DCS & SCADA

Maestría en Automatización y Control Industrial 2012

Dr.-Ing. Andrés Rosales A.
Facultadde Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Escuela Politécnica Nacional Ecuador
Escuela Politécnica Nacional del del Ecuador

INTRODUCCIÓN: Organización 1

El presente curso se ha dividido en once unidades. La Unidad 1 presenta los lineamientos
generales del curso. La Unidad 2 proporciona un vistazo general de los sistemas
SCADA, mediante algunas definiciones y limitaciones de los mismos. La Unidad 3
muestra una reseña histórica de los sistemas SCADA y su analogía con otras tecnologías
relacionadas. La Unidad 4 hace un estudio de los sistemas en tiempo real y establece la
importancia de la materia prima para los sistemas SCADA, los datos.

La Unidad 5 se refiere a las comunicaciones de los sistemas SCADA, trata acerca de la
transferencia de información entre los distintos componentes del sistema. Debido a que
la radio es el medio de comunicación más común para los sistemas SCADA , en esta
unidad se presenta una sección aparte para esta tecnología. La Unidad 6 describen lo
referente a las Unidades Terminales Remotas y Maestras (RTUs & MTUs). La Unidad 7
realiza un vistazo a los elementos terminales de campo: sensores, actuadores y cableado.
La Unidad 8 discute la forma en que el operador interactúa con el sistema SCADA a
través de diferentes tipos de software dedicados.
Las Unidades 9, 10 y 11 se enfocan en las aplicaciones, la economía y los nuevas
tecnologías para los sistemas SCADA, respectivamente.

Escuela Politécnica Nacional del Ecuador

INTRODUCCIÓN: Objetivos 2

A partir de que los sistemas SCADA están constituidos por varios tipos de elementos
pertenecientes a diferentes y diversas tecnologías, muy a menudo es muy difícil saber
dónde terminar cuando se empiezan a describir cada una de estas tecnologías. Este curso
intenta enfocarse en varios puntos de estas tecnologías de manera de volver más
entendible a un sistema SCADA.

Por tanto, el objetivo del curso será el de introducir al estudiante a las bases de los
sistemas SCADA, proporcionando información acerca de los temas más relevantes
relacionados a las tecnologías que conforman el sistema.
Además, los objetivos específicos establecidos para el presente curso son:

• Familiarizarse con la nomenclatura de los sistemas SCADA.
• Describir la arquitectura típica de un sistema SCADA.
• Comprender la tecnología básica de los principales componentes de un SCADA.
• Entender las limitaciones de los sistemas SCADA.
• Advertir cuando un sistema SCADA es beneficioso o no.
• Seleccionar la tecnología SCADA apropiada acorde a los requerimientos establecidos.


¿QUE ES UN SCADA?: Definición 3

Nivel de Operadores, DCS, C
Supervisión C, HMI

Controladores, RTUs
Nivel de , PLCs, HMI
Control

Instrumentos de
Nivel de Adquisición Campo, Sensores, Ac
tuadores, Cableado,
HMI

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition


¿QUE ES UN SCADA?: Definición 5

Consolas de Desarrollo

Sala de Servidores

Video Wall en la
Sala de Control

Rack principal:
Servidor RAS/RDAS/ICCP
Consolas de Operación Servidor CIM
SCADA es una tecnología que habilita a un usuario para recolectar datos desde una o
más instalaciones distantes y/o enviar instrucciones limitadas de control hacia las
mencionadas instalaciones.

¿QUE ES UN SCADA?: Procesos Aplicables 6

La tecnología SCADA se aplica mejor a procesos que se extienden sobre grandes áreas;
son relativamente simples de controlar y monitorear; y requieren de frecuentes, regulares
o inmediatas intervenciones.
Generación Hidroeléctrica
Producción de Petróleo/Gas

Sistemas de Transmisión Eléctrica
Sistemas de Irrigación


¿QUE ES UN SCADA?: Componentes del Sistema 3

VDU
Red
LAN

OPERADOR I/O MODEMS

INTERNET
MODEMS
RADIOS

PLC
MODEMS

MTU o HOST PC
RTU
PLC RTU
HMI SOFTWARE

IEDs, SENSORES, PLCa VDU LOCAL



SIMULADOR DE ENTRENAMIENTO
ORACLE RAS
Consolas de Consolas de (R) HIS
(R) WEB DTS
Operación Mantenimiento (R) Consola Estudiante Consola Entrenador

DC
(R)

Red de Fast Ethernet 10/100 TX (Tiempo Real)

RDAS Firewall
PC Servidor ICCP (R) Router
(R)
APPS Firewall
(R) GPS
PDS
VIDEO WALL

ISO INTERNET
RED CORPORATIVA (BMS)
COLOMBIA
RP570 e-LANs

IEC-870-5-101 Router Router CCG
HIDROPAUTE
DNP 3.0 Serial
Consola de
Respaldo SCADA/EMS Acceso Autorizado
UTRs
TRANSELECTRIC Agentes MEM



Red Serial: RP570
LAN RS232/RS422/RS485
IEC-870-5-101
Ethernet, Modem, USB, Blu
etooh, Radio Frecuencia DNP 3.0 Serial
OIML 117-2007
IEC 61131-3
UPS Almacenamiento
de Datos - ODBC PLC
Bus de Campo:
MTU Hart, Profibus,

PLC: Power Line Carrier Modbus, ASI,
Software: Windows, Linux, …
Fibra Optica Field Foundation
Plataforma para el Servidor
Coaxial

DDE: Excel, Visula C++, Visual
Basic, JAVA
RTU
Simplex/Duplex UPS
OPC: OLE Process Control
Normas ISA para instrumentos
OLE: Object Linking and Embedding


8

 SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition. Stuart Boyer. 2nd
Edition, 1999.
 Field Bus & Device Networks for Engineers and Technicians, IDC
 Data Acquisition using Personal Computers and Standalone Systems, IDC
Technologies, 1999.
 Wikipedia, www.wikipedia.org
 ISA, www.isa.org
 IEC, http://www.iec.ch/
 ANSI, http://www.ansi.org/
 ANSI/IEEE C37.1-1987: Definition, Specification, and Analysis of Systems
used for Supervisory Control, Data Acquisition, and Automatic Control.
 Fundamentals of Supervisory Systems, IEEE Tutorial No. 91 EH-O3376
PWR
 Manuales de sistemas SCADA (varios proveedores)


SISTEMAS DE TIEMPO REAL: ¿Qué son? 9

Está relacionado al rendimiento de un cálculo
Control en Tiempo Real durante el tiempo actual para que suceda el
proceso físico relacionado

Estímulo Proceso Respuesta

Retrasos / Tiempos Muertos

Tiempo real no es sinónimo de rapidez; esto significa que no es la latencia de la respuesta
lo que nos enfoca en un sistema de tiempo real (esta latencia a veces está en el orden de
los segundos), el enfoque en tiempo real de la latencia es el asegurarse de que la latencia
del sistema es la suficiente para resolver el problema que al cual el sistema está dedicado



Controlador

I/P LC
101
Variable manipulada
Velocidad de flujo LY
101

Variable controlada
Nivel del líquido

LT
101

Control de Proceso
Tiempo Real Continuos

Control por Proceso
Lotes (Batch) Discontinuos



2

FT RTU #2
3 102
MTU Maestro-Esclavo 2
Scanning
Maestro-Esclavo
1
FT
Tubería / Oleoducto Maestro-Esclavo 1 103
FT
101

RTU #1 Maestro-Esclavo 3 RTU #3



Si el tener una falla en el tiempo de latencia de un
proceso del sistema lleva como consecuencia un
error en el sistema entonces esos procesos se
consideran de tiempo real duro.

Si el tener una falla en un proceso del sistema no
conlleva una falla en el sistema siempre y cuando
esta falla este dentro de ciertos límites establecidos
(es posible fallar en la latencia una de cada 1000
veces o una de cada 100, o fallar siempre y cuando
el error no exceda el 3% de la latencia) entonces
esos procesos se llaman procesos de tiempo real
suave.

