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SISTEMAS SCADA
ESPE LATACUNGA 2009
ELEMENTOS FUNDAMENTALES
SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO
DCS
 Se definió que el término distribuido se refiere a la
práctica de llevar a cabo las funciones de control a
través de una serie de módulos de control
autónomos, distribuidos físicamente si se desea, y
enlazados por un camino de comunicación.
 Está conformado por PLC’s o computadoras, entre
los que se dividen todas las tareas de control,
aunque puede haber sistemas con características
jerárquicas (modelos híbridos)
CARACTERÍSTICAS
 Paralelismo en el Control de Procesos.
 Tiempo Real en el Control y en las
Comunicaciones.
 Sistema de Comunicaciones Determinista
Adaptado a Diferentes Entornos.
 Apertura (openness): uso de estándares.
 Flexibilidad de Adaptación a Distintas Tareas.
 Escalabilidad
VENTAJAS
 Mayor robustez a fallos de algún computador.
 Mayor eficiencia debida al proceso paralelo.
 Menor rigidez en los dispositivos.
 Mayor escalabilidad.
 Cobertura de plantas de mayor tamaño
DESVENTAJA
 Necesidad de alto flujo de datos en caso de
distribución automática de tareas.
COMPONENTES
 Sistema de Comunicaciones.
 Dispositivos de Control (PLCs, Controladores,
dispositivos de adquisición de datos, DSP´s, etc.).
 Computadoras.
 Aplicaciones (software) para el control y la
supervisión.
HARDWARE DE CONTROL EN LOS DCS
 Las tareas automatizadas de control pueden ser
efectuadas por PLC’s, Controladores o por
sistemas de control basados en una PC.
 Lo que al final es lo más práctico, depende de un
gran número de factores y la mayoría deben ser
considerados individualmente para cada proyecto
de automatización.
EVOLUCIÓN
 Los controladores fueron los primeros instrumentos
en ser empleados para propósitos de control.
 Un algoritmo grabado en su memoria les permitía
detectar el valor de una variable física y, sobre la
base de un algoritmo de control, envían órdenes
que tienen como destino final dispositivos tales
como válvulas, motores, etc.
 Su característica principal, y quizás su punto más
débil, es que son generalmente instrumentos de
propósito específico; es decir, son diseñados para
trabajar generalmente con un solo tipo de variable
física como: temperatura, nivel, flujo, etc.
LA CORRECCIÓN
 Los PLC’s surgieron precisamente porque
corrigieron la debilidad de los controladores.
 Estos dispositivos, como su nombre lo sugiere, son
también controladores pero tienen la virtud de
acoplarse a casi cualquier variable física o
situación gracias a que son programables.
 Se puede decir entonces que los PLC’s son
controladores de propósito general, pero, si se
desea, se los puede convertir de propósito
específico, con solo cambiar su programación
interna.
 Los PLC’s han estado desde hace mucho rato en el
campo y hay bastantes procesos de las plantas
industriales bajo su control.
 Esto implica que hay mucha inversión en equipos y
en personal entrenado en su programación.
CONCEPTOS INTRODUCTORIOS DE
SCADA
 Consiste de un conjunto de infraestructura de
hardware y software que converge de tal manera
que se pueda mantener una supervisión general de
una empresa en el contexto globalizado del mundo
actual.
 Es un concepto similar a lo que en Mecatrónica se
denomina CIM, pueden ser industrialmente
entonces considerados como sinónimos.
RED INDUSTRIAL O RED DE CAMPO
 Con el nombre de redes de campo industriales se
quiere identificar a aquellas que permiten recopilar
(adquisición de datos) y / o supervisar (controlar),
generalmente desde un mismo sitio (panel / cuarto
de control), las variables de una planta o proceso
industrial.
 Las redes de campo constituyen ahora la
infraestructura de los sistemas SCADA y DCS, que
poco a poco han ganando aceptación como una
herramienta confiable y útil en la operación técnico
administrativa de una planta industrial.
EXISTENCIA DE LA AUTOMATIZACION
NIVEL DE GESTIÓN
 Se encarga de integrar los niveles inferiores
a una estructura organizada y jerárquica.
Las máquinas en este nivel sirven de
enlace entre el proceso productivo y el área
de gestión, en la cual se requiere
información sobre ventas, tiempos de
producción, repuestos en bodega, etc.
Emplean redes tipo LAN y WAN que
funcionan bajo protocolos como Ethernet,
por dar un ejemplo.
NIVEL DE CONTROL
 Se encarga de enlazar y controlar los distintos
procesos, líneas de producción de una planta
industrial. A este nivel se sitúan los PLCs de gran
desempeño y poder, así como computadoras
destinadas a diseño, control de calidad,
programación. Suelen emplear redes tipo LAN que
funcionan bajo el protocolo Ethernet.
NIVEL DE CAMPO Y PROCESO
 Aquí se realiza la integración de la
información generada y requerida por los
procesos de campo automáticos y
controlados que utilizan PLCs y
Controladores, multiplexores de Entrada /
Salida (I/O), controladores PID, etc.,
conectados en sub – redes. Aquí es
frecuente encontrar uno o varios autómatas
modulares, actuando como maestros. En
este nivel se emplean los buses o redes
industriales de campo que funcionan bajo
protocolos como Fieldbus, Profibus, por
mencionar algunos.
NIVEL DE I/O
 Es el nivel más próximo a las variables
físicas de la planta. Aquí se hallan los
sensores (transmisores) y actuadores
encargados de medir y controlar los
procesos productivos, respectivamente.
Basados en la información que se recoge
en este nivel, aplicaciones de control toman
las decisiones necesarias que garanticen
una correcta automatización y supervisión.
En este nivel se emplean protocolos como:
Seriplex, Hart, CanBus, etc.
ELEMENTOS DEL SISTEMA
 Una planta industrial organizada de esta forma
requiere de sistemas: SCADA, DCS, Multiplexores
y HMI´s.
 Vale indicar que un diagrama representativo de una
planta organizada de esta forma suele parecer ser
simple. Líneas que unen un bus con otro, ocultan la
complejidad que en realidad existe.
 Desde ya debe entenderse que la unión no es
solamente asunto de unir eléctricamente un bus
con otro, sino lograr que dos protocolos diferentes
puedan comunicarse entre si.
 Para esto hay dispositivos especialmente
diseñados con este propósito cuyos protocolos .
SCADA
 SCADA viene de las siglas: "Supervisory Control
And Data Acquisition", es decir: hace referencia a
un sistema de adquisición de datos y control
supervisor.
 Se trata de un sistema que permite controlar y / o
supervisar una planta o proceso por medio de una
estación central (generalmente una PC) que hace
de Master (llamada también estación maestra o
unidad terminal maestra (MTU) y una o varias
unidades cercanas o remotas (generalmente
RTUs) por medio de las cuales se hace el control /
adquisición de datos hacia / desde el campo.
 La supervisión significa que un operador humano
es el que al final tiene la última decisión sobre
operaciones, generalmente críticas, de una planta
industrial.
MANEJO DE ESTA ARQUITECTURA
 Para manejar esta arquitectura generalmente se
recurre a un paquete de software especializado
(Intouch, Lookout, etc.), que funciona en la
computadora central, por medio del cual se
desarrolla una o varias “pantallas” que actúan
como una interfaz gráfica entre el hombre y la
máquina (HMI) o un proceso.
 De esta forma es posible controlar al proceso en
forma automática, o supervisarlo por medio de
acciones ingresadas por el operador en la
computadora. Además, estos paquetes tienen
opciones que permiten proveer a un nivel superior
administrativo toda la información que se genera en
el proceso productivo
DCS
 El término DCS, viene de las siglas Distributed
Control System, es un sistema de control que
cumple con sus funciones de control a través de
una serie de módulos de control automáticos e
independientes, distribuidos en una planta o
proceso.
 La filosofía de funcionamiento de esta arquitectura
es evitar que el control de toda la planta esté
centralizado en una sola unidad, que es lo que se
busca con el SCADA. De esta forma, si una unidad
de control falla, el resto de unidades podría seguir
funcionando.
ARQUITECTURA DCS
 Los sistemas DCS se desarrollan sobre la base de
dispositivos de control, tales como Controladores o
PLCs, en los que, como se conoce, un programa
de control se encarga de tomar decisiones
dependiendo de los datos que reciben en sus
entradas. Las decisiones son enviadas hacia
actuadores que son los que se encargan de
mantener las variables del proceso bajo control en
los valores apropiados. De ser necesario, emplean
algún mecanismo para transmitir datos o valores,
generalmente críticos, a algún centro de acopio
(que podría ser parte de un SCADA).
 Un operador humano no necesita supervisar lo que
hace el DCS, pero si necesita comunicarse con
este de alguna forma (por ejemplo, mediante
consolas de mano), para cambiar su programación
o configuración.
MULTIPLEXOR
 Los sistemas multiplexores permiten transmitir los
datos que hay en un sitio a varios otros sitios, o
viceversa.
