¿Qué es un sistema SCADA? Adéntrate a esta herramienta de monitoreo y control industrial

De hecho, en el mundo actual, existen en casi todas las grandes industrias de diversos sectores, ahí radica la importancia de los sistemas SCADA.

¿Cómo funcionan los sistemas SCADA?

Profundicemos en las funciones de los sistemas SCADA y los componentes que hacen posibles las operaciones. Para ello, manejaremos cuatro etapas que intervienen en el proceso de éstos y en donde se realizan varias funciones que permiten una gestión adecuada de las instalaciones remotas como veremos a continuación:

• Adquisición de datos: La recopilación de datos en el sistema SCADA con frecuencia implica algún tipo de conversión de analógico a digital.
• Comunicación de datos en red: Los datos recopilados se transmiten de forma espontánea o en respuesta a una solicitud de datos a alguna fuente de almacenamiento. Asimismo, el canal de comunicación puede ser analógico o digital y la topología de red SCADA, por lo regular, incluye también alguna clase de transporte independiente de cualquier validación de contenido.
• Presentación de datos: Los datos recopilados se procesan, organizan y muestran para que los operadores del sistema tomen decisiones de control y respuesta adecuadas. La presentación puede variar desde una, valga la redundancia, presentación tabular de eventos registrados hasta una del tipo gráfica (diagramas o imágenes).
• Control: Si las decisiones de control están justificadas y el sistema admite la salida, se envían los comandos apropiados para efectuar cambios operativos o de configuración específicos. La mayoría de las acciones de control las realizan los PLC.

Ahora que ya sabes qué es un sistema SCADA, explicaremos en el siguiente apartado cada uno de los componentes.

Componentes principales del sistema SCADA

Si planeas implementar un sistema SCADA, entonces necesitas conocer y comprender los cuatro componentes básicos presentes en cada red SCADA.

Entradas

Las entradas funcionan con señales eléctricas que interactúan directamente con los elementos en los sitios remotos. Dichos sensores realizan la adquisición de datos, pero no pueden interpretar los protocolos de comunicación por sí mismos. En tanto, el sistema SCADA aún necesita una forma de recopilar estos datos e informar de manera rápida y contundente; justo en este punto interaccionan los PLC, PAC o RTU como veremos a continuación.

RTU

A lo largo del tiempo, las Unidades de Telemetría Remota, fueron los primeros tipos de computadoras que se encargaron de mejorar los procedimientos de automatización y control. Cabe mencionar que su composición era rudimentaria porque se comunicaban a través de cables de cobre y se limitaba a estados de alerta simples en equipos remotos.

No obstante, su uso en los sistemas SCADA ha sido desplazado por otros dispositivos tales como PLC o PAC. El primero, a pesar de ser contemporáneo de los RTU sigue vigente en cada uno de los procedimientos industriales.

PLC y PAC en SCADA

Los PLC (Programmable Logical Controller) y PAC (Programmable Automation Controller) son procesadores, los cuales obtienen información y ejecutan órdenes en diversas operaciones de la industria. Éstos funcionan como una llave maestra en la fabricación y hacen más ágiles los procedimientos de automatización y control. Dicho esto, se convierten en los dispositivos más rentables dentro del sector y fungen como interlocutores entre todos los elementos del proceso y SCADA.

De tal forma, en los PLC y PAC están cargadas todas las secuencias de control y cuentan con módulos de entrada y salida (inputs/outputs) que explicaremos ahora. Los primeros identifican el estado de señales de los componentes tales como botones de mando, interruptores, sensores de temperatura, etc. Por otro lado, los outputs controlan dispositivos como relés, arrancadores de motor, luces, etc.

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La principal diferencia entre uno y otro, es que los PAC utilizan un lenguaje visualmente más atractivo y se apoya en los códigos C y C++ para su configuración. Mientras los PLC, utilizan diversos sistemas de acuerdo con las necesidades del procedimiento a cubrir.

Gracias a estos elementos, e independientemente de la complejidad del proceso o tipo de programa, el sistema SCADA lleva esta información a una base de datos en donde la puede traducir y sintetizar para su análisis.

Interfaz hombre-máquina HMI-SCADA

El software HMI es parte de una unidad de control maestra que procesa datos y permite a un operador humano administrar y controlar el sistema. Así, los HMI en los sistemas SCADA brindan al usuario la información recopilada de múltiples dispositivos hacia los PLC o PAC.

Por ello, la información se muestra en la interfaz de usuario de la unidad maestra, la cual debe ser comprensible y procesable, ya que generalmente se requieren acciones de respuesta rápida. Entonces, el software HMI SCADA presentará los datos como una representación gráfica intuitiva con base en diagramas.

Red de comunicaciones

Aunado a lo anterior, la red de comunicaciones es lo que conecta hardware y software entre sí en los sistemas SCADA en sitios remotos. Hoy en día, una de las tecnologías de comunicaciones más comunes es Ethernet.

Arquitectura SCADA

La red de SCADA brinda la infraestructura de comunicación para diferentes dispositivos de campo, como vimos anteriormente. Estos componentes son monitoreados y controlados de forma remota con la red.

Por ejemplo, para hacer que la comunicación por ese medio sea más eficiente y segura, muchas tecnologías informáticas actuales han evolucionado de diversas formas entre las cuales se encuentran:

• Sistemas monolíticos (primera generación)
• Sistemas distribuidos (segunda generación)
• Sistemas en red (tercera generación)

A continuación, abordaremos las tres generaciones de arquitectura SCADA.

Sistemas monolíticos (primera generación de los sistemas SCADA)

Estos sistemas se consideran de primera generación, esto se debe a que, en ese momento, el concepto de redes no era aplicado a las tecnologías dentro de la industria. Por lo tanto, los sistemas SCADA se implementaron como independientes ya que no había conectividad con otros tipos.

