Sistema SCADA: ¿Qué es? (Control de supervisión y Adquisición de Datos)

Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

Que es SCADA

SCADA significa «Control de supervisión y adquisición de datos». SCADA es un tipo de arquitectura de sistema de control de procesos que utiliza computadoras, comunicaciones de datos en red e interfaces gráficas hombre-máquina (HMI) para permitir una gestión y control de supervisión de procesos de alto nivel.

Los sistemas SCADA se comunican con otros dispositivos, como controladores lógicos programables (PLC) y controladores PID para interactuar con equipos y plantas de procesos industriales.

Los sistemas SCADA forman una gran parte de la ingeniería de sistemas de control . Los sistemas SCADA recopilan piezas de información y datos de un proceso que se analiza en tiempo real (el «DA» en SCADA). Registra y registra los datos, además de representar los datos recopilados en varias HMI.

Esto permite a los operadores de control de procesos supervisar (la «S» en SCADA) lo que está sucediendo en el campo, incluso desde una ubicación distante. También permite a los operadores controlar (la «C» en SCADA) estos procesos interactuando con la HMI.

Los sistemas de control de supervisión y adquisición de datos son esenciales para una amplia gama de industrias y se utilizan ampliamente para el control y seguimiento de un proceso. Los sistemas SCADA se utilizan de manera destacada, ya que tienen el poder de controlar, monitorear y transmitir datos de una manera inteligente y sin problemas. En el mundo actual impulsado por los datos, siempre estamos buscando formas de aumentar la automatización y tomar decisiones más inteligentes mediante el uso adecuado de los datos, y los sistemas SCADA son una excelente manera de lograrlo.

Los sistemas SCADA se pueden ejecutar virtualmente, lo que permite al operador realizar un seguimiento de todo el proceso desde su lugar o sala de control. Se puede ahorrar tiempo utilizando SCADA de manera eficiente. Un ejemplo excelente es que los sistemas SCADA se utilizan ampliamente en el sector del petróleo y el gas. Se utilizarán grandes oleoductos para transferir petróleo y productos químicos dentro de la unidad de fabricación.

Por lo tanto, la seguridad juega un papel crucial, de modo que no debería haber ninguna fuga a lo largo de la tubería. En caso de que ocurra alguna fuga, se utiliza un sistema SCADA para identificar la fuga. Infiere la información, la transmite al sistema, muestra la información en la pantalla de la computadora y también da una alerta al operador.

Los sistemas SCADA genéricos contienen componentes de hardware y software. La computadora utilizada para el análisis debe estar cargada con el software SCADA. El componente de hardware recibe los datos de entrada y los introduce en el sistema para su posterior análisis.

El sistema SCADA contiene un disco duro, que registra y almacena los datos en un archivo, después del cual se imprime cuando lo necesita el operador humano. Los sistemas SCADA se utilizan en diversas industrias y unidades de fabricación como energía, alimentos y bebidas, petróleo y gas, energía, agua y unidades de gestión de residuos y muchas más.

Historia de SCADA

Antes del nacimiento de los sistemas SCADA, los pisos de fabricación y las plantas industriales dependían del control manual y el monitor mediante botones pulsadores y equipos analógicos. A medida que el tamaño de las industrias y las unidades de fabricación creció en tamaño, comenzaron a usar relés y temporizadores, que proporcionaban control de supervisión hasta cierto punto.

Desafortunadamente, los relés y temporizadores pudieron resolver problemas solo con una funcionalidad de automatización mínima , y reconfigurar el sistema fue difícil. Por lo tanto, todas las industrias requerían un sistema más eficiente y completamente automatizado.

Las computadoras se desarrollaron con fines de control industrial a principios de la década de 1950. Poco a poco, se introdujo el concepto de telemetría para la comunicación virtual y la transmisión de datos.

Alrededor del año 1970, se acuñó el término SCADA junto con la evolución de los conceptos de microprocesadores y PLC.

Esto ayudó al desarrollo de un sistema totalmente automatizado, que se puede utilizar de forma remota en la industria. Con el paso de los años, a principios de la década de 2000, se desarrollaron sistemas SCADA distribuidos.