Si el funcionamiento incorrecto del sistema puede
llevar a la perdida de vidas o catástrofes similares
entonces el sistema de tiempo real es nombrado
como sistema de tiempo real de misión crítica.



Interruptor Eléctrico:
En el orden de unos
Tiempo de retardo pocos segundos.
económicamente
factible

Bomba Eléctrica
Sumergible: En el
orden de los minutos.
MTU
FT
101

RTU Bomba de Viga: En el
Maestro-Esclavo orden de horas. Quizás
24 horas.

El tiempo de retardo del sistema debe ser el
adecuado para no introducir problemas.


SISTEMAS DE TIEMPO REAL: Parámetros Importantes 14

Velocidad (bps) Radio modem
1
… ¿Cuántas RTUs?
Velocidad Eficiencia
RTU RTU RTU 3 300 a 2400 bps 40%

Eficiencia de la
comunicación 4 Recibir información
3 de cada RTU

Velocidad (bps) Dar instrucciones
a cada RTU
MTU
Análogos 8 o 16 bits
Tiempo de barrido (scan time)

2 ¿Cuántos datos? - ¿Qué tipo? 1) Número de RTUs
…

2) Cantidad de datos (según la RTU más grande)
Digitales 3) Velocidad de la transmisión de datos (bps)
1 o 2 bits
4) Eficiencia de la comunicación (Tefectivo / Ttotal)



Ejemplo de cálculo para el tiempo de barrido
1) Número de RTUs
• Inicialmente se tienen 7 RTUs, pero se instalarán 20 RTUs en total
2) Cantidad de datos (según la RTU más grande)
• La RTU más grande tiene los siguientes parámetros
 140 puntos de estado (abierto/cerrado, alto/bajo) 140
 30 puntos digitales (alarmas) 030
 10 medidores (16 bits c/u) 160
 10 puntos análogos (16 bits c/u) 160
• La MTU envía los siguientes parámetros a la RTU
 150 controles discretos (válvulas, motores) 150
 6 posiciones para motores a pasos (16 bits c/u) 096
 10 referencias (set points) para válvulas (16 bits c/u) 160
• Total de puntos (bits) 896
3) Velocidad de la transmisión de datos (bps)
• Se realiza la comunicación mediante una radio modem UHF a 1200bps
4) Eficiencia de la comunicación (Tefectivo / Ttotal)
• La eficiencia de la comunicación escogida es del 40%

Por tanto, 20RTUs × 896bits = 17920bits ≈ 20000bits ÷ 1200bps = 17s ÷ 40% = 42.5s



a b c

Efecto
estroboscópico

Φ = 30in ≈ 0.76m Diámetro de la rueda
L = πΦ = 94.25 ≈ 2.39m Longitud de la rueda

T = 1/f = 1/60s × 6 = 0.1s Tiempo del destello de luz × número de radios

V = L/T = 23.94m/s ≈ 86.18Kmh ≈ 53.55mph Velocidad de la rueda

adelante
f = 60Hz Frecuencia de “aliasing”
atrás o solapamiento
f = 60Hz



Si se conocen los atributos físicos del proceso a ser controlado, incluyendo la frecuencia
natural más alta, la frecuencia de solapamiento (aliasing) puede ser calculada.

Muestreo de datos a Frecuencia de Muestreo de datos a
frecuencias más altas aliasing del proceso frecuencias más bajas

Llenado
Caso1: 4min
Caso2: 40s
Cálculos pueden ser Cálculos deben ser
hechos durante el barrido hechos antes del barrido

Vaciado
Caso1: 4min
Caso2: 40s
Cálculos pueden ser Cálculos deben ser
hechos en la MTU Tiempo de barrido = 1min hechos en la RTU o e
Frecuencia de barrido = 0.017Hz algún equipo local


SISTEMAS DE TIEMPO REAL: Independencia y Seguridad 18
Ley de Murphy: “Si algo puede salir mal, saldrá mal!!!”
“Si crees que las cosas están mal, no te preocupes, estarán peor!!!”

Un sistema SCADA puede diseñarse y
construirse para trabajar de forma
impecable, pero en algún momento puede fallar.

Entre más crítica sea una función del
sistema, más rápida y más catastrófica será la
falla.

Dos sistemas no deberían depender del sistema
SCADA:

• Sistemas instrumentados de seguridad
• Sistemas de medición del producto final (para
facturar o pagar impuestos)


Sistemas normales de control
MTU #2
Monitorean parámetros y realizan los
RTU #2
ajustes necesarios para mantener el
MTU #1 proceso dentro de límites normales.

RTU #1 Sistemas instrumentados de seguridad
Para reemplazar a los sistemas de control
normales en caso de daños a las
personas, al equipo o al entorno.

1) Deberían ser capaces de anular los
sistemas normales de control
2) No deberían compartir componentes con
los controladores normales
3) Deberían ser lo más simples posibles


Probabilidad
de falla Muerte Perjuicio grave Perjuicio leve Sin Perjuicio

A menudo

Rara vez Decisión de
la empresa

Casi nunca Decisión de
la empresa

Nunca

Consecuencia de la falla



Lazo local de
seguridad RTU
S S

R

Simbología
Instrumentación

LSH
207

Entrada al Salida al
limpiador compresor


COMUNICACIONES: Importancia 22



+5V +5V

Salida Salida

0V 0V

Válvula cerrada Válvula abierta

+5V

Salida de Voltaje
cerrada

cerrada
abierta

abierta
del Interruptor
t
0V



+5V

Estado de la
Válvula
t
0V
Estado
+5V
Salida
Registro
Reloj
de 1bit
t

Reloj

+5V

Salida del
Registro
t
0V
1 2 3



Posición de
la válvula

3.0V

+5V

Abierta
Señal Análoga

Cerrada
Conversor AD
0V

Válvula



Most Significant Bit
+3.0V SI (+5V) M “1”
2.5V
S
2.5V resto B
0.5V

MSB: 1×2.500V = 2.5000V
NO (0V) 1.25V “0”
0× 1.250V = 0.0000V
resto 0×0.625V = 0.0000V
1.25V
0.5V LSB: 1×0.3125V = 0.3125V

2.8125V
NO (0V) “0”
0.625V

0.625V resto
0.5V
Precisión 1 en 16

SI (+5V) L 0.3125V “1”
S
0.3125V Reloj B
Least Significant Bit

Conversor AD Registro de 4bit


COMUNICACIONES: Protocolos y Tipos de Comunicación 25

Red
LAN Serial Un carácter después de otro

Paralelo Todos los caracteres a la vez

modem
UPS
Equipo para
Comunicación de PLC
DCE Datos
MTU

DTE DCE
a / desde el modem UPS
operador

Equipo Terminal RTU
de Datos
DTE
a / desde los Least Significant Bit
dispositivos de campo



Sistema abierto A Sistema abierto B

Capa 7: Aplicaciones Modelo OSI Capa 7: Aplicaciones
(Open System
Capa 6: Presentación Interconection) Capa 6: Presentación

Capa 5: Sesión Capa 5: Sesión

Capa 4: Transporte ISO Capa 4: Transporte
(International
Capa 3: Red Organization for Capa 3: Red
Standardization)

Capa 2: Enlace Capa 2: Enlace

Capa 1: Física Capa 1: Física

Medio de Comunicación



Muestra a todos los potenciales receptores que un mensaje está
Sincronización (8bits) próximo y provee una referencia que puede ser utilizada por cada
receptor para sincronizar su reloj con el reloj del transmisor.

Dirección Remota (8bits) Define la estación a la cual el mensaje será enviado. Los 8bits
(octeto/byte) permiten identificar a cualquiera de las 256 estaciones.

Función (8bits) Define cual de los 256 tipos de mensajes será enviado.

