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Desarrollo de los Sistemas de Visualización
En los años 70 fabricantes de equipos como Siemens,Square-D y Allen-Bradley implementaron autómatascapaces de controlar grandes cantidades de entradasy salidas.
Los años 80 experimentan la introducción de losmicro PLC. Permitían realizar controles modularesque se adaptaban a las necesidades del momento yvenían provistos de sistemas de programacióngenéricos (ladder o escalera)
Se hace necesario para el control de un sistematener información visual de cómo está funcionando.De un simple indicador de aguja se ha llegado agrandes paneles sinópticos que muestran el estadode grandes instalaciones.
Desarrollo de los Sistemas de Visualización
Los grandes cuadros de control empezaban a convertirse en monitoresque podían la misma
fabricantesinformación. desarrollaron
mostrar Varios
paquetes de softwarecapaces de comunicarse con los sistemas de control existentes.
Con la irrupción de Internet en elmundo de las comunicacionesindustriales es posible conectarse conun sistema de control situado encualquier lugar del mundo gracias a latecnología Web-Server.
Desarrollo de los Sistemas de Visualización
IntellutionOmron
SiemensRockwell Automation
Wonderware GE-Fanuc
IFIX SCSWinCCRS-ViewInTouchCimplicity
Generalidades de los Sistemas SCADA
Definiciones para el término SCADA:
SCADA es la tecnología que posibilita al usuario recoger datos deuna o más instalaciones distantes y/o enviar instrucciones decontrol limitadas a estas instalaciones. (SCADA: Supervisory Controland Data Acquisition by Stuart A. Boyer, publicada por ISA TheInstrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition).
SCADA es un sistema que opera con señales codificadas en canales de comunicación para brindar control del equipamiento RTU o unidad terminal remota. (IEEE standard C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of Systems Used for Supervisory Control, Data Acquisition, and Automatic Control).
Generalidades de los Sistemas SCADA
Un sistema SCADA puede definirsesoftware especialmente diseñada
como una aplicación para funcionar sobre
computadores de control de producción con acceso a la plantamediante comunicación digital con los reguladores locales básicose interfaces gráficas de alto nivel con el usuario.
Los SCADA proporcionan un manejo de las operaciones productivas, implementan paradigmas de control más eficientes ymejoran la seguridad del personal y planta con datos en tiempo real. Estos beneficios se hacen posibles gracias al uso de hardware y software estándar en los sistemas SCADA en combinación con protocolos de comunicaciónmejorados y una conectividad incrementada a redes externas, incluyendo Internet.
SCADA es un software quepermite el acceso a datosremotos de un proceso y lacomunicación necesaria encada caso, el control delmismo.Atendiendo a la definiciónvemos que no se trata de unsistema de control, sino deuna utilidad software demonitorización o supervisión,que realiza la tarea deinterfase entre los niveles decontrol (PLC) y los de gestióna un nivel superior
P R O C E S S F I E L D B U S
Estructura Genérica de un Sistema de Supervisión y Control
Primer Nivel de AplicacionesSituadas en uno o varios nodos que contienen las herramientasnecesarias para realizar el proceso de recuperación yalmacenamiento de la información proveniente del proceso.
Nivel MedioSe encuentran los servidores de datos y Web. Están capacitados paraobtener información del nodo de Adquisición de Datos. A su vez estees capaz de almacenar la información proveniente del proceso en elservidor de datos e integrar el proceso de planta dentro del sistemade gestión empresarial.
Nivel FinalExisten los nodos denominados de visualización (clientes), quedeben estar capacitados para intercomunicarse directamente con elproceso de planta a través del nodo de adquisición o realizar unarecuperación de la información vía servidor de datos.
Un cliente puede conectarse al sistema también por mediación delservidor Web. En estos casos existen diferencias deimplementación, algunos solo ofrecen la posibilidad de visualizarinformación poniendo por objeción el problema de la seguridad,mientras que otros ofrecen la posibilidad de tomar el control totalde la planta vía Internet
Sistemas Industriales Abiertos (Open Industrial Systems OIS):
Nueva generación de sistemas de control influenciados por la aparición de
los sistemas abiertos en los sistemas administrativos y su impacto en la
automatización integrada verticalmente.