Surgieron sistemas SCADA modernos que nos permitieron controlar y monitorear datos en tiempo real en cualquier parte del mundo.

La interacción en tiempo real impulsó el negocio y llevó el crecimiento de las industrias a mayores alturas. Incluso si el operador no tenía mucho conocimiento sobre el desarrollo de software, pudo administrar los sistemas SCADA modernos.

Conceptos básicos de SCADA

Objetivos de SCADA

1. Monitor : los sistemas SCADA monitorizan continuamente los parámetros físicos
2. Medida : Mide el parámetro a procesar.
3. Adquisición de datos : adquiere datos de RTU (unidades terminales remotas), registradores de datos, etc.
4. Comunicación de datos : ayuda a comunicar y transmitir una gran cantidad de datos entre las unidades MTU y RTU
5. Control : seguimiento y control del proceso en línea en tiempo real
6. Automatización : ayuda a la transmisión automática y la funcionalidad.

Los sistemas SCADA constan de unidades de hardware y unidades de software. Las aplicaciones SCADA se ejecutan mediante un servidor. Las computadoras de escritorio y las pantallas actúan como una HMI que están conectadas al servidor. Los componentes principales de un sistema SCADA incluyen:

• Unidad terminal maestra (MTU)
• Unidad terminal remota (RTU)
• Red de comunicación (definida por su topología de red )

Unidad terminal maestra (MTU)

MTU es el núcleo del sistema SCADA. Comprende una computadora, un PLC y un servidor de red que ayuda a MTU a comunicarse con las RTU. MTU inicia la comunicación, recopila y guarda datos, ayuda a interactuar con los operadores y a comunicar datos a otros sistemas.

Unidad terminal remota (RTU)

Al ser empleado en los sitios de campo, cada Unidad Terminal Remota (RTU) está conectada con sensores y actuadores. RTU se utiliza para recopilar información de estos sensores y luego envía los datos a MTU. Las RTU tienen la capacidad de almacenamiento.

Entonces, almacena los datos y transmite los datos cuando MTU envía el comando correspondiente. Las unidades desarrolladas recientemente se emplean con sistemas sofisticados que utilizan PLC como RTU. Esto ayuda a la transferencia directa y al control de datos sin ninguna señal de MTU.

Red de comunicacion

En general, red significa conexión. Cuando le dice a una red de comunicación, se define como un enlace entre RTU en el campo y MTU en la ubicación central. El canal de comunicación bidireccional alámbrico o inalámbrico se utiliza con fines de red. También se utilizan varios otros medios de comunicación como cables de fibra óptica , cables de par trenzado, etc.

Funciones de los sistemas SCADA

En pocas palabras, podemos decir que el sistema SCADA es una colección de componentes de hardware y software que permite que las unidades de fabricación realicen funciones específicas. Algunas de las funciones importantes incluyen

• Para monitorear y recopilar datos en tiempo real
• Para interactuar con dispositivos de campo y estaciones de control a través de la interfaz hombre-máquina (HMI)
• Para registrar los eventos del sistema en un archivo de registro
• Para controlar el proceso de fabricación de forma virtual
• Informes y almacenamiento de información

Software SCADA

Como se mencionó anteriormente, el software SCADA juega un papel importante en todo el análisis del proceso. Hay varias grandes empresas de fabricación que trabajan exclusivamente en software SCADA. Hay muchos factores que deben tenerse en cuenta antes de seleccionar e implementar el software SCADA. Por mencionar algunos,

• La vida útil del software : dado que va a invertir mucho en adquirir el software, siempre es mejor comprobar si el software durará entre 5 y 10 años en el futuro.
• Solicitud de información: es un término comercial que se utiliza para especificar detalles sobre vendedores y proveedores. Si compra software de un proveedor en particular, él / ella debería poder brindarle soporte técnico cuando sea necesario.
• Software de historiador: el término historiador significa que el software debe guardar datos con marcas de tiempo, que se pueden utilizar para referencia futura. Por lo tanto, su software debe ser competente para manejar los datos del campo y registrarlos.
• Tecnología SCADA: Como todos sabemos, la tecnología está creciendo rápidamente para satisfacer nuestras necesidades. Cuando te refieres a tecnología, no implica que siempre necesites utilizar la última tecnología que aparece en el mercado. Por el contrario, debe elegir una tecnología que pueda permanecer estable y segura durante más tiempo.
• Supervisión y gestión de alarmas: Casi todos los sistemas SCADA tienen una característica alarmante que viene junto con el desarrollo de software. La configuración de la alarma es importante. Hay dos tipos de sistemas de alarma, a saber, la alarma definida por el sistema gestionada por el propio sistema y la alarma definida por el usuario que gestiona el usuario.