Dirección Interna (8bits) Describe a qué conjunto de registros, dentro de la estación
receptora, está dirigido el mensaje.

Modificador (8bits) Modifica la dirección interna y define cuántas palabras están
incluidas en el mensaje.

Órdenes Especiales (8bits) Contiene mensajes acerca de las condiciones de la MTU y la RTU.

Es un campo de longitud variable de 0 a 192bits.
Datos (0-192bits)
Es un código de redundancia cíclica de 16bits basado en la fórmula
CRC (16bits) de Bose Chaudhuri Hocquenguem (BCH) para detectar errores de
transmisión



16 14 13 11 10 9 8 6 5
CRC (255, 239) BCH x x x x x x x x x x 1
1111 1111 1111 1111 Registro de 16bits
0100 0000 Primeros 8bits del mensaje
Generador Polinomial
1011 1111 1111 1111 XOR
1 0111 1111 1111 1110 Mover los bits hacia la izquierda (b = 1)
1 0110 1111 0110 0011
0110 1111 0110 0011 Añadir el generador polinomial
0110 1111 0110 0011
0001 0000 1001 1101 XOR
Dato (8bits) 0100 0000 0 0010 0001 0011 1010 Mover los bits hacia la izquierda (b = 0)
El proceso se realiza hasta completar 8
movimientos de bits hacia la izquierda. 1 0000 1001 1101 0000 Mover los bits hacia la izquierda (b = 1)
0110 1111 0110 0011 Añadir el generador polinomial
Si hubiesen bits adicionales en la
palabra, se haría el mismo 0110 0110 1011 0011 XOR
procedimiento y así sucesivamente. 0 1100 1101 0110 0110 Mover los bits hacia la izquierda (b = 0)
El CRC es el resultado obtenido luego 1 1001 1010 1100 1100 Mover los bits hacia la izquierda (b = 1)
del octavo movimiento. El CRC será 0110 1111 0110 0011 Añadir el generador polinomial
transmitido después de la palabra-dato 1111 0101 1010 1111 XOR
de 8bits, es decir, dato + CRC.



f(t)

Función original
t

f(t)

Aproximación con un término
t

f(t)

Aproximación con tres términos
t

f(t)

Aproximación con diez términos

t



Onda La impedancia de los
portadora cables causa que la
señal se atenúe.
Señal a
modularse

Señal
modulada



Señal

Amplitud modulada

El ruido atmosférico
está relacionado a la
amplitud (AM) .

Frecuencia modulada



Comunicación
Sincrónica

Comunicación
Asincrónica



Simplex

Half-Duplex

Full-Duplex



INTERNET

• Es una red de redes a escala mundial.
• Interconecta millones de computadores.
• A todo el conjunto de protocolos usados por
Internet se les denomina la suite TCP/IP.
• Esta suite implementa las capas sobre las
cuales funciona Internet.
• Utiliza el protocolo IP (Internet Protocol) en
conjunto con muchos otros más (TCP, UDP,
HTTP, POP3, etc.).
• Estándar que define el modo en que los sistemas
intercambian información en Internet.
• Provee mecanismos para fragmentar y llevar la
PROTOCOLO IP información desde un equipo a otro a través de la red.
• Equivale a la capa 3 del modelo OSI/ISO.
• Cada mensaje a enviar es dividido en “paquetes”, el
cual contiene además la dirección de origen y destino
(direcciones IP).



Sitios de Internet por países



DIRECCIONES IP

• Identifican a un computador en forma única dentro de una
red (LAN, Internet, etc.)
• Se compone de 4 bloques que van entre 0 y 255 separados
por puntos. Ejemplo: 74.125.45.100
• Para recordarlas se usan los llamados “dominios”. Ejemplo:
www.google.com
• A través de DNS (Domain Name System) los dominios se
transforman en direcciones IP:
www.google.com  74.125.45.100
• Hay rangos que no pueden usarse en Internet (son para uso
privado):
10.0.0.0  10.255.255.255
172.16.0.0  172.31.0.0
192.168.0.0  192.168.255.0
• Otros rangos están reservados (son experimentales):
224.0.0.0  254.0.0.0


CLASES DE REDES

• IANA (Internet Assigned Number Authority): empresa que reparte las direcciones IP.
• Existen 3 clases de direcciones IP que se pueden otorgar:
• Clase A:
• desde 1.0.0.0  127.0.0.0
• 1 sola red, 1.6 millones hosts
• Se les otorga sólo a los gobiernos de todo el mundo.
• Clase B:
• desde 128.0.0.0  191.255.0.0
• 16.320 redes, 65.024 hosts
• Se les otorga a las medianas empresas.
• Clase C:
• 192.0.0.0  223.255.255.0
• 2 millones de redes, 254 host
• Para el resto de los solicitantes.
• Clase D, E y F:
• 224.0.0.0  254.0.0.0
• Sólo para uso experimental.



CLASES DE REDES

• Dado el gran crecimiento de Internet, se están acabando las direcciones IP (IPv4).
• En la mayoría de las redes, exceptuando las más pequeñas, resulta conveniente dividir la red
en subredes. Dentro de cada subred, la primera y la última dirección no son utilizables; de
todos modos no siempre se utilizan todas las direcciones restantes.
• IPv4 usa direcciones de 32 bits, limitándola a 232 = 4.294.967.296 direcciones únicas.
• Por esto se creó una segunda versión de IP, llamada IPv6:
• Las direcciones se escriben como 6 bloques de 4 dígitos hexadecimales que van desde
0000 hasta FFFF. Ejemplos:
2001:0123:0004:00AB:0CDE:3403  2001:123:4:AB:CDE:3403
• En teoría permite conectar a 3.403 x 1038 computadores al mismo tiempo.
• Si la Tierra estuviera hecha sólo de granos de arena, IPv6 permitiría darle a cada grano, en 300
millones de planetas del tamaño de la Tierra, una dirección única.
• IPv6 no ha logrado reemplazar a IPv4 porque:
• Requiere modificar las aplicaciones.
• Proxy y NAT (Network Address Translation) permiten compartir una dirección IP entre
varios equipos


COMUNICACIONES: Dispositivos de Red y Radio 39

PROTOCOLO TCP

• Transmission Control Protocol.
• Es uno de los protocolos principales de la suite TCP/IP (es el más utilizado de Internet).
• Implementa la capa 4 del modelo OSI/ISO.
• Usando TCP los programas pueden establecer conexiones entre distintos computadores y enviar
datos a través de esta conexión.
• TCP garantiza que los datos enviados serán recibidos en el mismo orden por el receptor.
• Para enviar la información TCP crea paquetes:

• Sobre TCP se utilizan otros protocolos de
transmisión, entre los cuales destacan:
• HTTP: Transmisión de páginas web.
• FTP: Transmisión de archivos.
• SMTP: Envío de correo electrónico.
• SSH: Para conectarse remotamente a un
servidor UNIX/LINUX.
• MSN: Para enviar mensajes.



PROTOCOLO UDP

• User Datagram Protocol
• Junto con TCP, son los principales protocolos de la suite TCP/IP
• A través del Protocolo UDP los programas pueden enviarse mensajes cortos, que se les
denomina “datagramas”.
• UDP no garantiza el orden ni la consistencia de los datos (como lo hace TCP).
• Por esto último es mucho más rápido y eficiente, pero poco confiable.
• Los datagramas son de la siguiente forma:

• Algunos protocolos y aplicaciones que utilizan
UDP son:
• DNS: Resuelve los dominios a
direcciones IP
• VoIP: Voice Over IP
• Streaming Media: cualquier aplicación
que transmita video/audio por la red.
• Juegos Online: Quake2, Lineage, Unreal
Tournament, etc.



