Qué es un sistema SCADA: arquitectura y su funcionamiento

Qué es un sistema SCADA: arquitectura y su funcionamiento

Una gran cantidad de procesos ocurren en grandes establecimientos industriales. Cada proceso que necesita monitorear es muy complejo porque cada máquina da una salida diferente. El sistema SCADA utilizado para recopilar datos de sensores e instrumentos ubicados en áreas remotas. Luego, la computadora procesa estos datos y los presenta rápidamente. El sistema SCADA recopila la información (como ocurrió una fuga en una tubería) y transfiere la información al sistema mientras da las alertas de que se ha producido una fuga y muestra la información de una manera lógica y organizada. El sistema SCADA solía ejecutarse en sistemas operativos DOS y UNIX. Todo este proceso se conoce como automatización . Este artículo analiza una descripción general del sistema SCADA.

¿Qué es un sistema SCADA?

SCADA significa control de supervisión y adquisición de datos. Es un tipo de programa de aplicación de software para el control de procesos. SCADA es un sistema de control central que consta de controladores interfaces de red, entrada / salida, equipo de comunicación y software. Los sistemas SCADA se utilizan para monitorear y controlar el equipo en el proceso industrial que incluye la fabricación, producción, desarrollo y fabricación. Los procesos de infraestructura incluyen distribución de gas y petróleo, energía eléctrica, distribución de agua. Los servicios públicos incluyen un sistema de tráfico de autobuses, aeropuerto. El sistema SCADA toma la lectura de los medidores y verifica el estado de los sensores a intervalos regulares para que requiera una mínima interferencia de humanos.




General SCADA Network

General SCADA Network



Historia de SCADA

Anteriormente, el control de plantas industriales y plantas de fabricación se puede realizar manualmente con la ayuda de equipos analógicos y pulsadores. A medida que crece el tamaño de la industria, emplearon temporizadores y relés para proporcionar control de supervisión a un nivel fijo para una automatización mínima. Entonces, un sistema totalmente automatizado con un sistema más eficiente era necesario para todas las industrias.

Sabemos que, para fines de control industrial, las computadoras se implementaron en el año 1950. Posteriormente, se implementó el concepto de telemetría tanto para transmisión de datos como virtual. comunicación . En el año 1970, se desarrolló el sistema SCADA junto con los microprocesadores y el PLC.



Por lo tanto, estos conceptos se ayudaron completamente mientras se desarrollaba la automatización que se opera en industrias de forma remota. Los sistemas SCADA distribuidos se implementaron en el año 2000. Después de eso, se desarrollaron nuevos sistemas SCADA para monitorear y controlar datos en tiempo real en cualquier lugar del mundo.

Arquitectura del sistema SCADA

Generalmente, el sistema SCADA es un sistema centralizado que monitorea y controla toda el área. Es un paquete de software puro que se coloca encima del hardware. Un sistema de supervisión recopila datos sobre el proceso y envía los comandos de control al proceso. El SCADA es una unidad terminal remota que también se conoce como RTU.


La mayoría de las acciones de control son realizadas automáticamente por RTU o PLC. Las RTU consisten en un convertidor lógico programable que se puede configurar según un requisito específico. Por ejemplo, en la central térmica, el flujo de agua se puede establecer en un valor específico o se puede cambiar según el requisito.



El sistema SCADA permite a los operadores cambiar el punto de ajuste para el flujo y habilitar condiciones de alarma en caso de pérdida de flujo y alta temperatura, y la condición se muestra y registra. El sistema SCADA monitorea el desempeño general del lazo. El sistema SCADA es un sistema centralizado para comunicarse con tecnología cableada e inalámbrica con dispositivos Clint. Los controles del sistema SCADA pueden ejecutar completamente todo tipo de procesos industriales.

Por ejemplo, si se acumula demasiada presión en una tubería de gas, el sistema SCADA puede abrir automáticamente una válvula de escape.

Arquitectura de hardware

El sistema SCADA generalmente se puede clasificar en dos partes:

  • Capa de cliente
  • Capa del servidor de datos

La capa Clint se adapta a la interacción hombre-máquina.