 Para cumplir con esta tarea estos sistemas
emplean multiplexores y RTUs.
 Una RTU, es básicamente un equipo que permite
recopilar datos desde transductores o trasmisores
en el campo y / o enviar órdenes de control a
actuadores, también situados en el campo, por
medio de enlaces físicos o inalámbricos.
 Puesto que una RTU es capaz de manejar varias
entradas / salidas tanto análogas como digitales,
básicamente es de por si un dispositivo multiplexor.
 Una RTU “barre” sus entradas y salidas y las
multiplexa en el dominio del tiempo.
MMI O HMI
 Una Interfaz Hombre-Máquina, HMI (Man-Machine
Interface, MMI), es un mecanismo que le permite a
un operador humano interactuar con una máquina
o proceso y determinar el estado (prendido /
apagado) o magnitud de los dispositivos y/o
variables físicas que están presentes en una planta
o proceso industrial.
 La interfaz puede ser tan simple como una lámpara
indicadora del estado de un aparato, hasta una o
varias pantallas desarrolladas en una computadora
que llegan a mostrar en la pantalla del monitor
representaciones esquemáticas de todo el proceso
bajo supervisión, incluyendo valores reales de las
variables presentes en ese momento en la planta.
ARQUITECTURA DE LOS SISTEMAS SCADA Y
DCS
 Tal como ya se definió, en los sistemas SCADA
usualmente existe una computadora central que
efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas,
así como tratamiento de datos y control de
procesos. Todo esto se ejecuta normalmente en
tiempo real, y están diseñados para dar al operador
de planta la posibilidad de supervisar y controlar
sus procesos.
 Es en estas computadoras donde se diseñan las
HMIs compuestas de una o varias pantallas que,
sobre todo, tienen el objetivo de facilitar la
comunicación entre en usuario y el proceso, dando
origen a los sistemas denominados “amigables
(user friendly)”.
LA COMUNICACIÓN EN LOS DISTINTOS
NIVELES
 La comunicación a nivel de campo se realiza
mediante redes de campo que funcionan bajo
protocolos de campo tales como: HART o
MODBUS.
 Protocolos más sofisticados como PROFIBUS,
FIELDBUS, constituyen las redes industriales. Las
redes administrativas trabajan, por otro lado, en la
forma de redes LAN que se adhieren a sus propios
protocolos, siendo las redes Ethernet las más
populares.
 Esto significa que en alguna parte deben
conectarse ambas redes físicamente y lógicamente
y para esto debe haber traductores de protocolos
de comunicación que les posibilite entenderse.
LOS PROGRAMAS Y EL HARDWARE QUE SE NECESITA
PARA LOGRAR ESTA ARQUITECTURA DE TRABAJO ES LO
QUE CONSTITUYEN EL SISTEMA SCADA
FLUJO DE INFORMACIÓN EN UN SISTEMA
SCADA
 Desde el sensor señal eléctrica o no.
 En el transmisor señal estándar.
 Del transmisor al cuarto de control con
técnicas alambradas o inalámbricas.
 Aparecen entonces las RTU’s.
 Los datos llegan a una PC y se realiza
Datalogging.
 HMI muestra la información.
 Basado en la información el operador
puede tomar acciones sobre el sistema.
NECESIDAD DE UN SISTEMA SCADA
1. Que el número de variables del proceso que se necesita monitorear
sea alto.
2. El proceso debe tener transmisores y actuadores geográficamente
distribuidos. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un
SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en una
localidad.
3. La información del proceso se necesita en el momento en que los
cambios se producen en el mismo, o, en otras palabras, la información
se requiere en tiempo real.
4. Que exista la necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la
planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como
operativas.
5. Que los beneficios obtenidos en el proceso a ser controlado justifiquen
la inversión en un sistema SCADA. Estos beneficios pueden reflejarse
en aumento de la producción, de la confiabilidad, de los niveles de
seguridad, etc.
6. La complejidad del proceso requiere que la mayoría de las acciones de
control sean iniciadas por un operador. En caso contrario, se podría
optar por un Sistema de Control Automático, el cual puede constituir o
ser parte de un Sistema de Control Distribuido, que contaría con PLCs,
Controladores o una combinación de ellos.
FUNCIONES BÁSICAS DEL SISTEMA SCADA
1. Automatización: Recabar, almacenar y mostrar información,
en forma continua y confiable, desde los equipos de campo:
estados de dispositivos, magnitud de variables. Según su
programa, podrá ejecutar acciones de control en forma
automática, incluyendo el disparo de alarmas, etc.
2. Supervisión: Por medio de la HMI mostrar y / o alertar al
operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos
que no se consideren normales (alarmas) como cambios que
se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos).
Basados en los datos enviados, el operador podrá iniciar
acciones de control, tales como: abrir o cerrar válvulas,
arrancar o parar bombas, etc.
3. Manejo de alarmas: Disparar alarmas en forma automática
para que el usuario pueda ejecutar acciones de control que
controlen las situaciones anómalas que las generaron.
4. Generación de reportes: Basadas en la información obtenida
por el sistema es posible generar: reportes, gráficos de
tendencia, historia de variables, cálculos, predicciones,
detección de fugas, etc.
CONCEPTOS ASOCIADOS A SCADA
Tiempo real
Estructura abierta
TIEMPO REAL
 Resumidamente hablando, “en tiempo real”
significa que un dispositivo de medida es capaz de
mostrar el valor de una variable en el instante
preciso en que la misma efectivamente tiene ese
valor. Cuando se emplea computadoras,
controladores o cualquier dispositivo que funciona
en base a un programa de computación para
procesar información de campo, aparece un
desfase en el tiempo, un retardo, que puede incidir
en la exactitud instantánea del valor mostrado. Esta
falta de exactitud puede pasar desapercibida,
particularmente en la medición de variables “lentas”
o puede ser considerable si se trata de variables
“rápidas”.
DIFERENTES CONCEPCIONES
 En ciertas aplicaciones se llega a definir el
retardo que puede ser tolerado por el
proceso y en este contexto "estrictamente
en tiempo real" significa que un sistema
reacciona a los eventos externos dentro de
ese tiempo especificado en un 100% de los
casos. Además si se habla de “tiempo real”
el sistema debe responder en tiempos
concretos también en un 100% de los
casos. Si los tiempos concretos de reacción
llegan a superarse sin causar problemas
irreversibles, como en sistemas no críticos,
se habla de "tiempo real suave".
DIFERENCIAS TÍPICAS ENTRE SCADA
Y DCS
 Como se ha indicado, un SCADA es un
sistema basado en computadoras que
permite supervisar y controlar a distancia
una instalación de cualquier tipo. A
diferencia de los Sistemas de Control
Distribuido, el lazo de control es
GENERALMENTE cerrado por el operador.
 Los Sistemas de Control Distribuido se
caracterizan por realizar las acciones de
control en forma automática, respaldados
generalmente en PLCs.
DIFERENCIAS CONCEPTUALES Y
OPERACIONALES
SISTEMAS MULTIPLEXORES
 Los sistemas multiplexores son hoy en día
los puntos neurálgicos que permiten
maximizar el uso de los sistemas de
comunicación digital porque permiten
transmitir voz, datos, fax, videoconferencia,
audio de alta calidad por uno o varios
canales.
 Por medio de ellos se realizan
enrutamientos entre los canales tributarios
y el o los canales portadores.
 Las capacidades de estos equipos van
desde los 9600 bps hasta 8448 Kbps para
uno o múltiples canales.
MULTIPLEXER
 La multiplexación básicamente significa
transmitir un gran número de unidades de
información sobre un número pequeño de
canales o líneas.
 Un multiplexor digital es un circuito
combinacional que selecciona información
binaria de una de muchas líneas de entrada
y la dirige a una solo línea de salida.
 La selección de una línea particular de
entrada está controlada por un conjunto de
líneas de selección.
UNIDAD REMOTA DE TELEMETRÍA
 Una RTU es un equipo instalado en una localidad
remota que recopila datos y luego la codifica en un
formato que le permita transmitirlos hacia una
estación central (Máster Terminal Unit, MTU) u otra
RTU
 Una RTU también recibe información desde la
estación central, decodifica los datos enviados y
posibilita la ejecución de órdenes enviadas desde
la misma.
 Una RTU está equipada de canales de entrada
para detección o medición de las variables de un
proceso y de canales de salida para control o
activación de alarmas, y un puerto de
comunicaciones.
RTU
CARACTERÍSTICAS
 La CPU le provee la inteligencia necesaria para
procesar los datos de entrada y / o salida en forma
correcta
 La Memoria volátil (RAM) le sirve de almacenamiento
temporal durante el procesamiento de la información.
Esta puede ser memoria RAM estática tipo DIMM de
144 pines.