Ventajas y Objetivos de los SCADAs
Economía: es más fácil ver qué ocurre en la instalación
desde la oficina que enviar a un operario a realizar la
tarea.
Accesibilidad: control y mando sobre el proceso
productivo desde RCMS, posibilidad de modificar los
parámetros de funcionamiento de cada proceso,
consultar el estado de las estaciones, detener sistemas.
Mantenimiento: la adquisición de datos materializa la
posibilidad de obtener datos de un proceso,
almacenarlos y presentarlos al usuario. La aplicación se
puede programar de manera que nos avise cuando se
aproximen las fechas de revisión o cuando una máquina
tenga más fallos de los considerados normales.
Ventajas y Objetivos de los SCADAs
Ergonomía: procura hacer que la relación entre el
usuario y el proceso sea lo menos tirante posible. Los
modernos ordenadores, con sus prestaciones gráficas,
intentan sustituir a los grandes paneles.
Gestión: todos los datos recopilados pueden ser
valorados de múltiples maneras mediante herramientas
estadísticas, gráficas y valores tabulados que permitan
explotar el sistema con el mejor rendimiento posible.
Flexibilidad: cualquier modificación de alguna de las
características del sistema de visualización no significa
un gasto en tiempo y medios, pues no hay
modificaciones físicas.
Ventajas y Objetivos de los SCADAs
Conectividad: se buscan sistemas abiertos, es decir,
sin secretos ni sorpresas para
documentación de los protocolos
actuales permite la interconexión
el integrador. La
de comunicación
de sistemas de
diferentes proveedores y evita la existencia de lagunas
informativas que puedan causar fallos en el
funcionamiento o en la seguridad.
La IEEE define como sistema abierto todo aquel que
proporciona los medios para poder funcionar
correctamente con otros sistemas que operen bajo las
mismas especificaciones que éste, siendo estas
especificaciones de dominio público.
Partes componentes de un SCADA.
Un SCADA está formado por una o varias aplicaciones de software que tienen
acceso a determinado proceso industrial. Esta aplicación se relaciona con el
proceso mediante una comunicación digital con instrumentos, actuadores, y
una interfaz gráfica para los operadores.
• Adquisición, gestión primaria de alarmas y almacenado de datos
provenientes del proceso.
• Control del proceso, ya sea actuando sobre autómatas o bien
directamente
sobre el proceso a partir de entradas y salidas (E/S) remotas
• Representación gráfica y animada de las variables medidas y señalización
de alarmas.
Además, mantener una arquitectura abierta y flexible con capacidad para
nuevas adaptaciones, es una característica inherente a este tipo de software.
Módulos comunes de un SCADA.
• Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su
SCADA, adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.
• Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de
control y supervisión de la planta. El proceso se representa mediante
sinópticos gráficos almacenados en el ordenador de proceso y generados
desde el editor.
• Acceso al hardware: proporciona la configuración, control y lectura/
escritura de datos.
• Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a
partir de los valores actuales de variables leídas.
Módulos comunes de un SCADA.
• Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesamiento
ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener
acceso a ellos.
• Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la
planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el
resto de elementos informáticos de gestión. Aquí hay que tener en cuenta
los tipos de enlaces, configuración, formatos, protocolos, etc.
de interfaces de
y tratamiento de
El núcleo de la aplicación lo constituye el conjunto
comunicación junto con los módulos de gestión de datos
alarmas en tiempo real.
MMI: Man Machine Interface, Interfase Hombre-Máquina.
HMI: Human Machine Interface, Interfase Humano-Máquina.
Diagrama en Bloques de un SCADA
Diagrama en Bloques de un SCADA
En la mayoría de los casos se utilizan interfaces promovidas por Microsoft
(por ejemplo: ODBC, DDE, COM, DCOM, ActiveX, SQL, OPC), aunque
muchos programas siguen ofreciendo drivers específicos entre un tipo
de autómatas programables y la aplicación SCADA, o APIs específicas,
entre aplicaciones.