Echemos un vistazo al software desarrollado por los grandes actores del mercado.

Citect SCADA – Schneider Electric

Un software SCADA compacto, flexible y confiable desarrollado por Schneider Electric. El último producto lanzado por ellos es Vijeo Citect (versión 7.10) Citect SCADA sigue siendo una de las tecnologías SCADA de uso común y ciertamente necesita aprender sobre esta plataforma como desarrollador SCADA. De hecho, se ha convertido en parte de las alternativas SCADA para Wonderware.

InTouch – Wonderware

InTouch, que se ha convertido en uno de los proveedores de SCADA más grandes del mercado, proviene de Wonderware, ahora propiedad de Schneider Electric. Aunque Wonderware es relativamente nuevo en el mercado, está ganando popularidad rápidamente.

La plataforma del sistema Wonderware es un sistema SCADA con muchas partes “plug-and-play” que es modular y muy versátil. Debido a la modularidad de este esquema, puede personalizarlo fácilmente según sus requisitos si elige este software SCADA. La ventaja de In Touch es que utilizan estándares abiertos de comunicación y pueden funcionar con la mayoría de los sistemas PLC.

Experion SCADA – Honeywell

Honeywell se usa comúnmente en sistemas PLC (particularmente en los EE. UU.). También son un actor importante en el mercado SCADA, proporcionando una plataforma de software para programar sistemas de software SCADA y HMI. Puede usar su software para un esquema SCADA independiente o usarlo con la plataforma PLC de Honeywell (por ejemplo, la plataforma C200 y C300), así como con RTU como Control Edge RTU.

Si bien el software SCADA de Honeywell está optimizado para comunicarse con otros productos de Honeywell (por ejemplo, PLC y RTU), seguirá funcionando cuando se combine con productos que no sean de Honeywell.

iFIX – General Electric

General Electric (GE) es una de las empresas de fabricación más grandes del mundo y también es un actor importante en el mercado SCADA. IFIX es una de sus soluciones de software y es un sistema SCADA muy flexible. La ventaja de utilizar iFIX es su capacidad para desarrollar pantallas rápidamente con HTML5.

Otra razón son los muchos controladores que le permiten configurar sistemas distribuidos y en red, lo que le permite conectarse e intercambiar información con la mayoría de los PLC actuales. GE también tiene sus propios PLC de marca, pero un sistema GE SCADA no requiere que estos PLC de GE funcionen correctamente.

Encendido – Automatización inductiva

Ignition es un esquema SCADA que utiliza la última arquitectura de IoT en todo su potencial. Ignition from Induction Automation es una muy buena opción si desea un sistema que esté actualizado con todas las normas y técnicas de la Industria 4.0. El encendido es relativamente nuevo en la industria SCADA en comparación con algunos de los sistemas más antiguos. Dicho esto, entre las integraciones de IoT de Ignition y el hecho de que funcionan con la mayoría de los sistemas PLC, muchas empresas han elegido Ignition como su solución SCADA.

SIMATIC WinCC V7 – Siemens

El sistema Siemens SCADA existe desde hace muchos años y se conoce como «WinCC». Siemens es uno de los actores más importantes en la industria de PLC y SCADA, y muchas empresas utilizan la plataforma Siemens. Siemens es una gran empresa que ha ido evolucionando sus plataformas PLC y SCADA a lo largo de los años para adoptar tecnologías modernas. El hecho de que sean un actor importante y veterano en la industria SCADA da a muchas empresas la confianza de confiarles sus aplicaciones SCADA.