La capa del servidor de datos maneja la mayor parte del proceso de actividades de datos.

La estación SCADA se refiere a los servidores y está compuesta por una sola PC. Los servidores de datos se comunican con dispositivos en el campo a través de controladores de proceso como PLC o RTU. Los PLC están conectados a los servidores de datos directamente o mediante redes o buses. El sistema SCADA utiliza redes WAN y LAN, WAN y LAN consisten en protocolos de Internet utilizados para la comunicación entre la estación maestra y los dispositivos.

El equipo físico como sensores conectados a los PLC o RTU. Las RTU convierten las señales del sensor en datos digitales y envían datos digitales al maestro. De acuerdo con la retroalimentación maestra recibida por la RTU, aplica la señal eléctrica a los relés. La mayoría de las operaciones de seguimiento y control se realizan mediante RTU o PLC como podemos ver en la figura.

Arquitectura de hardware del sistema SCADA

Arquitectura de hardware del sistema SCADA

Arquitectura de software

La mayoría de los servidores se utilizan para multitarea y bases de datos en tiempo real. Los servidores son responsables de la recopilación y el manejo de datos. El sistema SCADA consiste en un programa de software para proporcionar tendencias, datos de diagnóstico y administrar información, como procedimientos de mantenimiento programados, información logística, esquemas detallados para un sensor o máquina en particular, y guías de resolución de problemas de sistemas expertos. Esto significa que el operador puede ver una representación esquemática de la planta que se está controlando.

Arquitectura de software de SCADA

Arquitectura de software de SCADA

Algunos ejemplos son la comprobación de alarmas, los cálculos, el registro y el archivado de controladores de sondeo en un conjunto de parámetros, que normalmente están conectados al servidor.

Funcionamiento del sistema SCADA

El sistema SCADA realiza las siguientes funciones

  • Adquisiciones de datos
  • Comunicación de datos
  • Presentación de información / datos
  • Monitoreo / Control

Estas funciones son realizadas por sensores, RTU, controladores, una red de comunicación. Los sensores se utilizan para recopilar información importante y las RTU se utilizan para enviar esta información al controlador y mostrar el estado del sistema. Según el estado del sistema, el usuario puede dar el comando a otros componentes del sistema. Esta operación la realiza la red de comunicaciones.

Adquisiciones de datos

El sistema en tiempo real consta de miles de componentes y sensores. Es muy importante conocer el estado de determinados componentes y sensores. Por ejemplo, algunos sensores miden el flujo de agua desde el depósito al tanque de agua y algunos sensores miden el valor de presión a medida que el agua se libera del depósito.

Comunicación de datos

El sistema SCADA utiliza una red cableada para comunicarse entre usuarios y dispositivos. Las aplicaciones en tiempo real utilizan muchos sensores y componentes que deben controlarse de forma remota. El sistema SCADA utiliza comunicaciones por Internet. Toda la información se transmite a través de Internet mediante protocolos específicos. Los sensores y relés no pueden comunicarse con los protocolos de red, por lo que las RTU se utilizan para comunicar sensores e interfaces de red.

Presentación de información / datos

Las redes de circuitos normales tienen algunos indicadores que pueden ser visibles para controlar, pero en el sistema SCADA en tiempo real, hay miles de sensores y alarmas que son imposibles de manejar simultáneamente. El sistema SCADA utiliza el interfaz hombre-máquina (HMI) para proporcionar toda la información recopilada de los diversos sensores .

Monitoreo / Control

El sistema SCADA utiliza diferentes interruptores para operar cada dispositivo y muestra el estado del área de control. Cualquier parte del proceso se puede ENCENDER / APAGAR desde la estación de control usando estos interruptores. El sistema SCADA está implementado para funcionar automáticamente sin intervención humana, pero en situaciones críticas, es manejado por mano de obra.

Componentes SCADA

Los componentes del sistema SCADA incluyen lo siguiente.