La posibilidad de utilizar interfaces estándar tipo OPC (OLE for Process
Control: un estándar de comunicación en el campo del control y
supervisión de procesos.) nos garantiza que estamos ante un producto
más abierto, capaz de comunicarse con nuevostipos de autómatas o
nuevas aplicaciones, sin que sea necesario desarrollar el driver específico
entre SCADA y el nuevo PLC o aplicación.
Red Industrial que soporta un SCADA
SCADA de la Compañía Minera WMC
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148 Autómatas Programables (Allen Bradley, Citect y Siemens).
El paquete SCADA Citect.
60 Estaciones de Operador.
10 Servidores E/S (I/O Servers).
2 Servidores de Gráficas (Trends Servers).
2 Servidores de Alarmas e Informes.
2 Servidores de Windows NT.
2 Servidores Microsoft SQL (Almacenamiento).
PRESTACIONES DEL SISTEMA
3 000 000 de adquisiciones /hora (señales digitales).
63387 alarmas chequeadas / segundo.
20 445 señales analógicas (3500 se almacenan cada 2s).
200 Gráficas por configuración online.
14Gb de Datos accesibles de cualquier nodo.
Arquitectura de comunicaciones de Olympic Dam
Unidad Central (MTU, Master Terminal Unit)
Centraliza el mando del sistema. Se hace uso extensivo de
deprotocolos abiertos, lo cual permite la interoperabilidad
multiplataformas y multisistemas. Se encarga de:
•Gestionar las comunicaciones.
•Recopilar los datos de todas las estaciones remotas (RTU).
•Envío de información.
•Comunicación con los Operadores.
•Análisis.
•Impresión.
•Visualización de datos.
•Mando.
•Seguridad.
Unidad Remota (RTU, Remote Terminal Unit)
Por Unidad o Estación Remota, se define aquel conjunto de elementos
dedicados a labores de control y/o supervisión de un sistema, alejados del
Centro de Control y comunicados mediante algún canal de comunicación.
• RTU (Remote Terminal Unit): especializados en comunicación.
• PLC (Programmable Logic Controller): tareas generales de control.
• IED (Intelligent Electronic Device): tareas específicas de control.
Remote Terminal (RTU)
Poseen funciones de recogida y procesamiento de datos, así como de seguridad
ante accesos sin autorización o situaciones anómalas que puedan perjudicar el
funcionamiento de la estación y provocar daños en sus componentes. Las RTUs
controlan directamente el proceso mediante tarjetas convertidoras adecuadas o
que se comunican con los elementos de control (PLC, Reguladores) mediante los
protocolos de comunicación adecuados.
Programmable Logic Controller
Los controladores lógicos programables o PLC
(Programmable Logic Controller), empezaron como
sistemas de dedicación exclusiva al control de
instalaciones, máquinas o procesos. Con el tiempo
han ido evolucionando, incorporando cada vez más
prestaciones en forma de módulos de ampliación,
entre ellos los Procesadores de Comunicaciones, que
han hecho desvanecerse la línea divisoria entre RTU y
PLC, quedando incluidas todas las
prestaciones en el PLC.
A su vez, los PLC pueden tener elementos
distribuidos con los cuales se comunican a través de
sistemas de comunicación llamados Buses de Campo.
Intelligent Electronic Device
Son los denominados periféricos inteligentes. Se trata de
elementos con propiedades de decisión
(programas) que se ocupan de tareas de
propias
control,
regulación y comunicación. Dentro de esta clasificación se
pueden encontrar elementos tales como PCL,
Reguladores, Variadores de Frecuencia, Registradores,
Procesadores de comunicaciones, Generadores de tiempo
y frecuencia, Controladores de energía reactiva,
Transductores, etc.
Es todavía habitual encontrar que muchos de estos
elementos utilizan protocolos propietarios y dan origen a
las denominadas islas de automatización.
Arquitectura general de una RTU.
Sistema de Comunicación.
El intercambio de información entre servidores y clientes se basa en la
relación de productor-consumidor. Los servidores de datos interrogan de
manera cíclica a los elementos de campo (polling), recopilando los datos
generados por registradores, autómatas, reguladores de proceso, etc.