MODEM

• Computadores procesan señales digitales mientras que las líneas telefónicas son
análogas.
• Un modulador emite señal analógica constante (portadora).
• Para transmitir datos digitales se modifica alguna característica de la señal portadora.
• Así se indica si se está transmitiendo 0/1.
• El demodulador interpreta los cambios en la portadora para reconstruir el flujo de
datos digitales.
• V.32. Transmisión a 9.6 Kbps.
• V.32bis. Transmisión a 14.4 Kbps.
• V.90. Transmisión a 56.6 Kbps.
• V.92. Mejora sobre V.90 con compresión de datos y llamada en espera.
• Módems DSL
• Utilizan un espectro situado encima de la banda vocal (300 - 3400 Hz) del cable
telefónico.
• Permiten alcanzar velocidades mucho mayores que un módem telefónico.
• Posibilidad de establecer comunicación telefónica por voz simultáneamente.



TARJETA DE RED SWITCH

• Permite la comunicación y el intercambio de • Un switch interconecta dos o más
información entre computadoras en Red. segmentos de red.
• Velocidad transmisión 10/100/1000 Mbps • Opera en la capa 2 OSI.
• Posee número de identificación único de 48 bits, • Disminuye colisiones.
en hexadecimal llamado MAC (Media Access • Retransmite solo al punto de destino.
Control address).

ROUTER
HUB
• Dispositivo de interconexión de redes o
• Dispositivo que permite centralizar el computadores.
cableado de una red. • Opera en la capa 3 OSI.
• Opera en la capa 1 OSI. • Toma decisiones lógicas con respecto a la
• Repite cada paquete de datos en cada uno mejor ruta para el envío de datos en base a:
de los puertos. • dirección IP
• Ancho de banda compartido. • tráfico de red en sus interfaces
• Base de redes tipo estrella. • velocidad


GATEWAY

• Permite a máquinas de una red local (LAN)
acceso a una red exterior
• Generalmente realiza operaciones de traducción
de direcciones IP (NAT: Network Address
Translation).
• Ejemplo de puerta de enlace: 192.168.100.1

PROXY
• Programa o dispositivo que realiza una
acción en representación de otro.
• Cuando un equipo de la red desea
acceder a una información o recurso, es
el proxy quien realiza la comunicación y
a continuación traslada el resultado al
equipo inicial.
• Porque no es posible la comunicación
directa o porque añade funcionalidad
adicional (ej. cache).



FIREWALL
• Elemento de hardware o software.
• Protege de intrusiones.
• Protección de información privada.
• Protección contra virus
• DeMilitarized Zone: permite que servidores interiores
provean servicios al exterior, mientras protege la red
interior.

ACCESS POINT
• Dispositivo transmisor/receptor en una
WLAN (Wireless Local Area Network).
• Se conecta a la red alambrada desde un
punto fijo utilizando un cable Ethernet.
• Hasta 30 usuarios simultáneos.
• Rango de 30 a 100 metros.



RADIO
• La radio es una tecnología que posibilita la transmisión de señales mediante la modulación de
ondas electromagnéticas. Estas ondas no requieren un medio físico de transporte, por lo que
pueden propagarse tanto a través del aire como del espacio vacío.
• Una onda de radio se origina cuando una
partícula cargada (por ejemplo, un
electrón) se excita a una frecuencia
situada en la zona de radiofrecuencia
(RF) del espectro electromagnético.
Otros tipos de emisiones que caen fuera
de la gama de RF son los rayos gamma,
los rayos X, los rayos cósmicos, los
rayos infrarrojos, los rayos ultravioleta y
la luz.
• Cuando la onda de radio actúa sobre un
conductor eléctrico (la antena), induce
en él un movimiento de la carga
eléctrica (corriente eléctrica) que puede
ser transformado en señales de audio u
otro tipo de señales portadoras de
información.


INTERFACES DE OPERADOR: IHM 50

Un sistema SCADA recolecta datos y los presenta a un usuario, de forma que éste puede tomar
decisiones sobre el sistema. La interfaz del operador es la “intersección” a partir de la cual la
información viaja desde el sistema SCADA hacia el operador y desde el operador hacia el sistema
SCADA.

MODEMS

OPERADOR I/O MODEMS
RADIOS

INTERNET
PLC
Red MODEMS
LAN
MTU o HOST PC
RTU
PLC RTU

HMI SOFTWARE IEDs, SENSORES, PLCa



Los cuartos de control convencionales tienen políticas internas para asegurar que solo las
personas que están autorizadas puedan efectuar cambios. Hasta en el nivel más básico hay
seguridad para el acceso. Los servicios del sistema frecuentemente son aislados para mantener al
público y los visitantes distantes de los procesos importantes del sistema. Los accesos al sistema
de control son muy estrictos mediante claves de acceso, contraseñas y mecanismos de seguridad.



Dentro del cuarto de control y a través de todo el proceso, existen políticas que permiten solo a
ciertos grupos de empleados ajustar algunos parámetros de control mientras que otros grupos
tienen acceso a diferentes partes del sistema. La mayor parte de este procedimiento se lleva a
cabo dentro del mismo sistema SCADA.

El concepto de aislamiento físico es el primer nivel de seguridad. Los cuartos de operación
usualmente están ubicados en oficinas o centros de control resguardados y/o monitoreados. Solo
ciertos grupos de empleados pueden acceder a éstos.



Normalmente el acceso a los datos no está restringido. Se asume que cualquier persona que
accede al cuarto de control está autorizada a ver los datos que el sistema está recolectando . El
sistema de monitoreo no diferencia entre los usuarios autorizados o no autorizados que lo están
observando.

En los últimos tiempos se ha invertido mucho esfuerzo para conseguir que las interfaces de
operador sean sencillas de utilizar y que las personas requieran muy poco o ningún tipo de
entrenamiento para manejar el sistema.



En el pasado se utilizaban cerraduras físicas para restringir la operación en el teclado o en otros
medios del operador, pero esto era muy incómodo, así como una pérdida de tiempo y limitado.
Los actuales procedimientos de seguridad utilizan restricciones de software o contraseñas para
permitir diferentes clases de operaciones de control. Usualmente es suficiente contar con tres
niveles de operación, pero algunos sistemas proveen cinco o más.

La tecnología de las contraseñas a progresado al punto de que ahora es muy práctico, mantenerse
informado acerca de los cambios que se han hecho y quienes los han hecho. Esta tecnología es a
veces usada y a veces no, dependiendo de los potenciales peligros en cuestión y de la filosofía de
la compañía dueña del sistema.



Un operador que controla el proceso podría ser
asignado con el nivel uno. Este nivel le permitiría Nivel de Empleados Función
ajustar los set-points así como los puntos de alarma, Seguridad Asignados Disponible
además podría prender o apagar algunos equipos.
Ver todas las
A Todos
pantallas
Los técnicos de instrumentación podrían ser
colocados en un segundo nivel, mediante el cual Funciones de A y
Operadores
podrían encargarse de problemas en el sistema de B control de set
nuevvos
comunicaciones, detalles de los accesos acerca de points y alarmas
la frecuencia de varios tipos de alarmas y ajustes en Funciones de B y
Operadores
los sensores y alarmas. C cambiar los
calificados
puntos de alarma
Los ingenieros en sistemas pudiesen ser asignados Funciones de C y
Técnicos
a otro nivel que les permitiría acceder y modificar D
instrument.
ajustar controles
los algoritmos de programación y cambiar factores y paneles
de cálculos en las mediciones. Configuraciones
complejas,
Ingenieros del
El administrador del sistema podría ser asignado a E asignación de
Sistema
un nivel que le permita asignar o cambiar códigos de
contraseñas y realizar otras funciones seguridad
especializadas del sistema.


INTERFACES DE OPERADOR: CONTROL Y ALARMAS 56

Dos de las justificaciones económicas para instalar un sistema SCADA son:

1) Mantener al sistema corriendo
2) Regresar al sistema a operación normal cuando este ha sufrido algún problema

Cuando los sistemas de protección operan y dan de baja al proceso, el operador debe ser avisado
inmediatamente de manera que la condición de alarma sea rectificada y la para del sistema sea
minimizada. Para esto, la MTU trata a las alarmas de una manera especial. En el campo y en la
RTU las alarmas son tratadas de la misma manera como cualquier otro punto de estado del
sistema.