Sistema de supervisión

El sistema de supervisión funciona como un servidor de comunicación entre el software de interfaz hombre-máquina dentro de la sala de control de las estaciones de trabajo, así como sus aparatos como RTU, sensores, PLC, etc. Los sistemas SCADA más pequeños incluyen simplemente una sola computadora personal para servir como maestro. sistema de otro modo de supervisión, mientras que los grandes sistemas SCADA incluyen numerosos servidores, sitios para la recuperación de tragedias y aplicaciones de software distribuidas. Los servidores están conectados como una formación de espera en caliente, de lo contrario, tienen doble redundancia para monitorear continuamente las fallas del servidor.

RTU (unidades terminales remotas)

La RTU o unidad terminal remota es un dispositivo electrónico y también se conoce como unidades de telemetría remota. Este sistema comprende objetos físicos que están interconectados a través de RTU.

El control de estos dispositivos se puede realizar mediante microprocesadores. Aquí, los microprocesadores se utilizan para controlar las RTU que se utilizan para transmitir los datos registrados hacia el sistema de supervisión. Los datos se pueden recibir del sistema maestro para controlar los objetos conectados.

PLC (controladores lógicos programables)

El término PLC significa controladores lógicos programables que se utilizan en sistemas SCADA con la ayuda de sensores. Estos controladores están conectados a los sensores para convertir la señal de salida del sensor en datos digitales. En comparación con las RTU, se utilizan debido a su flexibilidad, configuración, versatilidad y asequibilidad.

Infraestructura de comunicación

En el sistema SCADA, se usa una combinación de radio y la conexión por cable directo. Pero, SONET o SDH también se pueden utilizar para sistemas superiores como centrales eléctricas y ferrocarriles. Se utilizan pocos protocolos estandarizados 7 reconocidos entre los protocolos SCADA compactos para entregar información simplemente una vez que las RTU se sondean a través de la estación de supervisión.

Programación SCADA

En la HMI, que de otro modo sería una estación maestra, la programación SCADA se utiliza principalmente para hacer mapas, diagramas para proporcionar información muy importante a lo largo de la progresión, de lo contrario, cuando ocurre una falla del evento. La mayoría de los sistemas SCADA comerciales utilizan interfaces consistentes en lenguaje de programación C, de lo contrario, también se puede utilizar un lenguaje de programación derivado.

Interfaz hombre-máquina

El sistema SCADA utiliza la interfaz hombre-máquina. La información se muestra y supervisa para que la procese un humano. HMI proporciona acceso a múltiples unidades de control que pueden ser PLC y RTU. La HMI proporciona la presentación gráfica del sistema.

Por ejemplo, proporciona una imagen gráfica de la bomba conectada al tanque. El usuario puede ver el flujo del agua y la presión del agua. La parte importante de la HMI es un sistema de alarma que se activa según los valores predefinidos.

Interfaz hombre-máquina

Interfaz hombre-máquina

Por ejemplo , la alarma de nivel de agua del tanque está configurada en valores de 60% y 70%. Si el nivel del agua supera el 60%, la alarma da una advertencia normal y si el nivel del agua supera el 70%, la alarma da una advertencia crítica.

Tipos de sistema SCADA

Los sistemas SCADA se clasifican en cuatro tipos que incluyen los siguientes.

  • Sistemas SCADA monolíticos
  • Sistemas SCADA distribuidos
  • Sistemas SCADA en red
  • Sistemas IoT SCADA

Sistemas SCADA monolíticos

Los sistemas SCADA monolíticos se denominan sistemas tempranos o de primera generación. En este tipo de sistemas se utilizan miniordenadores. El desarrollo de estos sistemas se puede realizar cuando los servicios de red comunes no están disponibles. El diseño de estos sistemas se puede realizar como sistemas independientes sin ninguna relación con otros sistemas.

Los datos se pueden recopilar de todas las RTU mediante un mainframe de respaldo. Las funciones principales de estos sistemas de primera generación se limitan a marcar procesos en casos de crisis y monitorizar los sensores.

Sistemas SCADA distribuidos

Los sistemas SCADA distribuidos se denominan sistemas de segunda generación. La distribución de las funciones de control se puede realizar en numerosos sistemas mediante la conexión con una red de área local. Las operaciones de control se pueden realizar compartiendo datos y procesamiento de comandos en tiempo real.