Aplicaciones SCADA

SCADA ha hecho un uso integral de características como flexibilidad, confiabilidad y escalabilidad en la automatización de sistemas complejos.

Existen innumerables aplicaciones en el mundo real en las que SCADA ya ha sido eficaz para proporcionar alternativas de vigilancia y control en un amplio espectro de sectores, desde la producción de energía hasta los sistemas agrícolas.

SCADA se usa ampliamente en diferentes áreas de los sistemas químicos, de gas, de agua, de comunicaciones y de energía .

Generación, Transmisión y Distribución de Energía Eléctrica

Mediante el uso de sistemas SCADA, las empresas de servicios eléctricos detectan el flujo de corriente y el voltaje de la línea , monitorean el funcionamiento del interruptor automático (por ejemplo, un interruptor automático de vacío o un interruptor automático SF6 ) y toman secciones de la red eléctrica en línea o fuera de línea.

Unidades de fabricación

Los sistemas SCADA se utilizan para regular la automatización industrial y los robots, y monitorear el proceso y el control de calidad.

Tránsito masivo y tracción ferroviaria

Los funcionarios de tránsito utilizan SCADA para regular la electricidad de los trenes subterráneos, tranvías y trolebuses; automatizar las señales de tráfico ferroviario; para monitorear e identificar trenes y autobuses, y para controlar las puertas de los cruces ferroviarios

Servicios de agua, aguas residuales y alcantarillado

Los servicios de agua estatales y municipales utilizan SCADA para monitorear y controlar el flujo de agua, las concentraciones de los tanques, la presión de las tuberías y otras variables.

Edificios, instalaciones y entornos

Los administradores de instalaciones utilizan SCADA para regular los sistemas de entrada, iluminación, refrigeración y aire acondicionado.

Seguridad del agua: el papel del sistema SCADA

Se sigue investigando mucho sobre cómo implementar conceptos SCADA modernos en plantas de tratamiento de agua y, al mismo tiempo, minimizar el riesgo de acceso no autorizado a la red ( el riesgo cibernético es un problema constante en las grandes empresas).

La red de comunicación de SCADA se distribuye a través del sistema de distribución de agua como se muestra en la figura siguiente. Las estaciones de trabajo, generalmente basadas en PC, están ubicadas en una instalación de tratamiento en una sala de control, permiten a los operadores ver todo el proceso y tomar medidas de control.

Dentro de la planta, los controladores lógicos programables se utilizan en filtros y tratamientos químicos. La red de área local (LAN) se utiliza para vincular los controladores a las estaciones de trabajo. Las unidades terminales remotas (RTU) se utilizan en ubicaciones remotas y generalmente se encuentran en campos sensibles como estaciones de bombeo, tanques de almacenamiento, bóvedas de válvulas y centros de tratamiento.

La RTU se comunica en una red de área amplia tipificada por el esquema de radio que se muestra en la siguiente figura. Un beneficio significativo de los esquemas SCADA es la coordinación de las medidas de seguridad con las actividades. Un sistema SCADA conectado a sistemas de vigilancia perimetral puede reducir considerablemente la necesidad de patrullas tripuladas o eliminarlas.

El esquema SCADA puede proporcionar vigilancia continua de todos los lugares, a diferencia de las patrullas. Puede conectar fácilmente sistemas o dispositivos de seguridad, incluidas cámaras de video, detectores de movimiento, interruptores de contacto, dispositivos de entrada con teclado y lectores de tarjetas, ya sea directamente a la red SCADA o mediante una unidad terminal remota (RTU) vecina. Los sistemas SCADA de hoy también brindan administración de alarmas en casos en los que suceden muchas alarmas en un breve momento.

Las centrales térmicas

La mayoría de las inspecciones operativas de las centrales térmicas son automáticas. Sin embargo, la acción manual puede ser necesaria en ocasiones. Por lo tanto, la planta está equipada con sistemas de monitoreo y alarma que alertan a los operadores de la planta cuando ciertos para-contadores de trabajo se desvían significativamente de su rango normal.

