Guía básica de sistemas SCADA (2ª PARTE)

Configuración punto-a-punto

Ver 1ª PARTE

Cuadro simple vs unidad modular

La estación Remota usualmente está disponible en dos tipos, un cuadro simple. El cuadro simple proporciona un número fijo de interfaz de entrada/salida (I/O). Es más barato, pero no ofrece fácil capacidad de expansión a un sistema sofisticado. El tipo modular es una estación remota con mayor capacidad de expansión.

Red de comunicación

La red de comunicación se refiere al equipo de comunicación necesario para transferir datos a y de diferentes sitios. El medio usado puede ser cable, teléfono o radio.

El uso del cable usualmente se implementa en factorías. Esto no es práctico para sistemas que cubren áreas extensas por el alto coste de los cables, conducciones y el trabajo de instalarlos.

El uso de líneas de teléfono es una solución más barata para sistemas con cobertura grande. Las líneas alquiladas se usan para sistemas que requieren conexión on-line con estaciones remotas.

En los sitios remotos normalmente no hay líneas telefónicas accesibles. En estos ambientes el uso de radio ofrece una solución económica. Los módems de radio se usan para conectar los sitios remotos al anfitrión. 

Una operación on-line también puede ser implementada en el sistema de radio. Para localizaciones donde un link de radio directo no puede ser establecido, se usa un repetidor de radio para conectar estos sitios.

Estación de supervisión central (CMS)

La Estación de Supervisión Central (Central Monitoring Station CMS) es la unidad maestra del sistema SCADA. Está a su cargo la información colectada obtenida por las estaciones remotas y generando la acción necesaria para cualquier evento detectado. El CMS puede tener una configuración de computadora simple o puede estar conectada en red para permitir compartir información desde el sistema SCADA.

El programa de interfaz hombre máquina (Man-Machine Interface MMI) estará funcionando en el computador CMS. Un diagrama de toda la planta se mostrará en la pantalla para una identificación más fácil del sistema real. Cada punto I/O de las unidades remotas puede mostrarse con la representación gráfica correspondiente y la lectura I/O.  La lectura del flujo puede mostrarse en una representación gráfica de un caudalímetro. Se mostrará un depósito con los contenidos de fluido correspondientes dependiendo del nivel del tanque actual.

Los parámetros de configuración tales como valores de disparo, límites, etc. Entran en el programa y son descargados a las unidades remotas correspondientes actualizando sus parámetros de operación.

El programa MMI puede también crear una ventana separada para alarmas. La ventana de alarma puede mostrar el nombre de etiqueta de alarma, descripción, valor, valor del punto de disparo, tiempo, fecha y otra información pertinente. Todas las alarmas se salvarán en un archivo separado para revisión posterior.

Configuraciones del sistema típicas

Hay dos configuraciones de red típicas para los sistemas SCADA basados en telemetría de radio. Son las configuraciones punto-a-punto y la punto-a-multipunto.

Configuración punto-a-punto

La configuración punto-a-punto es la configuración más simple de un sistema de telemetría. Aquí los datos cambian entre dos estaciones. Una estación puede ser configurada como maestro y la otra como esclavo. Un ejemplo es una configuración de dos RTUs: Una para un depósito y la otra para una bomba de agua en una localización diferente. Cuando el tanque está casi vacío, el RTU en el tanque enviará un comando EMPTY a la otra RTU. Tras recibir este comando, el RTU en la bomba de agua comenzará a bombear agua al depósito. Cuando el tanque está lleno, la RTU del tanque enviará un comando FULL al RTU de la bomba para parar el motor.

Configuración punto-a-multipunto

La configuración punto-a-multipunto es aquella en la que el dispositivo está designado como la unidad master para varias unidades esclavo. El maestro es usualmente el anfitrión principal y está localizado en la sala de control. Mientras que los esclavos son unidades remotas en los sitios remotos. A cada esclavo se asigna una dirección única o número de identificación.

Configuración punto-a-Multipunto

Modos de comunicación

Hay dos modos de comunicación disponible, estos son el sistema polled (interrogación) y el sistema interrupt.

Sistema polled

En el sistema Polled o Maestro/esclavo, el maestro es el control total de las comunicaciones. El maestro hace un polling regular de datos (es decir, envía y recibe datos) a cada esclavo en secuencia. La unidad esclavo responde al maestro sólo cuando recibe una respuesta. A éste se denomina método half-duplex. Cada unidad esclavo tiene su dirección única que permite identificación correcta. Si un esclavo no responde durante un periodo de tiempo predeterminado, el maestro reintenta interrogar un número de veces antes de interrogar  la siguiente unidad esclavo.

Ventajas:

• El proceso de obtener datos es bastante simple.
• No ocurren colisiones en la red.
• Los fallos de conexión pueden ser fácilmente detectados.