 La memoria no volátil sirve para el almacenamiento
permanente de programas (protocolo de comunicación)
y datos. En algunos casos suelen emplearse memorias
tipo Flash Card de 50 pines
 Posee capacidades de comunicación sea por un pórtico
serial o, a veces, vía un MODEM interno. Hay modelos
que incluyen un radio sea de RF o con tecnología
Spread Spectrum o Telefonía Celular
TIPOS DE RTU’S
DIAGRAMA DE BLOQUES
CARACTERÍSTICAS
 Tiene una fuente de poder, generalmente con
respaldo de batería.
 Tiene un Watchdog timer para asegurar que la RTU
puede recuperarse correctamente después de que
ocurra una falla.
 Posee protección eléctrica contra transitorios.
 Módulos de entrada y salida tanto análogas como
digitales DI/DO/AI/AO.
 Un reloj en tiempo real.
TIPOS DE RTU’S
 Existen dos tipos básicos de RTU:
 La RTU compacta que contiene todos los módulos
de Entrada / salida en el mismo circuito impreso
principal, incluso un trasmisor de RF o Spread
Spectrum y:
 La RTU Modular que tiene una módulo de CPU
separable y al que se le pueden añadir otros
módulos, normalmente conectándolos a ranuras de
expansión (parecido a como se insertan tarjetas al
circuito madre de una PC).
RTU COMPACTA
CARACTERÍSTICAS
 La RTU compacta generalmente tiene un número
fijo de canales de entrada / salida, por ejemplo, 16
entradas digitales, 8 entradas digitales , 8 entradas
digitales y 4 salidas análogas. No es posible, en la
mayoría de los modelos, expandir su capacidad
original.
 La RTU modular está diseñada para que se le
puedan agregar más módulos incluyendo módulos
especializados como un marcador de tiempo GPS.
SOFTWARE EN LA RTU
1. Sistema operativo en tiempo real (RTOS), o un algoritmo que
empiece un lazo que barra las entradas y supervise los pórticos de
comunicaciones.
2. Driver para el sistema de comunicaciones; es decir, el programa que
define el protocolo del enlace de comunicaciones hacia el Módulo
máster del SCADA.
3. Drivers para el sistema de I/O; es decir, para los dispositivos de
campo.
4. Una aplicación tipo SCADA que le comande a barrer las entradas,
procesar y almacenar la información, responder a solicitudes hechas
por el SCADA máster enviadas por la red de comunicaciones.
5. Algún método que permita ejecutar en la RTU las órdenes desde las
aplicaciones del usuario. Esto puede ser tan simple como definir
parámetros, habilitar / deshabilitar entradas / salidas, o incluso
modificar un programa completo de usuario.
6. Programas de auto diagnóstico.
OPERACIÓN BÁSICA
 Una RTU opera barriendo sus entradas,
normalmente a una tasa bastante rápida.
 Realiza también algún procesamiento como
registrar cambios de estado, con fijación de fecha y
hora, almacenamiento de datos y hacer turno para
que el SCADA master se comunique con el.
 Algunas RTUS tiene la habilidad de iniciar el envío
de reportes a la unidad master, aunque en la
mayoría de modelos es el SCADA master el que se
comunica con la RTU solicitando información y / o
la ejecución de acciones desde simples a
complejas tareas de control.
PEQUEÑAS O GRANDES
 Las RTUs son dispositivos especializados que son fabricados
a menudo por proveedores pequeños que los construyen en
lotes también pequeños para suplir la demanda de mercados
especializados.
 Es por esto que la competencia obliga a ofrecer alternativas
muy económicas, resultando en modelos que no poseen toda
la funcionalidad descrita.
 Las RTUS grandes pueden procesar cientos de entradas y
hasta controlar otras RTUs pequeñas, por supuesto a un
precio alto.
 El poder de procesamiento de una RTU varía desde
procesadores de 8 bits con poca memoria hasta RTUS
grandes y sofisticadas capaces de marcar los eventos con
fecha y hora con una precisión en el orden de los
milisegundos
TAMAÑOS DE RTU’S
 Sistemas independientes (stand-alone)
miniatura que operan con baterías por un
año entero.
 Estos almacenan los datos en una EPROM
o FLASH ROM y entregan dicha
información cuando un operador accede a
las mismas.
 A menudo estos sistemas emplean
procesadores que incluyen una mínima
cantidad de memoria y puede que no
tengan la habilidad para manejar un
protocolo de comunicaciones sofisticado
TAMAÑOS DE RTU’S
 Sistemas independientes pequeños que pueden
activarse periódicamente y aplicar energía a
sensores y radios) para medir y reportar,
respectivamente.
 Usualmente operan desde baterías solares.
 Las baterías son suficientemente grandes como
para operar por al menos 4 meses.
 Estos sistemas generalmente tienen suficiente
capacidad como para manejar un esquema de
comunicaciones más complejo
TAMAÑOS DE RTU’S
Sistemas Medios que son
prácticamente pequeñas
computadoras industriales que
pueden ser hasta PCs
industriales
TAMAÑOS DE RTU’S
 Sistemas Grandes que conforman una
planta de control completa con todo lo
necesario.
 Se las emplea generalmente en sistemas
de control distribuido y a menudo pueden
comunicarse sobre LAN’s de alta velocidad
donde la sincronización puede ser muy
crítica.
ESTÁNDARES
 Rangos de temperatura de la aplicación, es decir, -10 a
65 grados centígrados.
 Humedad Relativa.
 Polvo, vibración, lluvia, sal y protección contra neblina.
 Inmunidad a ruido eléctrico.
 Tamaño físico tal que quepa en su planta.
 Consumo de energía.
 Capacidad de I/O. Siempre se debe dejar cierta holgura
(por ejemplo de 10-20%). No se debe pedir salidas
análogas si no se las necesita. Se debe considerar muy
bien la precisión de los canales análogos y el tipo de las
señales digitales que se espera; por ejemplo, 0-5v, etc.
ESTÁNDARES
 Programabilidad y configurabilidad (Chequear la
IEC61131-3 para conocer sobre la programabilidad).
 Diagnostico - local y remoto.
 Capacidad de Comunicación incluyendo soporte para
radio, PSTN, línea terrestre, microonda, satélite, X.25.
 Recordar que el uso de la PSTN implica que la RTU
deberá marcar fecha y hora y almacenar la información
mientras no está conectada, y que el SCADA master
puede llamar, para llevarse los datos y llenar su base de
datos con información histórica (incluyendo archivos de
tendencia).
 También se debe considerar como las alarmas se
manejaran con la PSTN.
ESTÁNDARES
 Protocolos de Comunicación. Prefiera protocolos
estándar tal como el DNP3, EC870, MMS en vez
de protocolos propietarios.
 Funcionalidad – por ejemplo marcación de fecha y
hora, capacidad de memoria para almacenar
información en el evento de pérdida de
comunicaciones, habilidad para realizar cálculos.
 Hay que buscar que soporten comunicaciones
punto a punto incluyendo capacidad de almacenar
y enviar si las comunicaciones son difíciles
(especialmente por radio).
 Definir las tasas de transferencia de datos (1200 baudios
FSK, o 9600 baudios radio).
 Se puede pedir pórticos seriales adicionales especialmente
para interfaces con PLCs.
 Enfatizar la precisión de la marcación de fecha y hora que
debe hacer la RTU.
 El estándar en la industria eléctrica es de 1 milisegundo y
esto solo se consigue con procesadores rápidos y una
señalización precisa del tiempo por ejemplo desde GPS.
 Capacidad de direccionamiento (ejemplo: máximo de 255
RTUs).
 Actualizaciones de compatibilidad por software o por
hardware
 Registro de errores y acceso remoto a tales registros.
 Filtros digitales para las entradas análogas.
MEDIOS DE COMUNICACIÓN PARA LOS
SISTEMAS SCADA
La comunicación en los
sistemas SCADA puede
lograrse mediante los métodos
siguientes:
POR CABLE
 Cables propietarios, cables (líneas) rentadas y fibra óptica
pertenecen a esta categoría. En el caso de los cables
propietarios, la industria realiza una inversión en el tendido de
sus redes de comunicación, lo que requiere generalmente de
costos iniciales elevados. Con las líneas propietarias se tiene
la ventaja de que se puede emplearlas a voluntad y sin tener
que compartirlas. Un aspecto importante que debe evaluarse
es que se deberá contratar personal para que mantenga
operativo el sistema de comunicaciones y le de
mantenimiento.
 En el caso de las líneas rentadas, entidades privadas o
estatales proveen una o varias líneas dedicadas, para la
industria que solicita tal servicio. Con esta alternativa, la
ventaja está en que la empresa se ahorra el costo de equipos
y de instalación. La desventaja de este servicio es su costo
pues se debe pagar una cuota inicial de conexión y luego una
renta mensual. Las tareas de mantenimiento las realiza la
empresa que provee el servicio.
VÍA RADIO
 Se refiere a enlaces de comunicaciones por medio de
transmisiones inalámbricas, empleando desde RF hasta
Microondas. También se puede recurrir a enlaces satelitales.