Asimismo, se usaban redes WAN en un sistema SCADA para comunicarse con dispositivos de campo mediante protocolos de comunicación desarrollados por proveedores. Adicionalmente, los protocolos tenían una funcionalidad limitada y sólo podían escanear y controlar puntos dentro de las RTU o los PLC (de acuerdo con el tipo de hardware utilizado).

Sistemas distribuidos (segunda generación de los sistemas SCADA)

Con el desarrollo de tecnologías de redes de área local (LAN), los sistemas SCADA de esta generación distribuían la información a múltiples sistemas y asignaban una función específica para cada estación.

Además, era posible conectar varias estaciones a una LAN para compartir información entre sí en tiempo real con el sistema SCADA. Por ejemplo, el servidor de comunicaciones se podía configurar para comunicar con dispositivos de campo como PLC y PAC.

La distribución de las funciones en los sistemas conectados a la red aumentaba con la potencia de procesamiento, reducía la redundancia y mejoraba la confiabilidad del sistema SCADA en su conjunto. En esta generación, podemos solucionar la falla de los sistemas manteniendo todas las estaciones en la LAN en un estado en línea durante el tiempo de operación; si una estación, digamos la estación HMI, fallaba, otra se haría cargo.

Sistemas en red (tercera generación de los sistemas SCADA)

A diferencia de la segunda, esta generación está basada en una arquitectura de sistema abierto (SCADA open source) en lugar de utilizar soluciones patentadas y, por ende, controladas por el proveedor.

De igual forma, una de las principales diferencias es que la tercera generación puede utilizar productos y protocolos abiertos. Así, las funcionalidades de los sistemas SCADA se pueden distribuir en una WAN y no sólo en una LAN.

Por ejemplo, la mayoría de los dispositivos de campo, como PAC o PLC, los podemos utilizar directamente mediante una conexión Ethernet. Esta arquitectura de sistema abierto permite que varios productos de diferentes proveedores se integren entre sí para construir un sistema SCADA a bajo costo.

En resumen, esta etapa se caracteriza por usar productos y protocolos abiertos por lo cual se pueden distribuir mediante redes WAN y LAN.

Sistemas SCADA ¿para qué sirven?

Como ya lo mencionamos, los sistemas SCADA utilizan la información recabada para hacer más eficientes los procedimientos en los diferentes niveles de los procesos de automatización y control. Por ello, a grandes rasgos te hablamos de las funcionalidades de los sistemas SCADA hoy en día.

Controlar componentes de forma remota

Recordemos que una de las principales funciones de SCADA consiste en desactivar o activar interruptores, válvulas, accionadores, transformadores o cualquier otro componente de forma remota y automática de acuerdo con las necesidades del operador o del mismo proceso.

Procesamiento de información

Como complemento, los datos capturados por los sistemas SCADA requieren de un refuerzo adicional con el objetivo de procesar la información. Para tal fin se concentra la información, pero también da seguimiento para extraer datos específicos.

Generación de reportes

Con base en lo anterior, podemos obtener información detallada sobre los procedimientos. Sin embargo, otra de las funcionalidades que nos ofrecen los sistemas SCADA es la generación de reportes con información específica que desglosa aspectos técnicos en poco tiempo y de forma inmediata.

Emisión de alarmas

Otra de las funcionalidades de los sistemas SCADA, reside en la emisión de alarmas y alertas con el fin de detectar irregularidades sobre los elementos que representan un riesgo para la producción.

En este sentido, al reconocer ciertas discrepancias entre los métodos y la información, es posible mejorar la productividad de los equipos, pero también optimiza los tiempos de producción y se traduce en un costo beneficio alto derivado de los tipos y sistemas SCADA.

Registro de información histórica en SCADA

El principal objetivo de archivar la información y contar con un respaldo de información es precisamente para hacer un diagnóstico con SCADA y así alcanzar la mejora continua de los procesos.

Aunque parece un proceso obvio, es necesario tener claridad de algunos elementos para futuras situaciones, en donde necesitemos hacer comparativas. Ya sea para conocer el promedio de la producción, identificar los errores, pero también identificar y, en caso contrario, definir o mantener ciertos procesos. Además, los sistemas SCADA proporcionan información útil que debe ser registrada, procesada y analizada.

Relación entre SCADA y MES

La relación entre los procesos de automatización industrial está ligada directamente a la optimización de éstos y al eficiente uso de los recursos. De hecho, los sistemas SCADA nos permiten mantener la calidad no sólo en los procedimientos, sino también en los diferentes entornos de la planta como lo veremos a través de su relación con los MES (Manufacturing Execution System).

Aunado a ello, la relación entre MES y SCADA se mantiene inherente por el uso del orden o esquema denominado “pirámide de automatización” en donde, mediante los diferentes niveles obtenemos los datos necesarios de campo a través de los componentes.

Además, como lo vimos antes, dichos volúmenes son procesados de manera general y finalmente, se recaba la información de los elementos para su gestión, análisis e incluso determinación y evaluación de la productividad durante todo el proceso para dar paso a los sistemas MES.

Posteriormente, el tratamiento de dicha información es retomado por los MES con el objetivo de gestionar los recursos, analizarlos y usarlos a nuestro favor de la mejor manera, a fin de tener resultados de acuerdo con los objetivos, pero también basados en indicadores en tiempo real.

Ahora, ya conoces qué son los sistemas SCADA, el desarrollo y sus características, te invitamos a ver las soluciones de implementación SCADA, PLC-HMI que tenemos en Autmix Process.

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