La demanda de mayor confiabilidad y efectividad está creciendo en las centrales térmicas . Después de intervalos periódicos, la planta de energía necesita una inspección y un seguimiento continuos. Puede haber posibilidades de errores cuando los empleados humanos miden en diferentes fases.

Para mejorar la confiabilidad, se requiere automatización para mejorar la eficiencia general de la planta de energía. La automatización se establece mediante el uso de PLC y SCADA, lo que reduce los errores de los trabajadores humanos. El sistema SCADA se utiliza para supervisar un proceso completo.

Industria forestal, pulpa y papel

La industria forestal, de celulosa y papel también confía en los sistemas SCADA. Desde automatización y control de procesos, administración de energía, control de variadores, protección de energía, sistemas de gabinetes y seguridad, la industria tiene amplios usos para SCADA.

Los sistemas SCADA se utilizan en toda la cadena de suministro de papel, incluso dentro del patio de madera, para las astilladoras, evaporadores, digestores, refinadores, limpiadores, secado y prensado y, por supuesto, las máquinas de papel. Este complejo procesamiento de árboles a papel se automatiza de un extremo a otro mediante el uso de sistemas SCADA establecidos.

Diferencia entre PLC y SCADA

SCADA y PLC se pueden confundir fácilmente cuando se aprende por primera vez sobre ingeniería de control. A menudo escuchará los términos «PLC» y «SCADA» utilizados en el mismo tono. Aunque están relacionados, son claramente diferentes entre sí.

Un PLC es un «controlador lógico programable». Se trata esencialmente de una minicomputadora reforzada que se coloca en el campo dentro de un panel, con un montón de entradas y salidas que van desde los dispositivos en el campo al PLC. El PLC monitoreará el estado de estas entradas (por ejemplo, la velocidad de un motor) y, dependiendo del programa interno, emitirá de manera programática varias señales para controlar estos dispositivos de campo (por ejemplo, detener el motor).

Los sistemas SCADA se encuentran «encima» de los controladores lógicos programables. Los PLC casi siempre forman parte de una red SCADA y forman una interfaz entre el campo y SCADA. Los datos que se registran y almacenan en un sistema SCADA generalmente se adquieren a través de la comunicación con el PLC. El PLC continuará ejecutando su programa, leyendo entradas y escribiendo salidas.

El sistema SCADA se utiliza para mantener un registro del estado histórico de estas entradas y salidas, que se puede utilizar para análisis de datos o auditoría. Los controladores lógicos programables tienen una capacidad limitada para el almacenamiento de datos a largo plazo.

Aunque los sistemas SCADA se pueden programar para controlar ciertos aspectos del campo, esta suele ser una situación no deseada. Idealmente, su PLC se ejecutaría de forma autónoma, capaz de manejar programáticamente cualquier situación que encuentre. Debido a la complejidad del mundo real, este no suele ser el caso. En estos casos, se requiere la intervención del operador para el correcto funcionamiento de estos sistemas semiautónomos.

Por lo tanto, el nivel de «control» de la pantalla SCADA (es decir, el software HMI) con el que interactúa el operador es generalmente mucho menor que el control ejecutado por un PLC. Todo lo que se pueda programar fácilmente en lógica (por ejemplo, si el caudal supera los 100 metros / segundo, DETENGA la bomba) se programará en el PLC.

Por lo tanto, los sistemas SCADA se utilizan principalmente para el monitoreo y la adquisición de datos, con capacidades de control utilizadas en circunstancias irregulares o complejas. SCADA permite a los operadores (e ingenieros de sistemas de control) ver una descripción general de la planta desde la distancia, lo que les da la capacidad de responder a cualquier estado anormal. Cabe señalar que un sistema SCADA técnicamente incluye PLC, con los que SCADA se comunicará.

Un PLC se encuentra en el campo y leerá las entradas de campo (por ejemplo, la cinta transportadora se ha detenido) y escribirá las salidas (por ejemplo, iniciar la cinta transportadora) dependiendo de cómo esté programado. Un PLC forma parte de una red SCADA, recibiendo y ejecutando de forma asíncrona ciertos comandos de SCADA (por ejemplo, comandos del operador para detener la bomba), además de ser leído por una red SCADA como fuente de datos.