 Vale anotar que se suele diseñar estos sistemas tal que los
equipos de transmisión en cada sitio deban encenderse para
transmitir y apagarse para recibir (el equipo de radio es el que
deberá actuar). En diseños de este tipo deben seleccionarse
RTUs que estén diseñadas para realizar esta tarea de
conmutación.
 Los sistemas de radio pueden ser de propiedad de la
empresa, típicamente, pero también es posible contratar el
servicio. En el mercado existen radios en la banda de los 150
y 450 MHz (hay que pagar una licencia) para comunicaciones
industriales, o aquellos que usan Espectro Disperso (Spread
Spectrum) que no requieren el pago de licencias.
LÍNEAS TELEFÓNICAS (DIAL – UP)
 Son convenientes cuando las comunicaciones vía
cable o radio no son posibles debido a la distancia,
terreno, etc. En este caso se recurre a la PSTN
(red telefónica pública) que en nuestro caso sería
CNT.
 Las RTUS que deban emplear esta metodología de
comunicación deben ser capaces de efectuar una
llamada telefónica (dial - up) al otro sitio.
 Un inconveniente para emplear esta tecnología
sería que no exista servicio telefónico justo en el
sitio donde está ubicada una RTU. Este problema
se soluciona si la zona está dentro de la cobertura
de una de las redes de celulares. De ser así,
entonces se recurre a modems GPRS.
 Dentro de esta categoría se ofrece ahora enlaces
vía: ISDN y ADSL
SISTEMAS MODO – A
 Aquellos sistemas que usan conexiones
tipo mediante líneas dial-up; es decir,
emplean las redes públicas de telefonía se
denomina sistemas Modo – A.
 Estos sistemas pueden comunicarse por
voz o lenguajes compatibles con las
computadoras
VENTAJAS
 Costos de comunicación bajos. Solo hay el costo de cada
llamada y la instalación de un conector de teléfono en el
sitio desde donde se desea la comunicación.
 Se puede tener acceso a cualquier sitio remoto, en
cualquier parte del mundo, desde cualquier parte en donde
exista una línea de teléfono.
 Hay RTUS a las que se les puede llamar y estas generan
un reporte hablado, empleando mensajes que se grabaron
durante la instalación.
 Aquellas RTU que se comunican en modo ASCII, lo hacen
en lenguajes aceptados por las computadoras (lenguaje de
máquina) y se les puede acceder desde cualquier
combinación de computadora y MODEM.
SISTEMAS MODO – B
 Aquellos sistemas que se comunican en
forma continua con una Estación Central,
generalmente por medio de líneas
dedicadas, se denominan Modo – B.
 La Estación Central en general es una
computadora.
 Estos sistemas se comunican en lenguajes
de máquina
VENTAJAS
 Supervisión continua de todos los sitios remotos
en el sistema desde una Estación Central.
 Actualización rápida con la información entrante.
 Ejecución rápida de los comandos de salida
SISTEMAS MODO – C
 Aquellos sistemas que transfieren
información desde un punto a otro se
denominan Multiplexores de Señal o
Sistemas Modo – C.
 Estos consisten de 2 o más RTUS y
módulos multiplexores comunicándose
entre si en lenguaje de máquina sobre
cable o radio.
 Las señales análogas y digitales son
transferidas así desde un punto hasta
cualquier otro en el sistema.
VENTAJAS
 La ventaja de los sistemas Modo C y Multiplexores
de señales está en la reducción de los costos de
cable o radio transmisión en tanto en cuanto
múltiples señales análogas y digitales pueden ser
transmitidas y receptadas sobre un solo enlace de
cable o radio.
EJEMPLOS:
SISTEMAS SCADA DCS, NIVELES DE CAMPO, ARQUITECTURA
BUSES DE CAMPO
Un bus de campo es un sistema de
transmisión de información (datos)
que simplifica enormemente la
instalación y operación de máquinas y
equipamientos industriales utilizados
en procesos de producción.
OBJETIVO DE LOS BUSES DE CAMPO
El objetivo de un bus de campo es
sustituir las conexiones punto a punto
entre los elementos de campo y el
equipo de control a través del
tradicional bucle de corriente de 4-
20mA.
CARACTERÍSTICAS ESENCIALES
 Típicamente son redes digitales, bidireccionales,
multipunto, montadas sobre un bus serie, que
conectan dispositivos de campo como PLCs,
transductores, actuadores y sensores.
 Cada dispositivo de campo incorpora cierta
capacidad de proceso, que lo convierte en un
dispositivo inteligente, manteniendo siempre un
costo bajo.
 Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar
funciones simples de diagnóstico, control o
mantenimiento, así como de comunicarse
bidireccionalmente a través del bus.
META FUNDAMENTAL
El objetivo es reemplazar los
sistemas de control centralizados
por redes de control distribuido
mediante el cual permita mejorar
la calidad del producto, reducir los
costos y mejorar la eficiencia
HERRAMIENTAS FUNDAMENTALES
 Para ello se basa en que la información que envían
y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo
que resulta mucho más preciso que si se recurre a
métodos analógicos.
 Además, cada dispositivo de campo es un dispositivo
inteligente y puede llevar a cabo funciones propias
de control, mantenimiento y diagnóstico.
 De esta forma, cada nodo de la red puede informar
en caso de fallo del dispositivo asociado, y en
general sobre cualquier anomalía asociada al
dispositivo.
 Esta monitorización permite aumentar la eficiencia
del sistema y reducir la cantidad de horas de
mantenimiento necesarias.
VENTAJAS GENERALES
 La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la
que los hace más atractivos a los usuarios finales, es la
reducción de costos.
 El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes:
ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo de
mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del
funcionamiento del sistema.
 Una de las principales características de los buses de
campo es su significativa reducción en el cableado
necesario para el control de una instalación.
 Cada componente sólo requiere un cable para la
conexión de los diversos nodos.
 Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en
los costos de cableado. En comparación con otros tipos
de redes, dispone de herramientas de administración del
bus que permiten la reducción del número de horas
necesarias para la instalación y puesta en marcha.
VENTAJAS GENERALES
 El hecho de que los buses de campo sean más
sencillos que otras redes de uso industrial como por
ejemplo MAP, hace que las necesidades de
mantenimiento de la red sean menores, de modo
que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta.
 Además, los buses de campo permiten a los
operadores monitorizar todos los dispositivos que
integran el sistema e interpretar fácilmente las
interacciones entre ellos.
 De esta forma, la detección de las fuentes de
problemas en la planta y su corrección resulta mucho
más sencilla, reduciendo los costos de
mantenimiento y el tiempo de parada de la planta.
VENTAJAS GENERALES
Los buses de campo ofrecen mayor
flexibilidad al usuario en el diseño del
sistema.
Algunos algoritmos y procedimientos
de control que con sistemas de
comunicación tradicionales debían
incluirse en algunos otros dispositivos,
radican ahora en los propios
dispositivos de campo, simplificando el
sistema de control y sus posibles
ampliaciones.
VENTAJAS GENERALES
 También hay que tener en cuenta que las
prestaciones del sistema mejoran con el
uso de la tecnología de los buses de campo
debido a la simplificación en la forma de
obtener información de la planta desde los
distintos sensores.
 Las mediciones de los distintos elementos
de la red están disponibles para todos los
demás dispositivos.
 La simplificación en la obtención de datos
permitirá el diseño de sistemas de control
más eficientes.
VENTAJAS GENERALES
Con la tecnología de los buses de
campo, se permite la comunicación
bidireccional entre los dispositivos de
campo y los sistemas de control, pero
también entre los propios dispositivos
de campo.
VENTAJAS GENERALES
 Otra ventaja de los buses de campo es que sólo
incluyen 3 capas (Física, Enlace y Aplicación), y un
conjunto de servicios de administración.
 El usuario no tiene que preocuparse de las capas de
enlace o de aplicación. Sólo necesita saber cual es
funcionalidad.
 Al usuario sólo se le exige tener un conocimiento
mínimo de los servicios de administración de la red,
ya que parte de la información generada por dichos
servicios puede ser necesaria para la reparación de
averías en el sistema.
 De hecho, prácticamente, el usuario sólo debe
preocuparse de la capa física y la capa de usuario.
EN RESUMEN SON:
 Son el nivel mas simple y próximo al proceso dentro
de las estructura de las comunicaciones industriales.
 Se basan en procesadores simples y protocolos
sencillos para gestionar el enlace entre dichos
procesadores.
 Permiten la comunicación con buses
jerárquicamente situados en niveles superiores
mediante el empleo de pasarelas.
 Están muy poco normalizados por lo que existe una
amplia variedad de ellos, con diferentes
características dependiendo de a que aplicaciones
estén destinados.
BUSES PROPIETARIOS Y BUSES ABIERTOS.
La existencia de un elevado número de
buses de campo diferentes se debe a
que cada compañía venia utilizando un
sistema propio para sus productos,
aunque en los últimos años la
tendencia es a utilizar buses comunes.
