Desarrollo de las partes de un sistema scada
- 1. Desarrollo de las partes de un Sistema SCADA Los módulos o bloques de software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y control son los siguientes: A) Instrumentación de Campo. En esta parte la evolución ha sido impresionante. La tecnología predominante en la instrumentación ha progresado a lo largo del tiempo: En los 60’s, la instrumentación neumática; en los 80’s, la instrumentación electrónica; ya finales de los 90’s, la instrumentación inteligente y a base de protocolos de comunicación (buses de I campo). Hoy en día, la tendencia tecnológica en estos dispositivos es poderse comunicar con las Unidades Terminales Remotas (RTU) o las Unidades Terminales Maestras (MTU), a base de protocolos abiertos tales como HART, FOUNDATION FIELDBUS, y en un futuro no muy lejano por TCP /IP e inalámbricos. Esta modernización ha traído consigo que las RTU y las MTU tengan desarrollos importantes. En el pasado, la tendencia de las RTU y MTU fue tener protocolos propietarios o exclusivos de una empresa, normalmente a velocidades no mayores de 19.4 Kbps. Algunos proveedores de esta instrumentación habían quedado en el esquema de comunicación analógica punto a punto de 4-20 mA. La tendencia de esta instrumentación es poder tener la inteligencia en campo, lo cual robustece el concepto de los SCADA, comunicarse a base de protocolos que permitan e! transporte de mayor cantidad de información, tanto de! proceso como de él mismo hacia e! punto central, incluyendo diagnóstico, ajuste, reportes etcétera, para una mejor operación y un mantenimiento predictivo. Otro aspecto en la inversión inicial con la nueva tendencia en la instrumentación es e! ahorro considerable de cable y canalizaciones, así como e! mantenimiento respectivo de los mismos. B) Unidades Terminales Remotas (RTU). Estas unidades integran las señales de campo, tomando decisiones en base a un cálculo determinado. Es decir, son equipos dedicados en base a estándares API, AGA, etcétera. Asimismo, dado que este equipo cumple con una función específica tomando las decisiones localmente, lo
- 2. único que restaría es informar al computador central dónde se encuentra el operador, y el estatus en que se encuentra el proceso controlado, teniendo la opción de que el operador tome las acciones adicionales a las ya realizadas por el computador de flujo. Empujado por el desarrollo tecnológico de la instrumentación de campo, ha logrado que exista una carrera tecnológica en estos dispositivos, teniendo mejores procesadores y mayores capacidades de control. Otro aspecto que ha marcado la diferencia en estos dispositivos es la flexibilidad de poder comunicarse con el mundo exterior, migrando de protocolos propietarios o exclusivos de algunos proveedores a protocolos abiertos, que permiten la comunicación vía radiofrecuencia en mayor ancho de banda y mayor velocidad, así como la comunicación vía Ethernet o telefonía satelital. C) Unidades Terminales Maestras (MTU). Esta parte del sistema SCADA es donde se centralizan todas las Unidades Terminales Remotas, la información proporcionada por dichas RTU e Instrumentación de Campo, los históricos, las tendencias, y por supuesto que la base de datos de toda la información configurada. Es una práctica común que en el diseño de los sistemas, se separe el concepto de DCS del concepto de un SCADA, debido a que por cuestiones de capacidad, una MTU de un SCADA no podría soportar las señales configuradas en un DCS, y éste, debido al volumen de información y a la infraestructura necesaria para llevarla a un pun to remoto, resultaría excesivamente caro, esto sin tomar en cuenta las limitantes de comunicación inherentes a estos sistemas. Hoy en día, debido al desarrollo tecnológico, e! poder integrar un DCS con un SCADA es una realidad. Los Procesadores de Control de los DCS, debido a su arquitectura abierta con protocolos de fácil comunicación, así como su diseño de bajo costo, permiten que dicha