En este tipo de sistemas, el tamaño y el costo de cada estación se reducen, sin embargo, no existían protocolos de red consistentes. Como los protocolos eran propietarios, menos personas comprenden la seguridad del sistema SCADA durante la instalación y este factor se ignoró en gran medida.

Sistemas SCADA en red

Los sistemas SCADA en red también se conocen como sistemas de tercera generación. La conexión en red y la comunicación de los sistemas SCADA actuales se pueden realizar utilizando el sistema WAN a través de líneas de datos o teléfonos. La transmisión de datos entre dos nodos se puede realizar con la ayuda de conexiones Ethernet o de fibra óptica.

Este tipo de sistema SCADA utiliza SOCIEDAD ANÓNIMA ajustar y monitorear las operaciones de señalización simplemente una vez que sea necesario tomar decisiones principales.

Sistemas IoT SCADA

Los sistemas IoT SCADA son sistemas de cuarta generación. En estos sistemas, el costo de infraestructura del sistema se reduce al implementar IoT a través de computación en la nube . Mantener e integrar estos sistemas es fácil en comparación con otros.

En tiempo real, el estado de estos sistemas se puede informar a través de la computación en la nube. Por lo tanto, se puede realizar la implementación de algoritmos como el control intrincado que se utilizan con frecuencia en los PLC habituales.

Seguridad SCADA

En la actualidad, las redes SCADA se utilizan ampliamente en las industrias actuales para verificar y examinar datos en tiempo real, los procesos industriales se pueden controlar y comunicarse con dispositivos. Por lo tanto, los sistemas SCADA son esenciales para las organizaciones industriales porque estos sistemas incluyen hardware y software. Entonces, la seguridad SCADA también es esencial en las industrias.

El término seguridad SCADA se utiliza para proteger las redes SCADA que se fabrican con hardware informático. Las redes SCADA utilizadas por algunos de los sistemas son electricidad , gas natural, etc. Las organizaciones privadas y gubernamentales han tomado las medidas de estas redes debido al valioso papel de velar por la seguridad de los sistemas SCADA.

Ejemplos de seguridad SCADA

Las amenazas que ocurren en los sistemas SCADA incluyen las siguientes.

  • Hackers
  • Terroristas
  • Software malicioso
  • Error en el interior

La debilidad de la seguridad SCADA se debe principalmente a las siguientes razones.

  • Entrenamiento deficiente
  • Desarrollo de la aplicación de lagunas
  • Problemas durante el monitoreo
  • Menos mantenimiento

El sistema SCADA puede protegerse mapeando todos los sistemas presentes, monitoreando y detectando el instituto, y creando procesos para la seguridad de la red.

Diferencia entre PLC y SCADA

La diferencia entre PLC y SCADA incluye lo siguiente.

SOCIEDAD ANÓNIMA

disminución

El término PLC significa control lógico programable.El término SCADA significa Control de supervisión y adquisición de datos.
PLC está basado en hardwareSCADA está basado en software
Los PLC se utilizan principalmente para controlar el proceso de industrias complejas como motores y máquinas en funcionamiento.SCADA se utiliza para observar y ejecutar los procesos de la planta.
El PLC incluye procesador, módulos de E / S, un dispositivo de programación y fuente de alimentaciónEl sistema SCADA incluye tres componentes esenciales como MTU, RTU y HMI
Hay diferentes tipos de PLC como fijo o compacto y modular.Los diferentes tipos de un sistema SCADA son monolíticos, distribuidos, en red e IoT
Los i / p & o / ps se indican en contactos NO (apertura normal), NC (cierre normal) y bobina.Las entradas y salidas de SCADA se representan a través de imágenes.
En PLC, cada componente se puede definir mediante una dirección.En SCADA, cada componente se puede definir mediante el nombre.

SCDA para planta industrial remota

En los grandes establecimientos industriales, muchos procesos ocurren simultáneamente y cada uno debe ser monitoreado, lo cual es una tarea compleja. Los sistemas SCADA se utilizan para monitorear y controlar los equipos en los procesos industriales que incluyen distribución de agua, distribución de aceite y distribución de energía. El objetivo principal de este proyecto es procesar los datos en tiempo real y controlar el entorno industrial remoto a gran escala. En el escenario en tiempo real, se toma un sistema de registro de temperatura para una operación de planta remota.