Alarma!!!
MTU RTU

Esta alarmas existen como niveles de voltaje a la salida de un interruptor físico o electrónico y
además influyen la programación de las posiciones de los registros. Sin embargo, una vez que las
alarmas llegan a la MTU, éstas son tratadas de forma distinta. La condición de cada punto que ha
sido identificado como una alarma se compara con su condición en el barrido anterior.



Un sistema SCADA puede monitorear más de 3000 puntos de alarmas. Si cien de estos puntos
estuviesen en estado de alarma (es decir, en una situación no usual) y el operador fuese
informado de cada uno de los barridos, la sobrecarga de información podría llevar al sistema a su
colapso. Para evitar esto existen los denominados “reportes por excepción”, los cuales avisan al
operador acerca de las alarmas solo cuando su estado ha cambiado.



En grandes sistemas, aún cuando la cantidad de información puede ser demasiado extensa, por lo
que pueden ocurrir las denominadas “tormentas de alarmas”, las cuales inundan al operador con
grandes cantidades de indicadores de alarma que agobian a la persona y ocasionan que no sepa
como responder.

Si consideramos el régimen de alarma de una plataforma de producción petrolera sin operarios se
pueden listar cuatro posibles condiciones de alarma:

1. El generador eléctrico falla
2. La bomba de transferencia se para
3. Fuego en el módulo del generador
4. Bajo nivel de combustible en el generador

Si el generador ha fallado, la bomba eléctrica no operará, por lo que no será necesario reportar al
operador acerca de cada uno de estos eventos. La MTU puede ser programada para inhibir la
señal de que la bomba eléctrica se ha parado si la alarma indicadora de que el generador ha
fallado está encendida. Este evento se denomina modo de anulación. Esto puede reducir la carga
durante el trastorno del proceso cuando el operador está muy ocupado. Las otras dos alarmas
podrían ser no anuladas si pueden ser respaldadas por baterías (procedimiento normal para
muchos subsistemas).



Algunas condiciones de alarmas son más importantes que otras. Algunas no causan reacción,
sino más que algún comentario en el próximo reporte de mantenimiento de rutina. Sin embargo,
en la mayoría de los sistemas SCADA todos los cambios en los estados de alarma son apuntados
y temporizados o estampados en el tiempo.

La estampa de tiempo es generada por la MTU cuando ésta recibe el dato a ser registrado. Para
sistemas con largos barridos, este tiempo puede ser tanto como media hora después de que el
evento ha ocurrido. Si una alarma no está siendo ocultada, esta será chequeada como una
prioridad. Cuando se configura al sistema, cada alarma es asignada con una prioridad. Pueden
haber entre uno y cinco niveles de prioridad.



Por ejemplo, un primer nivel de alarma, el más bajo, puede ser registrado en una pantalla especial
de registro de alarmas visuales. El segundo nivel de alarma, podría provocar el mismo resultado
anterior, pero adicionalmente causaría que un sector de la pantalla centellee, de forma de alertar al
operador sobre la información adicional. El más alto nivel de prioridad podría además de ser
impreso en la pantalla y resaltado mediante una luz resplandeciente, tener algún tipo de alarma
audible para que el operador se cerciore lo más pronto posible de la posible falla en el sistema.



Generalmente, a pesar de que el sistema vuelva a su estado normal, estas alarmas no se restablecen
mientras el operador no tome conocimiento de las mismas.

Debido a que las funciones de control disponibles están limitadas y a menudo son de carácter
supervisorio, las pantallas de interface de operador que permiten estos cambios no deben ser
complejas.



Todo lo que sea necesario para guiar al operador durante el desarrollo de sus tareas debe ser
colocado en las pantallas de interfaz. Colocando de forma ordenada todos los elementos del
sistema con sus debidas señalizaciones y advertencias.

Algunas pantallas de control presentan una columna adicional, en donde se indica la
nomenclatura utilizada y el estado de las funciones de control. También se suelen mostrar
advertencias de que alguna orden ha sido dada pidiendo la confirmación respectiva al operador
de turno. Una determina acción puede requerir una secuencia definida de operaciones con sus
respectivas confirmaciones para que todas las posibles condiciones sean validadas.

A parte de conocer el estado de los cambios asociados a los comandos de control en curso, el
operador debe estar informado del estado de muchas otras partes y piezas del equipo que está
bajo su control y de muchos otros que no lo están.

Una pantalla de estado del sistema bien diseñada permite que el operador haga un buen recorrido.
El operador puede moverse dentro de todo el proceso a través de cada una de las áreas que lo
componen. Con un poco de experiencia los operadores pueden llegar a estar muy bien
informados de mucha información del sistema contenida en un pequeño número de puntos.


INTERFACES DE OPERADOR: REPORTES 63

En muchos de los primeros sistemas SCADA, la interface de operación consistía en cajas de
luces y bancos de botones e interruptores montados en largos paneles. Los sistemas más actuales
con mucho más visuales y amigables, describiendo de mejor manera a todo el proceso. El nivel
más bajo de complejidad significa que la pantalla de un computador monocromático que soporta
caracteres alfanuméricos es suficiente para mover la información en ambos sentidos para
operadores de experiencia. Los interfaces gráficos a color más avanzados permiten que los
operadores de menos experiencia entiendan y actúen de forma más rápida y con menos esfuerzo
ante las diversas situaciones que se pueden presentar en el sistema.


INTERFACES DE OPERADOR: REPORTES 64

Además, muchas otras características han sido adicionadas a los interfaces del operación como
son distintos tipos de menús y gráficas en tiempo real de los procesos. La mayoría de los
diseñadores de software incorporan estas características en sus programas de interfaz.

Muchos de los reportes para los sistemas SCADA son impresos o archivados automáticamente a
un determinado tiempo. Otro grupo espera a que una orden sea impartida. Los estados de las
alarmas son los tipos más comunes de reportes que se imprimen automáticamente.


APLICACIONES 66

Las aplicaciones de los sistemas SCADA están especialmente diseñadas para funcionar sobre
computadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de
campo (por ejemplo, controladores autónomos) y controlando el proceso de forma automática desde la
pantalla del centro de control. Además, proveen toda la información que se genera en el proceso
productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros niveles supervisores dentro de la
empresa (supervisión, control calidad, control de producción, almacenamiento de datos, etc.).

Comprenden todas aquellas soluciones de aplicación para referirse a la captura de información de un
proceso o planta, no necesariamente industrial, para que, con esta información, sea posible realizar una
serie de análisis o estudios con los que se pueden obtener valiosos indicadores que permitan una
retroalimentación sobre un operador o sobre el propio proceso, tales como:

• Indicadores sin retroalimentación inherente (no afectan al proceso, sólo al operador):
• Estado actual del proceso. Valores instantáneos;
• Desviación o deriva del proceso. Evolución histórica y acumulada;
• Indicadores con retroalimentación inherente (afectan al proceso, después al operador):
• Generación de alarmas;
• HMI - Human Machine Interface (Interfaces hombre-máquina);
• Toma de decisiones (mediante operación humana o la utilización de sistemas basados en el
conocimiento o sistemas expertos).


APLICACIONES 67


APLICACIONES 68

Entre las aplicaciones de los sistemas SCADA podemos mencionar:

• Monitorear procesos químicos, físicos o de transporte en sistemas de suministro de agua, para
controlar la generación y distribución de energía eléctrica, de gas o en oleoductos y otros procesos
de distribución.

• Gestión de la producción (facilita la programación de la fabricación).

• Mantenimiento (proporciona magnitudes de interés tales para evaluar y determinar modos de
fallo, MTBF, índices de fiabilidad, entre otros).

• Control de Calidad (proporciona de manera automatizada los datos necesarios para calcular índices
de estabilidad de la producción CP y CPk, tolerancias, índice de piezas NOK/OK, etc.