plataforma de control pueda incluir a la plataforma de Control de los SCADA. Con esto, por ejemplo, se puede controlar el proceso en forma local de cada una de las estaciones de rebombeo, y a su vez monitorear todas éstas en un punto central con la arquitectura de un S~ADA. En los 80’s y los 90’s era difícil imaginar esta tendencia, debido a que los MTU estaban siendo integrados con PLC, y los DCS eran equipos robustos con protocolos cerrados, que difícilmente se comunicaban fuera de su ámbito. Al día de hoy este concepto ya es obsoleto, y h integración de una misma plataforma para n DCS o un SCADA es una realidad. I
- 3. D) Configuración. Esta parte le permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA, adaptándolo a la aplicación articular que se desea desarrollar. En el pasado, esta tarea requería de un personal que debería ser especializado en dicha configuración, lo cual dependa de un grupo mínimo de personas o del proveedor del equipo, haciendo esto algo poco confiable o de mínimo beneficio al cliente. Al igual que en las computadoras personales, el desarrollo en el software de nuevas generaciones permite que dicha configuración ya sea casi del dominio general, dado que las plataformas de estas configuraciones están basadas en el sistema Microsoft Windows, herramienta de uso común en diferentes sistemas digitales. Un aspecto importante a considerar en la configuración a través de PLC, es que con los sistemas a base de estos dispositivos se debe tener en primer lugar una base de datos en la interfaz gráfica y otra base de datos en el PLC, a diferencia de las nuevas tecnologías que ya permiten tener una sola base de datos, lo cual resulta en una mayor consistencia de los datos. La Interfaz gráfica 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 incorporado en el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete. El Módulo de proceso ejecuta las acciones de mando pre programadas a partir de los valores actuales de variables leídas. La Gestión y Archivo de Datos se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos. Las Comunicaciones se encargan de la transferencia de información entre la planta y la arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre esta y el resto de elementos informáticos de gestión. E) Comunicaciones. Los desarrollos de las comunicaciones han ido a la par con el avance tecnológico de las demás partes, permitiendo mayor flexibilidad en el aprovechamiento de infraestructura existente y la implementación de nuevos desarrollos, que ha permitido abaratar costos y configuraciones. En la década de los 80’s y 90’s, la comunicación que prevaleció en estos sistemas SCADA fue vía seria, mediante radio módems.
- 4. En un principio estos sistemas emplearon para su complicación radio enlaces Punto a Punto, con capacidades de un máximo de 1,200 bps. Posteriormente se emplearon radios de hasta 9,600 bps de! tipo punto multipunto, facilitando aún más la administración de estas comunicaciones; sin embargo, una situación adversa era el requerimiento de frecuencias asignadas con licencia de explotación, lo que limitaba su implementación. Adicionalmente los sistemas tenían que transportarse con protocolo de interface eléctrica para llegar a su destino, es decir de RS232 a RS485/422 y viceversa. También era molesto el uso de Multiplexores que permitieran llevarlos a sistemas de jerarquía superior, para ser recibidos y desplegados en otra unidad, edificación o ciudad, con un costo significativo del equipo. Con la llegada de la Tecnología de Espectro Disperso y la apertura de Frecuencias Libres de Explotación, aunado con las facilidades que ofrece un ambiente Ethernet, como son las de Conmutación y ruteo de paquetes en redes TCP/IP existentes, en ambientes industriales se ha preferido esta solución, con lo cual se logra alcanzar la vanguardia tecnológica, permitiendo facilidad de implementación, mejora “costo Vs. beneficio”, y administración rápida y segura, entre otras prestaciones.
