transferir y protocolos de comunicación (Profibus, Can, Ethernet).

27 El software SCADA 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.

28 El software SCADA

29 El software SCADA Según la importancia del sistema, es posible especializar componentes, realizando tareas exclusivas dentro del sistema de control (servidores de datos, de alarmas, de históricos, de interfase hombre-máquina, etc.). Una vez los datos de planta se han procesado, pueden transferirse a otras aplicaciones de software, tales como hojas de cálculo o bases de datos. Esto es lo que denominamos gestión de datos, nos permite analizar eventos, alarmas y emergencias, ocurridas durante la producción.

30 El software SCADA En un programa SCADA tendremos dos bloques bien diferenciados: el programa de desarrollo y el programa de ejecución o Run-time: – El programa de desarrollo engloba las utilidades relacionadas con la creación y edición de las diferentes ventanas de la aplicación, así como sus características. – El programa Run-time permite ejecutar la aplicación creada con el programa de desarrollo.

31 CONCEPTO DE SUPERVISIÓN
Es el conjunto de acciones desempeñadas con el propósito de asegurar el correcto funcionamiento del proceso incluso en situaciones anómalas. El objetivo final es facilitar las tareas del operario encargado de la vigilancia de un proceso y su seguimiento.

32 PROCESO – AUTOMATIZACIÓN
– Secuencia, u orden definido, de actividades químicas, físicas o biológicas que se llevan a cabo para la conversión, transporte o almacenamiento de material o energía. Tipos de Procesos – Proceso batch: procesos cuyo resultado es una cantidad finita de material. – Procesos continuos: procesos en los que se obtiene un flujo continuo de material.

33 PROCESO – AUTOMATIZACIÓN
– Forma de ordenación a partir de la secuenciación automática de tareas y regulación de variables para que sigan las consignas impuestas. • Supervisión – El objetivo de la supervisión es asegurar este orden aún cuando haya desviaciones no previstas en la automatización. – Se establece la supervisión en un nivel jerárquicamente superior a la automatización.

34 PROCESO – AUTOMATIZACIÓN
Capacidades de la Supervisión: Registrar la evolución del proceso y detectar desviaciones indeseadas en las variables. Analizar estas desviaciones y deducir el motivo. Elaborar un diagnóstico de la situación. Resolver situaciones conflictivas en línea, en caso de ser posible. Tomar las medidas adecuadas para que no vuelva a suceder.

35 MODELADO Y CONOCIMIENTO
Modelo del Proceso – Descripción del proceso que aporte un conocimiento a priori sobre sus funcionalidades y características. – El concepto de modelo equivale al de conocimiento teórico del proceso . – El modelo se presenta como una forma de validar el comportamiento del proceso .

36 BENEFICIOS DE LA SUPERVISIÓN
Aseguran la calidad y homogeneidad del producto. Permiten al operador el máximo soporte liberándolo de la tensión que supone una vigilancia constante. Correcto aprovechamiento del conocimiento e información disponible sobre el proceso. Reducen el coste de aprendizaje del personal de planta Permiten una rápida reubicación del personal de planta.

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