Se pueden claramente distinguir:
BUSES PROPIETARIOS
 Son propietarios de una compañía o grupo
de compañías.
 Para utilizarlos se necesita tener licencias
concedida por la empresa desarrolladora
(derecho de autor).
 La empresa que la disfruta debe poseer una
serie de condiciones asociadas.
 Generalmente su precio es considerable.
BUSES ABIERTOS
 Son todo lo contrario que los anteriores.
 Las especificaciones son publicas y
disponibles a un precio razonable.
 Los componentes críticos también están
disponibles.
 Los procesos de validación y verificación
están bien definidos y disponibles en las
mismas condiciones que los anteriores.
CARACTERÍSTICAS A TOMAR EN
CONSIDERACIÓN
Las características
fundamentales que el bus de
campo debe cumplir en lo
referente a la conexión de
dispositivos son:
INTERCONECTIVIDAD
Al bus se deben poder conectar en
forma segura dispositivos de
diferentes fabricantes que cumplan el
protocolo.
Es el nivel mínimo, y no proporciona,
en principio, ninguna ventaja.
INTEROPERATIVIDAD
Los dispositivos de diferente
fabricante funcionan
satisfactoriamente en el mismo
bus.
Entonces podemos recalcar que
ahora si el bus sirve para algo.
INTERCAMBIABILIDAD
Los dispositivos de un fabricante
pueden ser sustituidos por otros
equivalentes, de otro fabricante, y
seguir funcionando.
Este es el objetivo final y solo se
consigue si las especificaciones son
completas y se dispone de un sistema
de prueba y validación.
VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO
Reducción de la complejidad del
sistema de control en términos de
hardware:
 Reducción drástica del cableado.
 Se elimina la necesidad de grandes
armarios de conexiones para el control de
equipamiento asociado.
 Reducción del número de PLC’s.
VENTAJAS DE LOS BUSES DE
CAMPO
 Al reducir el hardware se reduce el tiempo de
instalación y el del personal necesario para ello.
 Las funciones del autodiagnóstico del bus permiten
localizar rápidamente conexiones erróneas en la
instalación, con lo que lo errores de conexión son
menores y mas rápidamente solucionados.
 Reducción de los tiempos de parada y pérdidas de
producción como consecuencia de las funciones de
búsqueda de fallos y autodiagnóstico.
 Facilidad de modificaciones, actualizaciones y
renovaciones futuras.
 Si el sistema esta reconocido y bien establecido se
pueden comprar instrumentos y elementos del bus a
diferentes fabricantes sin preocuparse por la
compatibilidad de la conexión.
DIFÍCIL ELECCIÓN
 Existen pasarelas para la conexión de diferentes
buses de campo.
 El principal problema se plantea a la hora de tomar la
decisión de qué bus utilizar, debido a la gran
variedad de buses existente.
 Para la elección hay que tener en cuenta una serie
de factores como tamaño y tipo de instalación.
NORMALIZACIÓN
Se han realizado algunos intentos por
normalizar los buses de campo,
Finalmente se establecieron una serie
de reglas genéricas y recomendaciones
incluidas en una norma de la IEC que
son:
RECOMENDACIONES
 Nivel físico: Bus serie controlado por maestro.
 Comunicación semiduplex, banda base.
 Velocidades: 1Mbps para distancias cortas y de 64 –
250 Kbps para distancias largas.
 Longitudes: 40m para la maxima velocidad y 350m
para velocidades más bajas.
 Numero de perifericos: maximo de 30 nodos con
posibles ramificaciones de hasta 60 elementos.
 Cable: Par trenzado apantallado.
 Conectores: Bornes industriales o DB9/DB25.
 Conexión – desconexion en caliente (on-line).
 Topologia: Bus fisico con posibles derivaciones a
nodos perifericos.
RECOMENDACIONES
 Longitud máxima de ramificaciones: 10m.
 Aislamientos: 500Vca entre los elementos de campo y
el bus.
 Seguridad intrínseca: opción de conectar elementos de
campo con tensiones reducidas para atmósferas
explosivas.
 Alimentación: opción de alimentación a través del bus.
 Longitud mínima del mensaje: 16 bits.
 Transmisión de mensajes: posibilidad de diálogo entre
cualquier par de nodos sin repetidor. No excluye
maestros o repetidores “transparentes”.
 Maestro flotante: posibilidad de maestro flotante entre
nodos.
 Implementación del protocolo: los chips para el
protocolo deben estar disponibles comercialmente y no
protegidos por patente.
BUSES DE CAMPO MAS COMUNES
 En una red industrial existen infinidad de
buses abiertos y protocolos propietarios entre
ellos se pueden mencionar:
 FieldBus, ModBus, ModBus Plus, Jbus, EIB,
ProfiBus, FIP, Hart, DeviceNet, SDC, BACnet,
ASi, BitBUS, CAN, WorldFIP, ControlNet,
Interbus, LonWorks, Seriplex, Optomux,
CompoBus, ArcNet, CEBus, ISP, P-net, SDS,
SP50, etc.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
Debido a la falta de estándares,
diferentes compañías han
desarrollado diferentes soluciones,
cada una de ellas con diferentes
prestaciones y campos de aplicación.
En una primera clasificación tenemos
los siguientes grupos:
BUSES DE ALTA VELOCIDAD Y BAJA
FUNCIONALIDAD
 Están diseñados para integrar dispositivos simples
como finales de carrera, fotocélulas, relés y
actuadores simples, funcionando en aplicaciones de
tiempo real, y agrupados en una pequeña zona de la
planta, típicamente una máquina.
 Básicamente comprenden las capas física y de
enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y
patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos
son:
 CAN: Diseñado originalmente para su aplicación en
vehículos.
 SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores,
basado en CAN
 ASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración de
sensores y actuadores.
BUSES DE ALTA VELOCIDAD Y
FUNCIONALIDAD MEDIA
 Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente
de bloques de datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que
el dispositivo tenga mayor funcionalidad de modo que permite incluir
aspectos como la configuración, calibración o programación del
dispositivo.
 Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de
forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen la especificación
completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de
funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder,
cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema.
 Algunos incluyen funciones estándar para distintos tipos de
dispositivos (perfiles) que facilitan la inter-operbilidad de dispositivos
de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:
 DeviceNet: Desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base el bus CAN, e
incorpora una capa de aplicación orientada a objetos.
 LONWorks: Red desarrollada por Echelon.
 BitBus: Red desarrollada por INTEL.
 DIN MessBus: Estándar alemán de bus de instrumentación, basado en
comunicación RS-232.
 InterBus-S: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias.
BUSES DE ALTAS PRESTACIONES
 Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los niveles
de la producción CIM. Aunque se basan en buses de alta velocidad,
algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para
alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les
exigen. La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a la
capa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS
(Manufacturing Message Specification). Entre sus características
incluyen:
 Redes multi-maestro con redundancia.
 Comunicación maestro-esclavo según el esquema pregunta-respuesta.
 Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempo
 Capacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast,
 Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.
 Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetos.
 Descarga y ejecución remota de programas.
 Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos de
autentificación.
 Conjunto completo de funciones de administración de la red.
 Algunos ejemplos son:
 Profibus
 WorldFIP
 Fieldbus Foundation
BUSES PARA ÁREAS DE SEGURIDAD
INTRÍNSECA
 Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los
requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con
atmósferas explosivas.
 La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el
componente en cuestión no tiene posibilidad de provocar una
explosión en la atmósfera circundante.
 Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad
intrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este
circuito producidos en las condiciones de prueba establecidas
por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de
operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar
una ignición.
 Algunos ejemplos son:
 HART,
 Profibus PA
 WorldFIP.
LA GUERRA DE LOS BUSES
 Ante la variedad de opciones existente, parece
razonable pensar que fabricantes y usuarios
hicieran un esfuerzo en la búsqueda de normativas
comunes para la interconexión de sistemas
industriales.
 Lo que ha venido llamándose "la guerra de los
buses" tiene que ver con la permanente confusión
reinante en los entornos normalizadores en los que
se debate la especificación del supuesto "bus de
campo universal".
LA GUERRA DE LOS BUSES
 La realidad es que sólo los usuarios están
realmente interesados en la obtención de
normas de uso general.
 Los fabricantes luchan por su cuota de
mercado y, en general, sólo están a favor de
una norma cuando ésta recoge las
características de su propia opción, lo cual es
comprensible dadas las fuertes inversiones
necesarias para el desarrollo de un bus
industrial normalizado.
 El debate sigue abierto.
SISTEMAS ABIERTOS
 Salvo casos excepcionales, todos los sistemas
tradicionales disponen de cierto grado de “apertura” al
poderse comunicar con el mundo exterior como vemos
en la figura 2. donde, si bien todo el hardware y el
software son proprietary, es decir, específicos del
fabricante del sistema, el gateway, específico también,
nos da esta posibilidad.