- 5. Los radios en ambiente Ethernet, que actualmente se emplean para un sistema SCADA moderno, nos permiten conectar las RTU en modo punto multipunto a velocidades altas que van desde 2 mbps hasta 34 mbps, con lo cual permite. El flujo de información hacia la estación maestra o de intercambio de información con el RTU, si así se requiere. La tecnología Ethernet nos permite tener un Switch en la RTU, y así poder conectar una estación local de monitoreo para servicio o una estación de trabajo, sin afectar el comportamiento del sistema. Más aún, si se desea se pueden tener rutas redundantes y auto conmutables que garanticen la
- 6. continuidad del servicio. Ahora son posibles combinaciones múltiples, permitiendo incluso, compartir estos sistemas Radio-eléctricos para dar servicio a redes administrativas que puedan estar junto a los RTU’s aprovechando al máximo los recursos. Asimismo, existen otras opciones poco utilizadas, pero que se dan como alternativa en casos específicos o como respaldos, por ejemplo, los enlaces satelitales y vía GPRS/GSM. El enlace satelital, a pesar de su alto costo, permite reunir información de diferentes puntos geográficamente distantes o con una orografía bastante accidentada, que no sería posible obtenga un costo razonable mediante enlaces terrestres vía microondas. El enlace vía GPRS/GSM es una solución práctica y económica a corto plazo, aunque al igual que los enlaces satelitales, representan a largo término un alto costo mensual, y en ocasiones dependiendo del proveedor, se hacen cargos por la cantidad de información transportada. La implementación de esta opción está limitada a la zona de cobertura, con un bajo ancho de banda, típicamente hasta 14,400 bps. No obstante lo anterior, esta opción presenta ventajas muy interesantes, tales como una rápida implementación en áreas donde exista cobertura del sistema, bajo costo de mantenimiento – ya que está a cargo del proveedor del servicio, costo moderado de la renta, bajo costo de implementación por que no se requiere gran infraestructura, como una torre muy alta ni antena de mucha ganancia; incluso en zonas urbanas es posible implementarse dentro del gabinete del RTU. Otra ventaja de esta opción es que se pueden desplegar alarmas vía SMS (sistema de mensajes cortos) a algunos teléfonos celulares. El uso típico de este sistema de enlace en los SCADA es para mediciones móviles o temporales, dentro de zonas urbanas donde pueda darse la facilidad del uso de una frecuencia, ya que las conocidas como libres se encuentran saturadas. Ejemplos de estos enlaces para sistemas SCADA
- 7. son el control de carros tanque repartidores de gas, gasolinas, leche, etcétera. En fin, un sistema SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalación sea perfectamente aprovechada. Entre estos: deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse según las necesidades cambiantes de la empresa. También, deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión). Además, deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario. Emerson Process Management cuenta hoy en día con el avance tecnológico, y es vanguardista de los desarrollos y tendencias en los sistemas SCADA. Cuenta con los equipos, tanto en RTU como en las unidades maestras (MTU), con capacidad para la implementación de sistemas SCADA que puedan operar con enlaces a nivel Ethernet, satelital o GPRS/GSM, permitiendo llevar la información desde 9600 bps hasta 34 mbps dependiendo de la aplicación, con infraestructura de radios de muy bajo costo, dejando atrás los enlaces seriales. Hay algunas aplicaciones recientes que ejemplifican la aplicación de sistemas SCADA a soluciones reales en nuestro país. En Petróleos Mexicanos (Pemex), mediante la infraestructura existente, se ha implementado un enlace de 5 Km a nivel Ethernet a 2 Mbps, entre la interfase gráfica o estación de trabajo y el controlador central (MTU), por medio de un canal El de la red de microondas de dicha empresa. Lo novedoso de esta aplicación es que el enlace se llevó a cabo sin ninguna interfase, sin ningún ruteador ni director de tráfico, que normalmente se venían usando en los SCADA implementados, sino por e! contrario de forma natural, e! canal de información de la MTU que opera en Ethernet (TCP/IP) de 1 a 100 Mbps, se conectó directamente a un canal digital El de la red de microondas de Pemex sin ningún problema, ajustando dicho canal El a que operara a 2 Mbps. Otra aplicación con tecnología de punta en los SCADA fue desarrollada recientemente en el Sistema Operador de los Servicios de Agua Potable y Alcantarillado de! Municipio de Puebla, donde se integró un SCADA para la medición y protección de 32 pozos y 5 áreas de tanques (Esquema 2).
- 8. Lo novedoso de esta aplicación fue el poder llevar a cabo los enlaces remotos a nivel Ethernet a 2 mbps, con lo cual deja la posibilidad de que, en una segunda etapa en esa misma red, se pueda incluir video, que permitirá interconectarse a sus sistemas administrativos para e! manejo de la facturación. Adicionalmente, se implementó un software que supervisa la operación de los enlaces en tiempo real.