• Administración (actualmente pueden enlazarse estos datos del SCADA con un servidor ERP
(Enterprise Resource Planning o sistema de planificación de recursos empresariales), e integrarse
como un módulo más).

• Tratamiento histórico de información (mediante su incorporación en bases de datos).


APLICACIONES 69

Una interfaz Hombre - Máquina o HMI ("Human Machine Interface") es el aparato que presenta los
datos a un operador (humano) y a través del cual éste controla el proceso. Los sistemas HMI podemos
pensarlos como una "ventana del proceso". Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como
paneles de operador o en un ordenador. Las señales del proceso son conducidas al HMI por medio de
dispositivos como tarjetas de entrada/salida en el ordenador, PLC's (Controladores lógicos
programables), PACs (Controlador de automatización programable ), RTU (Unidades remotas de I/O)
o DRIVER's (Variadores de velocidad de motores). Todos estos dispositivos deben tener una
comunicación que entienda el HMI.

La industria de HMI nació esencialmente de la necesidad de estandarizar la manera de monitorear y de
controlar múltiples sistemas remotos, PLCs y otros mecanismos de control. Aunque un PLC realiza
automáticamente un control pre-programado sobre un proceso, normalmente se distribuyen a lo largo
de toda la planta, haciendo difícil recoger los datos de manera manual, los sistemas SCADA lo hacen
de manera automática. Históricamente los PLC no tienen una manera estándar de presentar la
información al operador. La obtención de los datos por el sistema SCADA parte desde el PLC o desde
otros controladores y se realiza por medio de algún tipo de red, posteriormente esta información es
combinada y formateada. Un HMI puede tener también vínculos con una base de datos para
proporcionar las tendencias, los datos de diagnóstico y manejo de la información así como un
cronograma de procedimientos de mantenimiento, información logística, esquemas detallados para un
sensor o máquina en particular, incluso sistemas expertos con guía de resolución de problemas.


APLICACIONES 70

Desde cerca de 1998, virtualmente todos los productores principales de PLC ofrecen integración con
sistemas HMI/SCADA, muchos de ellos usan protocolos de comunicaciones abiertos y no
propietarios. Numerosos paquetes de HMI/SCADA de terceros ofrecen compatibilidad incorporada
con la mayoría de PLCs, incluyendo la entrada al mercado de ingenieros mecánicos, eléctricos y
técnicos para configurar estas interfaces por sí mismos, sin la necesidad de un programa hecho a
medida escrito por un desarrollador de software. SCADA es popular debido a esta compatibilidad y
seguridad. Ésta se usa desde aplicaciones pequeñas, como controladores de temperatura en un
espacio, hasta aplicaciones muy grandes como el control de plantas nucleares.

La solución de SCADA a menudo tiene componentes de sistemas de control distribuido, DCS
(Distribuited Control System). El uso de RTUs o PLCs o últimamente PACs sin involucrar
computadoras maestras está aumentando, los cuales son autónomos ejecutando procesos de lógica
simple. Frecuentemente se usa un lenguaje de programación funcional para crear programas que
corran en estos RTUs y PLCs, siempre siguiendo los estándares de la norma IEC 61131-3. La
complejidad y la naturaleza de este tipo de programación hace que los programadores necesiten cierta
especialización y conocimiento sobre los actuadores que van a programar. Aunque la programación de
estos elementos es ligeramente distinta a la programación tradicional, también se usan lenguajes que
establecen procedimientos, como pueden ser FORTRAN, C o Ada95. Esto les permite a los ingenieros
de sistemas SCADA implementar programas para ser ejecutados en RTUs o un PLCs.


APLICACIONES 71

Los sistemas SCADA han evolucionado en 3 generaciones de la siguiente manera:

Primera Generación: "Monolíticos“

En la primera generación los cálculos eran hechos por un computador central. Las redes no existían.
Por lo que los sistemas SCADA eran sistemas independientes sin conectividad hacia otros sistemas.
Más tarde, se diseñaron redes para áreas más amplias, para la comunicación de las RTU hacia el
exterior y entre las mismas. Los protocolos de comunicación utilizados fueron a menudo patentados al
mismo tiempo que se creaban. La primera generación de sistemas SCADA fue redundante desde el
mismo sistema central de cómputo pues éste era conectado en un nivel del bus de datos y era utilizado
en el caso de falla del computador principal.


APLICACIONES 72

Segunda Generación: "Distribuidos“

El procesamiento fue distribuido a lo largo de múltiples estaciones las cuales fueron conectadas a
través de redes LAN y compartían información en tiempo real. Cada estación era responsable de una
tarea en particular lo cual hacía que el tamaño y el costo de cada estación sea menor que el de una
utilizada en la primera generación. Los protocolos de red utilizados eran aún en su gran mayoría
patentados, lo cual muchas veces significaba problemas de seguridad en cualquier sistema SCADA
que era atacado por algún “hacker”. A partir de que los protocolos fueron patentados, muy pocas
personas a parte de los desarrolladores y hackers sabían lo suficiente como para determinar como fue
instalado el sistema SCADA. Desde que ambas partes han cedido intereses para poder mantener los
aspectos de seguridad tranquilos, la seguridad de instalación de un sistema SCADA a menudo se ha
sobreestimado, en especial si el sistema es considerado como un todo.


APLICACIONES 73

Tercera Generación: “Conectados“

La actual generación de los sistemas SCADA utiliza sistemas de arquitectura abierta en lugar de
entornos controlados (patentados) por un vendedor. El sistema SCADA utiliza estándares y protocolos
abiertos que se distribuyen de forma funcional a lo largo de una red WAN en lugar de una red LAN.
Es fácil conectar dispositivos periféricos de terceros tales como impresoras, discos externos,
memorias, pues éstos también usan arquitecturas abiertas. Los protocolos WAN tales como el Internet
Protocol (IP) son usados para la comunicación entre la estación maestra y los equipos de
comunicaciones. Debido al uso de protocolos estándar y al hecho de que muchos sistemas SCADA
son accesibles a través del internet, éstos sistemas son potencialmente más vulnerables para ataques
remotos. Por toro lado, el uso de protocolos estándar y técnicas de seguridad significa que todas estas
mejoras son aplicables a los sistemas SCADA, asumiendo que éstos reciben actualizaciones y
mantenimientos periódicos.


APLICACIONES 74

Un retraso en el tiempo asociado con la
transferencia de información desde un
sensor de campo hacia la RTU (o desde
la RTU hacia un actuador montado en
campo) debe ser esencialmente de cero.
Las velocidades de escaneo (barrido) de
las RTU son rápidas. Por otra parte,
algunos retrasos significativos de tiempo
son causados por las bajas velocidades
en las comunicaciones de datos y
protocolos, lo cual estimula que la MTU
realice interrogatorios regulares
programados en cada punto del sistema.

Muchas veces, el tiempo de retardo
requerido para corregir problemas de
este tipo puede ser mayor a dos periodos
de barrido (scan time). Este inherente
tiempo de retardo no es crítico para
muchas aplicaciones, pero para otras
puede ser un factor determinante.


APLICACIONES 75

Por ejemplo, un sistema SCADA puede
monitorear la operación de un banco de
compresores y la distribución de una
tubería para “aprender” si los
compresores están funcionando y además
mantener un seguimiento de la presión
de gas en la línea. El gas es inyectado en
puntos específicos dentro de los pozos de
aceite y la reducción resultante en la
densidad promedio del fluido afectado
provoca más aceite por hora ha ser
obtenido en la superficie.

Cada pozo tiene una productividad
diferente de aceite producido por unidad
de gas inyectado. Si algunos de los
compresores fallan y la presión del
sistema de distribución empieza a caer,
algunos pozos pararán de producir. Estos
sistemas de disipación de gas pueden ser
muy grandes.