 Un sistema abierto debe permitir al usuario unir en una
misma aplicación los componentes de hardware y
software de distintos fabricantes que más se ajusten a
sus necesidades particulares figura 2
 Además, debe imponer muy pocas restricciones de
diseño al usuario y, al contrario, facilitarle la más amplia
gama posible de opciones.
 Para poder cumplir con todo lo anterior, será necesario
un elevado grado de estandarización.
SISTEMA POCO “ABIERTO” (FIGURA 2)
SISTEMA ABIERTO (FIGURA 3)
TECNOLOGÍAS PARA INTEROPERATIVIDAD ENTRE
APLICACIONES
 Las instalaciones administrativas disponen de
procesos para el manejo de información, todos
ellos vinculados para lograr un objetivo en común
que es lograr que la empresa sea más competitiva.
 Estos procesos de manejo de información se
efectúan en forma local en servidores específicos,
tal como servidores de correo, servidores de
información para la administración del
conocimiento, servidores para la administración del
mantenimiento, servidores de información de
proceso, servidores para la planificación de
recursos de la corporación (ERP), etc., como se
muestra en la figura 4
MODELO FUNCIONAL PARA LA
INTERCOMUNICACIÓN
INTERCONECTIVIDAD
 Las aplicaciones residentes en los servidores de información
para las actividades del negocio o las actividades de control del
proceso, deben estar vinculadas por medio de tecnologías,
algoritmos o protocolos que permitan el intercambio satisfactorio
de la información.
 Para múltiples aplicaciones corriendo bajo un ambiente
operativo Windows, en una misma estación de supervisión, se
debe utilizar OPC (OLE para Control de Procesos).
 Cuando una aplicación no soporte OPC, debe emplearse el
Intercambio Dinámico de Datos (DDE) para lograr la
transferencia de datos de una aplicación a otra.
 Dichas aplicaciones deben de soportar Interconectividad de
Bases de Datos Abierta (ODBC).
 Independientemente del sistema operativo, cuando se requiera
transferir datos entre aplicaciones residentes en distintos
servidores o estaciones de supervisión, debe emplearse el
estándar OPC (cliente, servidor o ambos, según sea requerido).
OLE (OBJECT LINKING & EMBEDDING)
 En el mundo de los objetos vinculados e
insertados, un objeto es cualquier cosa que un
usuario pueda manipular con una aplicación
Windows.
 Los programas que acompañan a los sistemas
operativos Windows son un buen ejemplo de
aplicaciones que manipulan objetos OLE; por
ejemplo, el programa PaintBrush maneja
objetos que son mapas de bits y la Grabadora
de Sonidos objetos de sonido.
 Aunque distintos, las aplicaciones OLE utilizan
métodos similares para ambos tipos de objeto.
OLE (OBJETOS VINCULADOS O
INSERTADOS)
 Vincular e insertar son los dos métodos con
los que los usuarios manejan los objetos
OLE.
 Los objetos pueden estar vinculados o
insertados en el documento de una
aplicación cliente OLE.
 Un objeto insertado es una parte física del
documento.
 Uno vinculado está separado de aquel.
 Una aplicación cliente puede editar uno de
estos objetos llamando a la aplicación
servidora OLE como si fuera un editor.
DDE (DYNAMIC DATA EXCHANGE)
 En Windows cualquier aplicación cliente
puede comunicarse con cualquier servidor,
usando el protocolo DDE.
 La transferencia dinámica de datos (DDE)
es la técnica de comunicación que utilizan
los programas.
 La comunicación entre procedimientos es el
paso de información a través de una
memoria común siguiendo las reglas de un
protocolo que lo sincroniza.
 También intervienen en el proceso el
portapapeles (clipboard), las bibliotecas
para vínculos dinámicos (DLL) y los objetos
vinculados e insertados (OLE).
DDE (TRANSFERENCIA DINÁMICA DE
DATOS)
 EI portapapeles es el conjunto de funciones que se
apoyan en la memoria global para transferir datos entre
aplicaciones.
 No hay que confundir esta memoria global con la utilizada
por el programa Portapapeles (CLIPBRD.EXE), aplicación
que visualiza los datos depositados en la memoria global.
 La tarea básica del portapapeles es la transferencia de
datos entre aplicaciones.
 Una DLL es un módulo que contiene código, datos y
recursos de Windows al que pueden acceder
concurrentemente varios programas.
 De forma que aunque varios pueden compartir la misma
instancia de una DLL, solamente puede existir
simultáneamente una instancia de la misma DLL.
 Una aplicación y una DLL acceden a un bloque de
memoria global para compartir los datos.
DDE
 El proceso comienza cuando la aplicación llama a una de
las funciones de la DLL, momento en que ésta reserva el
bloque de memoria global que ambas utilizarán durante la
transferencia.
 Cuando la aplicación que llamó termina, comunica el
hecho a la DLL para que lo desasigne. La reserva de
memoria global dura pues, lo que la aplicación que llamó a
la DLL. Es por esto por lo que dos aplicaciones no pueden
acceder al mismo bloque de memoria global que reservó
una DLL.
 Las aplicaciones DDE utilizan un sistema de identificación
que tiene una estructura de árbol. El nombre de aplicación
es el nivel más alto de la jerarquía y define a la aplicación
servidor. Cada nombre de aplicación controla uno o varios
temas, identificados por sus nombres de tema (topic
name), nombres que también se refieren a la aplicación
servidor que, a su vez, tienen uno o más nombres de
identificador (item name), con los detalles de cada tema.
FUNCIONAMIENTO DE OPC
 Un cliente OPC puede conectarse a servidores
OPC, de uno o varios vendedores.
 Se puede construir un cliente con una interfase
personalizada, para lo cual se puede usar un
lenguaje de alto nivel como Visual C++, pero los
clientes más comunes se construyen bajo una
interfase automatizada que puede ser desarrollada
en lenguajes como Visual Basic 6.0, Delphi y
recientemente .NET gracias a COM-Interop. La
Figura 5 representa el funcionamiento del OPC con
las interfaces personalizada y automatizada.
FUNCIONAMIENTO DE OPC
MODELO DE OBJETOS DE LA ESPECIFICACIÓN
OPC
 OPCServer. Es una instancia de un servidor OPC. Se
debe crear un objeto OPCServer antes de poder
referenciar los otros objetos. Este contiene la colección
OPCGroups y el objeto OPCBrowser.
 OPCGroups. Es una colección de los objetos OPCGroup
que el cliente ha creado.
 OPCGroup. El propósito de este objeto es mantener la
información de estado y proveer el mecanismo para
ofrecer los servicios de adquisición de datos por la
colección de objetos OPCItem.
 OPCItems. Es una colección que contiene todos los
objetos OPCItem que el cliente ha creado.
 OPCIterm. Es un objeto que mantiene la definición de los
items, sus valores, estados y datos de la última
actualización.
 OPCBrowser. Es un objeto que permite buscar nombres
de items en un servidor configurado.
MODELO DE OBJETOS DE LA
ESPECIFICACIÓN OPC
SISTEMAS SCADA DCS, NIVELES DE CAMPO, ARQUITECTURA
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SOFTWARE PARA DISEÑO DE HMI
 Existen en el mercado distintos tipos de
software orientados a la realización de las
interfases, cada uno de ellos orientado a su
propio hardware y algunos de ellos
orientados a protocolos abiertos.
 Al ser sistemas propietarios el costo de la
licencia es alto pero la comunicación es
sumamente eficiente con los dispositivos de
control de la marca “propietario”.
COMPRENDE DIVERSAS FUNCIONES COMO:
 Manejo del soporte o canal de comunicación.
 Manejo de uno o varios protocolos de
comunicación (Drive)
 Manejo y actualización de una Base de Datos
 Administración de alarmas (Eventos)
 Generación de archivos históricos.
 Interfaces con el operador (HMI - Human Machine
Inteface)
 Capacidad de programación (Visual Basic, C)
 Transferencia dinámica de datos (DDE)
 Conexión a redes
SOPORTE HW - SW
ESTRUCTURA BÁSICA
PARADIGMAS EXISTENTES
Hay varios paquetes de calidad: iFIX,
InTouch , FACTORY, TAURUS,
REALFLEX, GENESIS ,LABVIEW por
nombrar proveedores independientes,
que no son fabricantes de equipos de
medición y control.
PERO TAMBIÉN EXISTEN LOS
PROPIETARIOS
Para cada uno de los elementos de
control desarrollados por una empresa
en particular como: Windows Control
Center (WinCC) de Siemens, RS-
VIEW de Allen Bradley, CX-Supervisor
de OMRON, FoxVIEW de foxboro,
Magelis de Telemecanique, LookOut
de National Instruments, AIMAXWin
de Opto, etc.
CAPACIDADES
 Todo proceso productivo con cierto grado de
automatización debe disponer de un sistema de
supervisión y control que proporcione la información
imprescindible para la toma de decisiones basadas en la
propia información del proceso y otras informaciones del
resto de la organización.