Desventajas:

• El tipo Interrupt solicita una acción inmediata slave que no puede ser manejada inmediatamente.
• El tiempo de espera se incrementa con el número de esclavos.
• Toda la comunicación entre esclavos tiene que pasar a través del maestro con complejidad añadida.

Sistema interrupt

Aquí el esclavo supervisa todas las entradas. Cuando detecta un cambio significativo o cuando excede un límite, el esclavo inicia comunicación al maestro y transfiere datos. El sistema está diseñado con detección de error y proceso de recuperación para arreglársela con las colisiones. Antes de que transmita cualquier unidad, debe primero controlar si cualquier otra unidad está transmitiendo. Esto puede hacerse detectando primero el transportador del medio de transmisión. Si otra unidad está transmitiendo, se requiere alguna forma de tiempo de retraso aleatorio antes de intentarlo de nuevo. Las colisiones excesivas dan como resultado una operación del sistema errática y fallo del sistema posible. Para arreglárselas con esto, si después de varios intentos, el esclavo todavía falla el transmitir un mensaje al maestro, espera hasta ser encuestada por el maestro.

Ventajas:

·         El sistema reduce transferencia de datos innecesaria como en los sistemas polled.

·         Detección rápida de información urgente del estatus.

·         Permite una comunicación esclavo-a-esclavo.

Desventajas:

• El maestro puede detectar sólo un fallo de link después de un periodo de tiempo, esto es, cuando el sistema es polled.
• Se necesita acción del operador para tener los últimos valores.

Puede ocurrir colisión de datos y puede causar retraso en la comunicación.

Integración del paquete SCADA con hardware nuevo y existente

Con frecuencia se contará previamente con una infraestructura existente como son los controladores lógicos programables (PLCs),  así como las unidades de terminal remota (RTUs) a los cuales requiere agregar nuevos dispositivos para automatizar su sistema de automatización. El paquete SCADA que usted elija debe ser capaz de comunicarse con su hardware existente así como con el hardware más actualizado, como son los controladores de automatización programable (PACs). Si bien OLE para control de procesos (OPC) se ha convertido en el estándar de la industria de-facto para comunicarse con dispositivos de automatización, existen aún muchos sensores e instrumentos que requieren sus propios dispositivos. La habilidad para escribir sus propios dispositivos dentro de su ambiente SCADA se torna un factor clave para su habilidad de utilizar hardware existente con el nuevo hardware.

Adicional a la funcionalidad OPC, Modbus es otro protocolo industrial popular utilizado con frecuencia para tener acceso a registros en RTUs y sensores. Los TCP/IP y UDP son algunos de los otros protocolos de bajo nivel que pueden utilizarse para comunicarse con hardware un diferente. Con un sistema SCADA abierto en su totalidad, podemos comunicarnos con cualquier hardware existente mientras que a la vez se agrega el hardware más actual a medida que progresa el sistema.

Sistemas operativos para ejecutar la aplicación

Todos los sistemas HMI/SCADA típicamente se ejecutan en los sistemas operativos Windows XP y  Windows Vista. Sin embargo, con Windows CE y Windows XP han ganado popularidad debido a sus menores costes y huellas de software más pequeñas. Los SOs Linux y Macintosh no son tan populares en este campo pero aún así deben ser considerados.

Consideraciones de seguridad de los sistemas SCADA

Amenazas ambientales

El equipo SCADA puede ser sensible a los efectos de las sobrepresiones y vibraciones. Donde las aceleraciones excedan los límites permitidos del equipo disponible, el equipo se montaría en plataformas aisladas.

1. El equipo SCADA debe también protegerse de los efectos del polvo, suciedad, agua, agentes corrosivos, otros fluidos y contaminación por localización apropiada dentro de las instalaciones o especificando el cerramiento apropiado. Deben cuidarse también que los métodos de instalación y penetraciones en conductos no comprometen la integridad del cerramiento.
2. Las salas de control dispondrán de sistemas de protección contra el fuego con agentes secos o sistemas sprinkler de pre-acción con doble enclavamiento usando detección cruzada, para minimizar la amenaza de descarga de agua accidental en equipos no protegidos.
3. Los sensores, actuadores, controladores, HMI, UPPS y otros equipos SCADA localizados en las instalaciones utilizarían carcasas con un nivel de protección ambiental mínima de IP66 por EN 60529 o tipo 4 por NEMA 250. Donde asuntos de gestión térmica u otros requerimientos del equipo previenen el uso de tales cerramientos, se proporcionarán medios alternativos para proteger el equipo de contaminantes ambientales.

Bibliografía

·         Cinco preguntas que debe hacerle a su proveedor SCADA. NI
·         SCADA Primer. COMPU SYSTEM