COSTOS Y BENEFICIOS: Costos 77
Alcanzar decisiones económicas puede parecer un proceso
simple. Añadir todos los beneficios, substraer todos los
costos, y si el resultado es positivo, hacerlo! En el mundo real,
sin embargo, la vida rara vez es tan simple. El diseño de un
sistema SCADA es un proceso iterativo. Cada incremento que
aumenta los beneficios (capacidad) del sistema crea un
correspondiente incremento (no lineal) en su costo.

Si la corporación que adquirirá el sistema no tiene una
infraestructura SCADA en la cual construir, el costo que
obtendrá será demasiado alto. Uno de los costos más altos del
sistema lo constituye la MTU. Si estos costos no pueden ser
prorrateados, los enlaces de comunicación también serán
altos. Los compromisos y costos para una compañía que desee
adquirir experiencia en sitio sobre el desarrollo e
implementación de sistemas SCADA puede llegar a ser alto.
Los potenciales altos costos de una o dos malas decisiones
hechas durante las etapas iniciales del desarrollo del sistema
pueden agravar su costo. Expertos en la tecnología SCADA
pueden actuar como consultores, pero esto no asegurará un
100% de éxito en el proyecto, pues hay muchos aspectos que
son únicos para cada caso.


Si el valor temporal del dinero no es tomado en cuenta puede traer decisiones erróneas. Dice la
historia que la isla de Manhattan fue comprada a los indios de Manhattan para el comercio de bienes
por $24. La mayoría de las personas que escuchan esta historia sienten que los compradores
obtuvieron lo mejor del trato, sin embargo resulta interesante hacer un pequeño análisis de valor
temporal.


Asumamos que la compra de la isla de Manhattan tuvo lugar en 1926, que los $24 fueron invertidos
al 7.2% compuesto y que los inversores no pagaron impuestos sobre el interés. Existe una regla que
dice que una cantidad de dinero se duplicará cuando el producto de la tasa interés por el periodo de
inversión es igual a 72. Esto lógicamente se denomina “La regla del 72”. Al 7.2% , la inversión se
duplicaría cada 10 años (7.2 x 10 = 72): En 1626 la inversión tenía un valor de $24. En 1636 la
inversión tenía un valor de $48. En 1646 la inversión tenía un valor de $96. En 1656 la inversión
tenía un valor de $192.

A partir de esto, puede desarrollarse una fórmula para cualquier año:

Valor presente (VP) = $24 x 2[(año actual - 1626)]/10

En 1726 la inversión tenía un VP de $24 576. En 1826 la inversión tenía un VP de $25 165 824. En
1926 la inversión tenía un VP de $25 769 803 000.

El cálculo muestra que en el 2009, el VP será de alrededor de $8.1 billones ($8.1 millones de
millones) (http://eliax.com/index.php?/archives/2994-1-Billion-en-ingles-es-diferente-a-1-Billon-en-
espanol.html). Lo que acá se ha calculado es el valor presente de la inversión al 7.2% de interés, el
cual a menudo se escribe como VP7.2.


Cuando se hacen cálculos
económicos, se deberían usar las
tasas de interés disponibles al
momento de hacer la inversión. Se
debería seleccionar estos valores
para revisar si una decisión de
inversión es sensible a varias tasas
de interés. Si una compañía puede
obtener un 10% de interés en una
inversión se debería calcular el
VP10, pero además se debería
calcular el VP13 y el VP7 para
observar cuán sensitiva es la
inversión con un 3% de cambio en la
tasa de inversión.

De la misma forma que se puede
calcular el valor presente de una
inversión hecha en el pasado, se
puede determinar el valor presente
de un costo que deberá ser pagado
en el futuro.


Como parte de un sistema SCADA propuesto, se sabe que se debe pagar $200 000 para colocar cable
de fibra óptica a lo largo de tres sitios donde existen tres RTUs. Este pago debe ser realizado durante
dos años a partir de ahora. Se puede obtener un 10% de interés por el dinero (sin tomar en cuenta los
impuestos). ¿Cuál es el valor presente del cable de fibra óptica? Tomar en cuenta que el valor
presente de un costo futuro puede ser interpretado como la cantidad de dinero que debe ser invertida
ahora para producir en el futuro.

Para este cálculo se utilizará la fórmula de interés común A = P x (1 + i)t, donde A es la cantidad
acumulada, P es el capital principal, i es la tasa de interés por unidad de tiempo, y t es el tiempo en
número de unidades.

Se conoce que la cantidad acumulada es $200 000, la tasa de interés es de 10% por año, y el tiempo
es de dos años. Por tanto, el capital principal será:

P = A / (1 + i)t = $200 000 / (1 + 0.1)2 = $165 289

Esta es la cantidad de dinero que se tendrá que colocar ahora en el presupuesto al 10% de interés para
tener $200 000 en el tiempo que el cable de fibra óptica necesita ser colocado.

El valor presente de un beneficio que se ganará al tener un sistema SCADA puede calcularse de una
manera similar.


El ingeniero de operaciones de una compañía eléctrica estima que la mejora en el uso de las
facilidades que un sistema SCADA puede hacer posible, hará innecesaria la compra de $300 000 de
energía eléctrica cada año al país vecino. El aplazamiento de esta compra de energía será posible por
ocho años a partir de ahora. La tasa de interés es del 12% (sin tomar en cuenta los impuestos). LA
construcción del sistema SCADA tardará dos años. ¿Cuál es el VP12 de este beneficio?

Durante el año 1, el sistema SCADA no está construido, por tanto no hay beneficios.
Durante el año 2, el sistema SCADA no está construido, por tanto no hay beneficios.
Durante el año 3, $300 000 de beneficios, promediados a mitad del año:

VP = A / (1 + i)t = $300 000 / (1.12)2.5 = $225 983

Durante el año 4, VP = $201 771; durante el año 5, VP = $180 152; durante el año 6, VP = $160 850;
durante el año 7, VP = $143 616; durante el año 8, VP = $128 229. El VP12 total es la suma de todas
estas cantidades: VP12 = $1 040 601.

De la misma forma que el valor de los beneficios recibidos en el futuro debe ser descontado por un
número relacionado al interés, el valor futuro de alguno de estos detalles debe ser incrementado por
un número relacionado a la inflación. Las tasas de trabajo, por ejemplo, pueden ser proyectadas sobre
el tiempo de una manera más o menos predecible. El costo de una comodidad puede ser proyectado
para incrementarse o decrementarse en respuesta a la demanda demográfica, fuente natural y muchos
otros factores.


Los costos de capital son los primeros costos Ubicación Detalles de capital
considerados cuando la palabra “costos” es Ingeniería de diseño y construcción.
mencionada. En efecto, estos costos son Unidad Terminal Maestra (MTU).
usualmente significantes y fáciles de Cuarto de control (totalmente equipado).
cuantificar. Normalmente estos costos Central
Seguridad. UPS. Equipamiento de
incluyen las labores de ingeniería e comunicaciones (radios, modems, antenas
instalación, los servicios técnicos de y torres etc.). Muebles.
especialistas, almacenamiento, y transporte,
además de los costos por los dispositivos de Ingeniería de diseño y construcción.
hardware que convencionalmente son Unidades Terminales Remotas (RTUs).
Paneles terminales. UPS. Equipamiento de
considerados cuando el término “costos” es
Remoto comunicaciones (radios, modems, antenas
usado.
y torres etc.).
Sensores y actuadores. Interconexiones.
Algunos detalles están muy relacionados a Luces, ventilación, etc.
los indicados en la tabla. Entre las cosas que Puede incluir contribución de capital para
pueden calificar están: la mudanza de equipo lineas de comunicación compartidas.
antiguo, ciertas renovaciones en el edificio o Entre Puede incluir estaciones repetidoras de
los equipos y el diseño de software central y radio.
computacional. Dependiendo de la remoto Puede incluir compradores y costos de
jurisdicción de la compañía se pueden incluir instalación (si se posee cable de cobre o
otros varios tipos de gastos. fibra óptica).