 El software SCADA debe ajustarse a estas premisas.
 Tienen 4 niveles principales:
 Gestión Intercambio de información para la toma de
decisión estratégica.
 Operación Supervisión, mando y adquisición de
datos del proceso.
 Control Dispositivos de control distribuido
 Sensores y Actuadores Dispositivos de campo e
instrumentación.
CAPACIDADES
 Debe tener capacidad para comunicarse con múltiples redes
de instrumentos, aun siendo de distinta procedencia y
fabricantes.
 Debe comunicarse con otros paquetes de software por medio
de DDE (Dynamic Data Extrange), DLL (Dynamic Link
Libraries)
 Como canal de comunicación, implementados por el sistema
operativo, que permite que diversos paquetes de software
envíen y reciban datos comunes. Por ejemplo se puede
relacionar una celda de una hoja de calculo con una variable
del sistema y así variar puntos de consignas del proceso, o
bien comunicación directa con los drivers de I/O de los
dispositivos de campo.
 Un Drive de campo es un software que corre dentro del
sistema SCADA y actúa como interfase para posibilitar la
transmisión de datos entre la puerta serie del computador y
los dispositivos de campo.
SISTEMA SCADA CON OPC
 Al ser una dificultad de las operaciones de
control industrial la de compartir información
entre dispositivos inteligentes de campo, así
también como con el resto de la empresa.
 El problema hasta ahora se ha resuelto
escribiendo un sinnúmero de protocolos,
que definen de que manera se estructuran
los datos que transmite cada dispositivo.
 Esta diversificación obliga a los
desarrolladores de software SCADA a
incorporar centenares de driver para cada
fabricante.
SCADA Y OPC
 Se ha desarrollado una norma de
intercambio de datos para el nivel de planta
basada en la tecnología OLE (Object
Linking and Embedding) denominada OPC
(OLE for Process Control), que permite un
método para el flujo transparente de datos
entre aplicaciones corriendo bajo sistemas
operativos basados en Microsoft Window.
 Se dispone de una versión inicial de la
norma desde mayo de 1996. OPC es un
primer paso concreto que permite una red
para compartir los datos de los dispositivos
a nivel de proceso.
LAS COMUNICACIONES EXTERNAS
ESTA TECNOLOGÍA PERMITE
Permite crear objetos, que son piezas
de código reutilizables para facilitar la
implantación y mantenimiento de las
aplicaciones.
Permite crear objetos entre diferentes
aplicaciones de modo que puedan
interoperar y comunicarse a través de
una red.
LA VENTAJA
 Esto permitirá que múltiples dispositivos que
hablan diferentes protocolos, puedan compartir el
mismo puerto de comunicación del maestro de
SCADA, eliminando así la necesidad de tener un
puerto para cada protocolo.
 Debido a la gran cantidad de drivers actuales, la
disponibilidad de servidores OPC no será
inmediata.
 El advenimiento de arquitectura de software
basadas en objetos y de drivers basados en OPC
en los paquetes SCADA, se espera que tengan un
gran impacto en los costos.
 Toda actualización o incorporación de drivers será
fácil y se ampliara el ciclo de vida de los paquetes
SCADA.
ANALIZAREMOS
Wonderware Corp. InTouch
V10
Omron CX- Supervisor V1.2
National Instruments
BridgeVIEW
Rockwell RSView32.

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SISTEMAS SCADA DCS, NIVELES DE CAMPO, ARQUITECTURA

  • 3. SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO
  • 4. DCS  Se definió que el término distribuido se refiere a la práctica de llevar a cabo las funciones de control a través de una serie de módulos de control autónomos, distribuidos físicamente si se desea, y enlazados por un camino de comunicación.  Está conformado por PLC’s o computadoras, entre los que se dividen todas las tareas de control, aunque puede haber sistemas con características jerárquicas (modelos híbridos)
  • 5. CARACTERÍSTICAS  Paralelismo en el Control de Procesos.  Tiempo Real en el Control y en las Comunicaciones.  Sistema de Comunicaciones Determinista Adaptado a Diferentes Entornos.  Apertura (openness): uso de estándares.  Flexibilidad de Adaptación a Distintas Tareas.  Escalabilidad
  • 6. VENTAJAS  Mayor robustez a fallos de algún computador.  Mayor eficiencia debida al proceso paralelo.  Menor rigidez en los dispositivos.  Mayor escalabilidad.  Cobertura de plantas de mayor tamaño
  • 7. DESVENTAJA  Necesidad de alto flujo de datos en caso de distribución automática de tareas.
  • 8. COMPONENTES  Sistema de Comunicaciones.  Dispositivos de Control (PLCs, Controladores, dispositivos de adquisición de datos, DSP´s, etc.).  Computadoras.  Aplicaciones (software) para el control y la supervisión.
  • 9. HARDWARE DE CONTROL EN LOS DCS  Las tareas automatizadas de control pueden ser efectuadas por PLC’s, Controladores o por sistemas de control basados en una PC.  Lo que al final es lo más práctico, depende de un gran número de factores y la mayoría deben ser considerados individualmente para cada proyecto de automatización.
  • 10. EVOLUCIÓN  Los controladores fueron los primeros instrumentos en ser empleados para propósitos de control.  Un algoritmo grabado en su memoria les permitía detectar el valor de una variable física y, sobre la base de un algoritmo de control, envían órdenes que tienen como destino final dispositivos tales como válvulas, motores, etc.  Su característica principal, y quizás su punto más débil, es que son generalmente instrumentos de propósito específico; es decir, son diseñados para trabajar generalmente con un solo tipo de variable física como: temperatura, nivel, flujo, etc.
  • 11. LA CORRECCIÓN  Los PLC’s surgieron precisamente porque corrigieron la debilidad de los controladores.  Estos dispositivos, como su nombre lo sugiere, son también controladores pero tienen la virtud de acoplarse a casi cualquier variable física o situación gracias a que son programables.  Se puede decir entonces que los PLC’s son controladores de propósito general, pero, si se desea, se los puede convertir de propósito específico, con solo cambiar su programación interna.  Los PLC’s han estado desde hace mucho rato en el campo y hay bastantes procesos de las plantas industriales bajo su control.  Esto implica que hay mucha inversión en equipos y en personal entrenado en su programación.
  • 12. CONCEPTOS INTRODUCTORIOS DE SCADA  Consiste de un conjunto de infraestructura de hardware y software que converge de tal manera que se pueda mantener una supervisión general de una empresa en el contexto globalizado del mundo actual.  Es un concepto similar a lo que en Mecatrónica se denomina CIM, pueden ser industrialmente entonces considerados como sinónimos.
  • 13. RED INDUSTRIAL O RED DE CAMPO  Con el nombre de redes de campo industriales se quiere identificar a aquellas que permiten recopilar (adquisición de datos) y / o supervisar (controlar), generalmente desde un mismo sitio (panel / cuarto de control), las variables de una planta o proceso industrial.  Las redes de campo constituyen ahora la infraestructura de los sistemas SCADA y DCS, que poco a poco han ganando aceptación como una herramienta confiable y útil en la operación técnico administrativa de una planta industrial.
  • 14. EXISTENCIA DE LA AUTOMATIZACION
  • 15. NIVEL DE GESTIÓN  Se encarga de integrar los niveles inferiores a una estructura organizada y jerárquica. Las máquinas en este nivel sirven de enlace entre el proceso productivo y el área de gestión, en la cual se requiere información sobre ventas, tiempos de producción, repuestos en bodega, etc. Emplean redes tipo LAN y WAN que funcionan bajo protocolos como Ethernet, por dar un ejemplo.
  • 16. NIVEL DE CONTROL  Se encarga de enlazar y controlar los distintos procesos, líneas de producción de una planta industrial. A este nivel se sitúan los PLCs de gran desempeño y poder, así como computadoras destinadas a diseño, control de calidad, programación. Suelen emplear redes tipo LAN que funcionan bajo el protocolo Ethernet.
  • 17. NIVEL DE CAMPO Y PROCESO  Aquí se realiza la integración de la información generada y requerida por los procesos de campo automáticos y controlados que utilizan PLCs y Controladores, multiplexores de Entrada / Salida (I/O), controladores PID, etc., conectados en sub – redes. Aquí es frecuente encontrar uno o varios autómatas modulares, actuando como maestros. En este nivel se emplean los buses o redes industriales de campo que funcionan bajo protocolos como Fieldbus, Profibus, por mencionar algunos.
  • 18. NIVEL DE I/O  Es el nivel más próximo a las variables físicas de la planta. Aquí se hallan los sensores (transmisores) y actuadores encargados de medir y controlar los procesos productivos, respectivamente. Basados en la información que se recoge en este nivel, aplicaciones de control toman las decisiones necesarias que garanticen una correcta automatización y supervisión. En este nivel se emplean protocolos como: Seriplex, Hart, CanBus, etc.