• Línea telefónica, dedicada o no.
• Cable coaxial.
• Fibra óptica.
• Telefonía celular (GPRS, UMTS).
• Radio (enlaces de radio VHF, UHF, Microondas).
Buses especiales de comunicación proporcionan al operador la posibilidad
de comunicarse con cualquier punto, local o remoto, de la planta en
tiempo real.
Implementación de Comunicaciones
Topologías de los Sistemas de Comunicación.
Las diversas combinaciones de los elementos que se comunican dan
lugar a topologías determinadas:
Punto a punto: la relación es del tipo Maestro-Esclavo. Un solo elemento remoto (RTU) estáconectado al sistema de control (MTU) mediante unalínea de comunicación
Multipunto dedicado: una variante del modelo
anterior. Un solo sistema de control conectado a
varias estaciones remotas mediante enlaces directos
permanentes. Esta configuración es delicada, pues
todo el tráfico de la red se centra en un solo punto,
la Unidad Central, que debe poder gestionar todo el
tráfico generado por el resto de elementos.
Topologías de los Sistemas de Comunicación.
Multipunto compartido estrella: tipo Maestro-
Esclavo. Esta configuración en estrella utiliza un solo
puerto de comunicaciones, realizándose el
intercambio de datos por turnos. Esto es posible
debido a que las estaciones remotas tienen
identificadores únicos.
Multipunto compartido en bus: similar al anterior,
pero con estructura Maestro-Esclavo, multimaestro
o Cliente-Servidor. Una o varias unidades centrales
están conectadas a una o varias estaciones remotas
mediante un medio común (bus). El acceso es
también por orden y está gestionado por el sistema
Maestro (polling).
Topologías de los Sistemas de Comunicación.
Multipunto compartido en anillo: Más robusta al
proporcionar dos caminos para la información. En
caso de fallo de un nodo el tráfico no se
interrumpe.
Generalmente cualquier aplicación de cierta envergadura utiliza varios de estos
métodos de forma simultánea, tanto en medios de transmisión como en
topologías. Esto permite su implantación de forma más eficiente, adaptando los
recursos técnicos al terreno y optimizando los costes.
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Fecha: 04.01.17Archivo: SWINCC01e.43
Configuraciones para sistemas monousuario
MPI (sólo S7) ,SIMATIC NET PROFIBUSSIMATIC NET Ethernet Industrial
SIMATIC S5 / S7 / TI505o
PLCs de otros fabricantes
SIMATIC S5 / S7 / TI505o
PLCs de otros fabricantes
WinCC
Ejemplo 2
Acoplamiento via red
Ejemplo 1
Acoplamiento serie
Punto a punto serie V.24 / TTY
DK3964R + RK512
COROSOP45
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Centro de Información y Formación Conocimiento para la Automatización
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Operación conjunta de WinCC y LS-B/WIN
SIMATIC NET
SIMATIC NET Ethernet Industrial :- TF (Funciones Tecnológicas)- Manejo de bloques
SIMATIC NET Profibus:- Protocolo FMS- Protocolo DP
MPI:- Protocolo S7
Controladores lógicosprogramables
WinCC LSB/WIN
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Centro de Información y Formación Conocimiento para la Automatización
Fecha: 04.01.17Archivo: SWINCC01e.45
Configuración Servidor Cliente
SIMATIC NET
SIMATIC S5SIMATIC S7-400
Bus terminal (Red de PC‘s)
SIMATIC NETEthernet industrial :
(S7), S5: TF (Funciones
Tecnológicas)S7: Protocolo S7
(S7), S5:S7:
SIMATIC NETProfibus:
FMS (PROFIBUS)Protocolo S7
SIMATIC TI505
Cliente1
Cliente16
Servidor
Todas las aplicaciones
WinCC ServidorRed.
...
Todas las aplicaciones
WinCC
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Servidor
Multi - Cliente / Cliente Web
SIMATIC NET
SIMATIC S5SIMATIC S7-400
Bus Terminal (Red de PC‘s)
SIMATIC TI505
M-Cliente 1 M-Cliente 16
Todas las aplicaciones
WinCC
Servidor1
Cliente Web WinCC
Servidor WebWinCC
Servidor6
Red.