Diagrama de bloques de la planta industrial de control de temperatura

Diagrama de bloques de la planta industrial de control de temperatura

Los sensores de temperatura están conectados al microcontrolador, que está conectado a la PC en la parte frontal, y el software se carga en la computadora. Los datos se recopilan de los sensores de temperatura. Los sensores de temperatura envían continuamente la señal al microcontrolador que, en consecuencia, muestra estos valores en su panel frontal.

Uno puede configurar los parámetros como límite bajo y límite alto en la pantalla de la computadora. Cuando la temperatura de un sensor supera el punto de ajuste, el microcontrolador envía un comando al relé correspondiente. Los calentadores conectados a través de contactos de relé se apagan y se encienden.

Este es un sistema de registro de temperatura. Aquí 8 sensores de temperatura en modo multiplexado están conectados al microcontrolador a través de ADC 0808. Luego, los valores de todos los sensores son enviados en serie por el microcontrolador a través de Max 32 al puerto com de la PC. Un software “DAQ System” cargado en la PC toma estos valores y los muestra en su panel frontal, y también los registra en la base de datos “daq.mdb”.

Se pueden establecer de forma interactiva algunos parámetros como un punto de ajuste, un límite bajo y un límite alto en la pantalla de la computadora. Cuando la temperatura de algún sensor aumenta más allá del punto de ajuste, el microcontrolador envía comandos al controlador de relé IC. Los calentadores conectados a través de contactos de relé están (específicos para ese sensor) APAGADOS (o ENCENDIDOS en caso contrario). Los límites alto y bajo son para alarma. Cuando la temperatura supera el límite superior o inferior al límite inferior, se activa la alarma.

SCADA para planta industrial remota

SCADA para planta industrial remota

Ventajas

Las ventajas del sistema SCADA incluyen las siguientes.

  • La calidad del servicio se puede mejorar
  • Se puede mejorar la confiabilidad
  • El costo de mantenimiento es menor
  • La operación se puede reducir
  • Se pueden monitorear grandes parámetros del sistema
  • La mano de obra se puede reducir
  • El tiempo de reparación se puede reducir
  • Detección y localización de fallas
  • Almacena una gran cantidad de datos
  • Según el requisito del usuario, muestra los datos en varios formatos.
  • Se pueden interconectar miles de sensores con SCADA para controlar y monitorear
  • Los operadores pueden obtener simulaciones de datos reales
  • Da una respuesta rápida
  • Es flexible y escalable a la vez que agrega recursos adicionales.
  • El sistema SCADA proporciona información mecánica y gráfica a bordo
  • El sistema SCADA se puede ampliar fácilmente. Podemos agregar un conjunto de unidades de control y sensores según el requerimiento.
  • El sistema SCADA puede operar en situaciones críticas.

Desventajas

Las desventajas del sistema SCADA incluyen las siguientes.

  • Es complejo en términos de módulos dependientes y unidades de hardware.
  • Necesita analistas, programadores y operadores capacitados para mantener
  • Alto costo de instalación
  • Se pueden aumentar las tasas de desempleo
  • Este sistema admite dispositivos de hardware y software restringido

Aplicaciones

Las aplicaciones del sistema SCADA incluyen las siguientes.

  • Generación y distribución de energía
  • Transporte público
  • Sistema de agua y alcantarillado
  • Fabricación
  • Industrias y edificios
  • Redes de comunicación
  • Industrias de petróleo y gas
  • Generación, transmisión y distribución de energía
  • Sistema de distribución y depósito de agua
  • Edificios públicos como sistema eléctrico de calefacción y refrigeración.
  • Generadores y turbinas
  • Sistema de control de semáforo

Por lo tanto, se trata de una descripción general del sistema SCADA (Control de supervisión y Adquisición de Datos). Este sistema está controlado por una computadora, que se utiliza para controlar y monitorear diferentes procesos en las plantas. Este sistema utiliza GUI (interfaz gráfica de usuario), comunicaciones de datos y administración extendida para sistemas de monitoreo. Aquí hay una pregunta para usted, ¿qué es PLC?

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