Por alguna razón, los costos de entrenamiento y mantenimiento frecuentemente son descuidados
durante el ciclo económico. Es verdad que los costos de entrenamiento no son muy altos, pero
existen. La falla de no incluir el entrenamiento en la etapa de planificación probablemente conducirá
a fallas de cronograma de los operadores y los técnicos. Para tener un grupo de operadores que
provean la mano de obra para configurar el sistema se debe direccionar el aspecto del entrenamiento
de éstos y cualquier ajuste relacionado a sus cronogramas lo más temprano posible durante el
proyecto. Los costos para el instructor y para los entrenamientos debería ser negociado antes de que
el sistema sea seleccionado. Los costos del tiempo perdido, mientras los operadores aprenden sobre el
sistema son reales y debería ser incluidos en el análisis del costo-beneficio.


Los técnicos de mantenimiento tendrán que ser entrenados en el equipamiento del cual ellos serán
responsables caso contrario el equipo no será familiar para ellos. Sus obligaciones de mantenimiento
empezarán más tarde que las obligaciones de configuración de los operadores. Por esta razón, el
entrenamiento de ellos debe ser diferido. Por otro lado, si los técnicos de mantenimiento estarán
activamente involucrados en la instalación, su entrenamiento debe ser programado muy temprano.
Este será más efectivo si se efectúa justo antes de ser aplicado.

La mejor ubicación para los cursos de entrenamiento dependerá del número de personas a ser
entrenadas y de los costos de los viajes. Regularmente se programan cursos en la misma compañía
que son adecuados si la personas involucradas son pocas. Si el instructor debe viajar al sitio, será
mucho más efectivo respecto a los costos a que los trabajadores de trasladen a otro sitio.


Los costos de mantenimiento son lo suficientemente altos como para ser tomados en cuenta en la
evaluación económica. No son la MTU ni las RTUs las responsables de la mayor parte de estos
costos, a pesar de que éstas y el equipo de comunicación proveerán una buena parte al comienzo.
Sobre la vida de los sistemas SCADA, la mayor parte de los costos de mantenimiento serán para la
calibración, el mantenimiento y el reemplazo de cosas corrientes tales como equipo de medición de
flujo, analizadores, interruptores de límite, y actuadores. Los cables que unen todos estos
componentes en un solo sistema son también una gran fuente para los costos de mantenimiento. Cada
uno de los parámetros del proceso, que en un servicio operado manualmente, podría ser monitoreado
por la vista o por un simple sensor, tendría que ser monitoreado por un sensor más complejo. Cada
válvula operada remotamente requiere un actuador. Todos estos dispositivos que tienen partes
móviles se desgastarán o romperán. El punto es que, debido a que hay demasiadas partes de este tipo,
el mantenimiento será muy significante. Las actualizaciones de software también incidirán en los
costos de mantenimiento.

El equipamiento electrónico diseñado y fabricado de manera adecuada que no tiene partes móviles
puede esperar el sufrir una alta “mortalidad infantil”, esto es, que fallará cerca del comienzo de su
vida y entonces y entonces de asentará para ser un asunto de bajo mantenimiento. Esta es la razón por
la que la mayoría del equipo electrónico industrial es entregado solo después de un periodo extendido
de “uso”. Las primeras fallas son fácilmente aceptadas si éstas suceden en fábrica. Con la debida
atención a los transitorios de voltaje y a las protecciones de temperatura, el equipamiento de las
RTUs puede durar más de 20 años. Sin embargo, las mejoras en las tecnologías pueden hacer que los
equipos sean reemplazados antes de que paren de trabajar lo cual es muy ventajoso.


Aparte de los costos del sistema de mantenimiento, la parte de los costos de operación variará con el
tamaño del sistema. Para todos los grandes sistemas, los costos de energía y de los consumibles en
forma de reportes de papel y respaldos magnéticos son insignificantes. Los costos de mano de obra
en la forma de un grupo de operación puede ser el costo más alto de no-mantenimiento. El tamaño de
este grupo de operación dependerá del tamaño y la complejidad del sistema, así como de su filosofía
operacional. Algunos sistemas simples de irrigación esencialmente pueden operar sin personal, con
solo un operador todo que verifique una o dos veces durante un simple turno de ocho horas. Los
grandes sistemas de transmisión de utilidades eléctricas o servicios de generación pueden requerir
seis o más operadores por turno o dos o tres turnos por día.

Para sistemas que arriendan servicios de telecomunicaciones, el costo de este arrendamiento debe ser
incluido dentro de su economía. Estos costos pueden representar los costos más grandes de operación,
por lo que deben ser incluidos en la fase de planificación económica.


COSTOS Y BENEFICIOS: Beneficios 88
Reducción de costos de capital: Un beneficio potencial del sistema SCADA que debería ser
evaluado, es la reducción de los costos de capital de toda la instalación, incluyendo los procesos y el
mismo SCADA. Las oportunidades de capturar estos costos reducidos de capital deberían ser
fuertemente perseguidas. Para muchos procesos éstas simplemente no existen. Para otros, los valores
de estos costos reducidos de capital, pueden fácilmente compensar todos los costos de capital del
sistema SCADA. Los procesos de identificación de oportunidades por reducción de costos de capital
deberían ser desarrollados por un equipo multidisciplinario que incluya gente de operaciones,
mantenimiento y construcción.

Reducción de costos de funcionamiento de procesos: Esta categoría de beneficios incluye un gran
número de temas. La mayor parte son valores pequeños relativos a los costos de capital. Cuando se
añaden, sin embargo, a menudo proveen suficientes incentivos para justificar la instalación del
sistema SCADA. Un equipo multidisciplinario con una fuerte formación en operaciones será lo más
efectivo al identificarlo y cuantificarlo.

El tiempo que la gente de operaciones gasta, viajando a o desde un sitio, a menudo representa una
gran cantidad de dinero. Los beneficios que el sistema SCADA ofrece para la reducción de este costo
de tiempo serán disfrutados en su mayor parte por diversos puntos que solo poseen unas pocas
medidas de los procesos y/o controles en cada sitio. Esto es el por que un sistema SCADA debe hacer
tal tipo de incursiones en este tipo de instalaciones. Pero, a parte del ahorro en salarios, los
especialistas en operaciones también podrán identificar otro tipo de beneficios del sistema SCADA.


COSTOS Y BENEFICIOS: Beneficios 89

Se pueden reducir los costos de capital y mantenimiento de los equipos, sobre-tiempos pagados en los
turnos extra, los costos de mantenimiento de caminos y una multitud de otras cosas que pueden
aplicarse no solo a la industria o la instalación que está siendo evaluada. Estas operaciones serán
mejor realizadas por los especialistas de las operaciones.

Eficacia en la mejora de las instalaciones: Grandes cantidades de capital son gastadas en las
instalaciones que dependen de un sistema SCADA. Las instalaciones de generación hidroeléctrica o
eólica, plataformas petroleras marinas y estaciones de compresión de gas tienen costos de capital en
millones de dólares. Este dinero ha sido gastado, comprendiendo que sus sistemas SCADA proveerán
un retorno mientras estén operando. Maximizar la cantidad de tiempo en el que una instalación opera
es uno de los beneficios más grandes que un sistema SCADA puede proporcionar.

Un pozo petrolero puede ser visitado una vez al día. Si este se para, produciendo que cinco minutos
después el operador salga, puede suceder que la falla sea descubierta 24 horas después. Una falla en
una estación de compresores podría ser provocada por una reducción en la presión o movimiento del
siguiente sitio manipulado, pero puede pasar un largo tiempo antes de que el operador pueda llegar a
la estación y arreglar el problema. El monitoreo continuo, disponible a través del sistema SCADA
identificaría tales fallas inmediatamente, entonces haría posible minimizar su impacto.


Maestría en Automatización y Control Industrial 2012

Dr.-Ing. Andrés Rosales A.


DCS & SCADA

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

Similar a DCS & SCADA

DCS & SCADA