...
Todas las aplicaciones
WinCC
Todas las aplicaciones
WinCC
Todas las aplicaciones
WinCC Todas las aplicaciones
WinCC
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Configuraciones del sistema
Nivel de gestión y nivel de producción
Nivel de dirección corporativa
Nivel de supervisióndel proceso y nivel deorganización de la producción
Nivel de automatización
WinN T
M.-Cliente
Client Servidor / Servidor e R.
Client e
Red de PC
Red LAN
Servido r
Client e
Client e
SIMATIC NET
MPI(no con S5)
Configuraciones monousuariocon PC y OP
Configuracionesmultiusuario conservidor y cliente
S5/S7 S5/S7S505 S5 S7 S505S5/S7
M.-Cliente Servidor 1...Servidor 6
...
Comunicación entre aplicaciones
Un programa del tipo HMI se ejecuta en un computador o Terminal gráfico y
unos programas específicos le permiten comunicarse con los dispositivos de
control de planta (hacia abajo) y los elementos de gestión (hacia arriba).
Estos programas son lo que denominamos controladores (o driver) de
comunicaciones. 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.
Comunicación entre aplicaciones
Comunicación entre aplicaciones
Métodos de intercambio de información:
OPC
El estándar de intercambio de datos por excelencia se denomina OPC (OLE
for Process Control). Es un estándar abierto que permite un método fiable
para acceder a los datos desde aparatos de campo. El método de acceso
siempre es el mismo, sin depender del tipo y origen de los datos.
Se basa en la tecnología COM (Component Object Model), de Microsoft,
que permite definir cualquier elemento de campo mediante sus
propiedades, convirtiéndolo en una interfase. De esta manera es posible
conectar fácilmente cualquier elemento de campo con un servidor de
datos local (COM), o remoto (DCOM).
Comunicación entre aplicaciones
Los componentes OPC se clasifican en clientes o servidores:
Cliente OPC (OPC client): Es una aplicación que sólo utiliza datos, tal como hace
un paquete SCADA. Cualquier cliente OPC se puede comunicar con cualquier
servidor OPC sin importar el tipo de elemento que recoge esos datos (el aspecto
que veremos, desde el punto de vista de los datos, será siempre similar, sin
importar el fabricante del equipo).
Servidor OPC (OPC server)
Es una aplicación que realiza la recopilación de datos de los diversos elementos
de campo de un sistema automatizado y permite el acceso libre a estos elementos
desde otras aplicaciones que los soliciten (clientes OPC).
Comunicación entre aplicaciones
ODBC
Mediante ODBC (Open Data Base Connectivity), también de Microsoft
Windows, tenemos un estándar que permite a las aplicaciones el acceso a
datos en Sistemas de Gestión de Bases de Datos (Data Base Management
Systems) utilizando SQL como método estándar de acceso.
ODBC permite que una aplicación pueda acceder a varias bases de datos
mediante la inclusión del controlador correspondiente en la aplicación
que debe acceder a los datos.
La interfase ODBC define:
• Una librería de llamadas a funciones ODBC.
• La sintaxis SQL necesaria.
• Códigos de error estándar.
• El método de conexión a un Sistema de Gestión de Bases de Datos
• El formato de presentación de los datos
Comunicación entre aplicaciones
SQL
La aparición del estándar por excelencia para la comunicación con bases de
datos, SQL (Structured Query Language), permite una interfase común para el
acceso a los datos por parte de cualquier programa que se ciña al estándar SQL.
ASCII
Con el formato ASCII, común a prácticamente todas las aplicaciones informáticas,
tenemos un estándar básico de intercambio de datos. Es sencillo exportar e
importar datos de configuración, valores de variables, etc.
API
Las herramientas API (Application Programming Interfaces) permiten que el
usuario pueda adaptar el sistema a sus necesidades mediante rutinas de
programa propias escritas en lenguajes estandarizados, tales como Visual Basic,
C++, o Java, lo cual les confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad.