Intelligent Electronic Devices and SCADA systems

1. SCADA &
Ing. Efrain Bernal A. MSc
IEEE MEMBER. CSS, IES. IED’s
Docente Universitario Noviembre 02, 2009

2. Esta presentación se enfocara en:
Sistemas SCADA
convencionales.
IEDs.
Características, protocolos,
configuraciones.
Tendencias e implicaciones.
Ing. Efrain Bernal A. MSc. e-mail: ingebernal@ieee.org

3. Sistemas SCADA convencionales

4. Niveles de Automatización:
Sistema SCADA es concebido para gestión empresarial?

5. PIRAMIDE DE AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA SCADA:
Adaptado de: Typical power utility control hierarchy ABB
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7. ALGUNAS DEFINICIONES:
SCADA is the technology that enables a user to collect data
from one or more distant facilities and/or send limited control
instructions to those facilities.
SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition by Stuart A. Boyer,
published by ISA The Instrumentation, Systems, and Automation Society;
3rd edition.
A system operating with coded signals over communication
channels so as to provide control of RTU (Remote Terminal
Unit) equipment.
IEEE Standard C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of
Systems Used for Supervisory Control, Data Acquisition, and Automatic
Control.

9. ■Operador: El operador es quien se
encarga de monitorear el sistema
SCADA y realiza algunas acciones de
control supervisorio para las
diferentes fases de la planta, todo
esto de manera remota.

10. © Company name - 10
■Human machine interface (HMI):
Presenta los datos al operador y
permite visualizar las entradas de
control en una amplia variedad de
formatos inluyendo: graphics,
schematics, windows, pull-down
menus, touch-screens, entre
otros.

11. ■ Master terminal unit (MTU): Equivalente a la unidad
maestro en una arquitectura maestro/ esclavo. La MTU
permite presentar los datos al operador a través de la
HMI, recolecta los datos desde los sitios remotos y
transmite las señales de control a dichos sitios.
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12. Remote terminal unit (RTU): Funciona como el esclavo
en la arquitectura Maestro/Esclavo. Envía las señales
de control a los dispositivos controladores adquiere
los datos de estos y los transmite hacia la MTU.
Programmable Logic Controller (PLC): Mas popular en
sistemas automatizados.
Una RTU puede servir como PLC?
Un PLC puede servir como RTU?

14. Primera Generación de sistemas SCADA

16. Segunda Generación de sistemas SCADA
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17. Tercera Generación de sistemas SCADA

18. (Relatively low data rate,
usually open loop control)
(Relatively High Data Rate, Usually
Closed Loop Control)

19. SCADA = Software + Communications + Hardware

20. SCADA (supervisory control and data
acquisition system) refers to the
combination of telemetry and data
acquisition. SCADA encompasses the
collecting of the information via a
RTU (remote terminal unit),
transferring it back to the central
site, carrying out any necessary
analysis and control and then
displaying that information on a
Practical Modern SCADA Protocols: number of operator screens or
DNP3, 60870.5 and Related Systems
Gordon Clarke CP
displays.
Deon Reynders The required control actions are
Newnes then conveyed back to the process.
An imprint of Elsevier
2004.

23. ■ SCADA master/client
■Human machine interface
■ Alarm handling
■Event and log monitoring
■Special applications
■ ActiveX or Java controls
SCADA slave/data server
■ Real-time system manager
■ Data processing applications
■ Report generator
■Alarm handling
■ Drivers and interfaces to control components
■Spreadsheet
■ Data logging
■ Archiving
■ Charting and trending

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26. Un protocolo SCADA entre una Master Station y una RTU forma
un modelo viable para comunicar una RTU con un Intelligent
Electronic Device (IED).
Actualmente en la industria existen muchos protocolos en uso,
la mayoría propietarios. La tendencia es la integración de
varios fabricantes gracias a los “open protocols”.
Los recomendados a implementar son:
International Electrotechnical Commission (IEC) 60870-5 series,
specifically IEC 60870-5-101 (commonly referred to as 101)
Distributed Network Protocol version 3 (DNP3).

27. Some manufacturers for SCADA
and RTUs supporting DNP3
European North America,
region South America,
South Africa, Asia
and Australia,

28. CONEXIONES SIMPLES PARA CUALQUIER
ARQUITECTURA PLC/RTU
Communication
– Protocols as plug in Drivers
• SattBus TCP/IP
• Comli
SCADA Portal
• Modbus RTU
• IEC870-5-101
ABB Generic COMLI Master
– OPC Allen-Bradley Micrologix/Controllogix/SLC DF1
Allen-Bradley Controllogix/Ethernet TCP/IP-CIP
• OPC- client function with support for GE Fanuc Series 90 SNPX
Data Access Matsushita FP-serien Mewtocol-com, Serial + Ethernet
Mitsubishi Electric Melsec A A C24
• 1000 servers available on the market Mitsubishi Electric Melsec A A E71
Mitsubishi Electric FR-A, FR-E FR-A SattCon
OPC any PLC RTU211 AC 210
• Multi protocol OPC Server Mitsubishi Electric Melsec FX 485-ADP
e.g. via AF100
Mitsubishi Electric Melsec FX FX CPU
• ABB will via partners be able to offer Mitsubishi Electric Melsec QnA QnA C24
about 200 different OPC servers Mitsubishi Electric Melsec QnA QnA E71 AC31
AC800
Modicon Modbus Master TCP, RTU, ASCII
• Including drivers for High speed Moeller PS4 series SUCOM-A
communication Omron C series, CS1 Host Link
Third party IIT Legacy
Siemens Simatic S5 serie PG
controllers controllersS7 MPI controllers
– Profibus, Fieldbus FF, CAN Siemens Simatic S7 serie

30. IEDs. (Intelligent Electronic Devices)
Características, protocolos, configuraciones.

31. El termino ‘intelligent electronic device’
(IED) no es una definición tan especifica
como “protection relay” … si fuera así
cualquier dispositivo que posee algún tipo
de inteligencia local puede ser llamado IED.
Se conoce como un dispositivo con
funciones versátiles de protección,
módulos avanzados de control local
inteligente, funciones de monitoreo
y capacidades de comunicación
directamente al sistema SCADA.

32. Protección
Reles Control
Inteligentes Monitoreo incluyendo medición
Monitoreo incluyendo medición
PLC Accionamiento de actuadores
Protocolos de Comunicación
Monitoreo incluyendo medición
DCS Accionamiento de actuadores
Protocolos de Comunicación
Control continuo

33. Basler BE-851
ABB TPU 2000R
Bitronics Power Plex RT
D25 GE Energy Services

34. Los IED’s pueden ser monitoreados y controlados por el servidor
SCADA y en la mayoría de los casos tienen una programación local
que les permite actuar sin instrucciones directas del centro de
control SCADA .
•Relación costo eficiencia
Los criterios
•Tecnología abierta no propietaria
de selección
•Habilidad para interpretar los datos
recolectados y asegurar una decisión
de control correcta.

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42. Las ventajas de la configuración
“PC to IED fieldbus system”:
•Cableado mínimo es necesario
•El operador puede ver hasta el piso de nivel de sensorica y
actuadores
•Los datos recibidos del dispositivo pueden incluir información como
un numero serial, modelo, fabricante, empresa que instala y demás
configuraciones técnicas.
•Todos los dispositivos son Plug and Play, así la instalación y el
reemplazo son fáciles y poco traumáticos en el proceso.
•Están concebidos para manejar protocolos abiertos como IEC6870 -5
o DNP3.

43. Las desventajas :
• Los sistemas mas sofisticados requieren de empleados
mas capacitados
•Los precios de los sensores aun son altos , aunque es
debido por la necesidad de integración con PLC locales.
•Los IED realmente son mas un sistema de procesamiento y
comunicación que aprovecha las ventajas y avances de
protocolos abiertos para acceder directamente a niveles
superiores del SCADA.

44. Modbus and DNP3:
Comparing Communication Efficiencies

45. DNP3 uses 23% of the bandwidth of the
most efficient Modbus polling regime.
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47. TENDENCIAS E IMPLICACIONES ACTUALES
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48. The advancements of the Smart Grid are
founded in information
Data is used to inform consumption, to
make rates more dynamic, and to enable
the next-generation power prosumer.
The function block architecture of
IEC61499 provides a new degree of
flexibility in managing embedded
control and information processing
systems through the lifetime of
industrial automation products.
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50. The application model as a
network of función blocks.
Los últimos desarrollos The encapsulation of knowledge
en este aspecto es la into function blocks.
arquitectura de
bloques de funciones The device model providing the
que propone dynamic configurability features
IEC 61499
The coherent model of the
distributed system as a collection of
devices populated by applications.
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54. Avalancha de Tecnologías Inteligentes integradas a
sistemas SCADA tradicionalmente robustos…
La mayoría de las más grandes compañías De acuerdo con la proyección del
de distribución de energía eléctrica tienen EEI, cerca de 60 millones de
planeado instalar millones de IEDs en el dispositivos inteligentes serán
próximo año. instalados para el 2015.
Edison’s Institute for Electric Efficiency.
05/10/09
Tomado de: Smart Grid diagram U.S. Department of Energy
http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm

55. 100 million smart meters in the United
States might generate 100 petabytes per
year of data that need to be transmitted,
archived, and manipulated.
Octubre 5, 2009 Jack Dahany of
SmartGridNews.com
Data from a smart-grid pilot
project which uses smart meters
and wireless appliance
Will Smart Meters Save controllers shows that such a
Much Power? system can cut electricity use by
IED's integrados a 15 percent on average.
sistemas SCADA son la
15% is not actually very September 23, 2009
nueva but it´s a lot of
much tendencia IBM and Consert Report
mundial….
data and information
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56. En resumen…
El nuevo campo tecnológico de sensores y
controladores se esta desarrollando rápidamente a
medida que avanza el desarrollo de las
telecomunicaciones.
IED es una nueva generación de sensores/
actuadores con capacidades de tomar decisión y
con habilidades de comunicación directa con el
sistema SCADA.
Los IED’s proporcionan datos cuya integración
Preguntas?
permite tomar decisiones de control y gerenciales
en base a la información recolectada.
Contacto:
ingebernal@ieee.org