  • 19. ELEMENTOS DEL SISTEMA  Una planta industrial organizada de esta forma requiere de sistemas: SCADA, DCS, Multiplexores y HMI´s.  Vale indicar que un diagrama representativo de una planta organizada de esta forma suele parecer ser simple. Líneas que unen un bus con otro, ocultan la complejidad que en realidad existe.  Desde ya debe entenderse que la unión no es solamente asunto de unir eléctricamente un bus con otro, sino lograr que dos protocolos diferentes puedan comunicarse entre si.  Para esto hay dispositivos especialmente diseñados con este propósito cuyos protocolos .
  • 20. SCADA  SCADA viene de las siglas: "Supervisory Control And Data Acquisition", es decir: hace referencia a un sistema de adquisición de datos y control supervisor.  Se trata de un sistema que permite controlar y / o supervisar una planta o proceso por medio de una estación central (generalmente una PC) que hace de Master (llamada también estación maestra o unidad terminal maestra (MTU) y una o varias unidades cercanas o remotas (generalmente RTUs) por medio de las cuales se hace el control / adquisición de datos hacia / desde el campo.  La supervisión significa que un operador humano es el que al final tiene la última decisión sobre operaciones, generalmente críticas, de una planta industrial.
  • 21. MANEJO DE ESTA ARQUITECTURA  Para manejar esta arquitectura generalmente se recurre a un paquete de software especializado (Intouch, Lookout, etc.), que funciona en la computadora central, por medio del cual se desarrolla una o varias “pantallas” que actúan como una interfaz gráfica entre el hombre y la máquina (HMI) o un proceso.  De esta forma es posible controlar al proceso en forma automática, o supervisarlo por medio de acciones ingresadas por el operador en la computadora. Además, estos paquetes tienen opciones que permiten proveer a un nivel superior administrativo toda la información que se genera en el proceso productivo
  • 22. DCS  El término DCS, viene de las siglas Distributed Control System, es un sistema de control que cumple con sus funciones de control a través de una serie de módulos de control automáticos e independientes, distribuidos en una planta o proceso.  La filosofía de funcionamiento de esta arquitectura es evitar que el control de toda la planta esté centralizado en una sola unidad, que es lo que se busca con el SCADA. De esta forma, si una unidad de control falla, el resto de unidades podría seguir funcionando.
  • 23. ARQUITECTURA DCS  Los sistemas DCS se desarrollan sobre la base de dispositivos de control, tales como Controladores o PLCs, en los que, como se conoce, un programa de control se encarga de tomar decisiones dependiendo de los datos que reciben en sus entradas. Las decisiones son enviadas hacia actuadores que son los que se encargan de mantener las variables del proceso bajo control en los valores apropiados. De ser necesario, emplean algún mecanismo para transmitir datos o valores, generalmente críticos, a algún centro de acopio (que podría ser parte de un SCADA).  Un operador humano no necesita supervisar lo que hace el DCS, pero si necesita comunicarse con este de alguna forma (por ejemplo, mediante consolas de mano), para cambiar su programación o configuración.
  • 24. MULTIPLEXOR  Los sistemas multiplexores permiten transmitir los datos que hay en un sitio a varios otros sitios, o viceversa.  Para cumplir con esta tarea estos sistemas emplean multiplexores y RTUs.  Una RTU, es básicamente un equipo que permite recopilar datos desde transductores o trasmisores en el campo y / o enviar órdenes de control a actuadores, también situados en el campo, por medio de enlaces físicos o inalámbricos.  Puesto que una RTU es capaz de manejar varias entradas / salidas tanto análogas como digitales, básicamente es de por si un dispositivo multiplexor.  Una RTU “barre” sus entradas y salidas y las multiplexa en el dominio del tiempo.
  • 25. MMI O HMI  Una Interfaz Hombre-Máquina, HMI (Man-Machine Interface, MMI), es un mecanismo que le permite a un operador humano interactuar con una máquina o proceso y determinar el estado (prendido / apagado) o magnitud de los dispositivos y/o variables físicas que están presentes en una planta o proceso industrial.  La interfaz puede ser tan simple como una lámpara indicadora del estado de un aparato, hasta una o varias pantallas desarrolladas en una computadora que llegan a mostrar en la pantalla del monitor representaciones esquemáticas de todo el proceso bajo supervisión, incluyendo valores reales de las variables presentes en ese momento en la planta.
  • 26. ARQUITECTURA DE LOS SISTEMAS SCADA Y DCS  Tal como ya se definió, en los sistemas SCADA usualmente existe una computadora central que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar sus procesos.  Es en estas computadoras donde se diseñan las HMIs compuestas de una o varias pantallas que, sobre todo, tienen el objetivo de facilitar la comunicación entre en usuario y el proceso, dando origen a los sistemas denominados “amigables (user friendly)”.
  • 27. LA COMUNICACIÓN EN LOS DISTINTOS NIVELES  La comunicación a nivel de campo se realiza mediante redes de campo que funcionan bajo protocolos de campo tales como: HART o MODBUS.  Protocolos más sofisticados como PROFIBUS, FIELDBUS, constituyen las redes industriales. Las redes administrativas trabajan, por otro lado, en la forma de redes LAN que se adhieren a sus propios protocolos, siendo las redes Ethernet las más populares.  Esto significa que en alguna parte deben conectarse ambas redes físicamente y lógicamente y para esto debe haber traductores de protocolos de comunicación que les posibilite entenderse.
  • 28. LOS PROGRAMAS Y EL HARDWARE QUE SE NECESITA PARA LOGRAR ESTA ARQUITECTURA DE TRABAJO ES LO QUE CONSTITUYEN EL SISTEMA SCADA
  • 29. FLUJO DE INFORMACIÓN EN UN SISTEMA SCADA  Desde el sensor señal eléctrica o no.  En el transmisor señal estándar.  Del transmisor al cuarto de control con técnicas alambradas o inalámbricas.  Aparecen entonces las RTU’s.  Los datos llegan a una PC y se realiza Datalogging.  HMI muestra la información.  Basado en la información el operador puede tomar acciones sobre el sistema.
  • 30. NECESIDAD DE UN SISTEMA SCADA 1. Que el número de variables del proceso que se necesita monitorear sea alto. 2. El proceso debe tener transmisores y actuadores geográficamente distribuidos. Esta condición no es limitativa, ya que puede instalarse un SCADA para la supervisión y control de un proceso concentrado en una localidad. 3. La información del proceso se necesita en el momento en que los cambios se producen en el mismo, o, en otras palabras, la información se requiere en tiempo real. 4. Que exista la necesidad de optimizar y facilitar las operaciones de la planta, así como la toma de decisiones, tanto gerenciales como operativas. 5. Que los beneficios obtenidos en el proceso a ser controlado justifiquen la inversión en un sistema SCADA. Estos beneficios pueden reflejarse en aumento de la producción, de la confiabilidad, de los niveles de seguridad, etc. 6. La complejidad del proceso requiere que la mayoría de las acciones de control sean iniciadas por un operador. En caso contrario, se podría optar por un Sistema de Control Automático, el cual puede constituir o ser parte de un Sistema de Control Distribuido, que contaría con PLCs, Controladores o una combinación de ellos.
  • 31. FUNCIONES BÁSICAS DEL SISTEMA SCADA 1. Automatización: Recabar, almacenar y mostrar información, en forma continua y confiable, desde los equipos de campo: estados de dispositivos, magnitud de variables. Según su programa, podrá ejecutar acciones de control en forma automática, incluyendo el disparo de alarmas, etc. 2. Supervisión: Por medio de la HMI mostrar y / o alertar al operador de cambios detectados en la planta, tanto aquellos que no se consideren normales (alarmas) como cambios que se produzcan en la operación diaria de la planta (eventos). Basados en los datos enviados, el operador podrá iniciar acciones de control, tales como: abrir o cerrar válvulas, arrancar o parar bombas, etc. 3. Manejo de alarmas: Disparar alarmas en forma automática para que el usuario pueda ejecutar acciones de control que controlen las situaciones anómalas que las generaron. 4. Generación de reportes: Basadas en la información obtenida por el sistema es posible generar: reportes, gráficos de tendencia, historia de variables, cálculos, predicciones, detección de fugas, etc.
  • 32. CONCEPTOS ASOCIADOS A SCADA Tiempo real Estructura abierta
  • 33. TIEMPO REAL  Resumidamente hablando, “en tiempo real” significa que un dispositivo de medida es capaz de mostrar el valor de una variable en el instante preciso en que la misma efectivamente tiene ese valor. Cuando se emplea computadoras, controladores o cualquier dispositivo que funciona en base a un programa de computación para procesar información de campo, aparece un desfase en el tiempo, un retardo, que puede incidir en la exactitud instantánea del valor mostrado. Esta falta de exactitud puede pasar desapercibida, particularmente en la medición de variables “lentas” o puede ser considerable si se trata de variables “rápidas”.
  • 34. DIFERENTES CONCEPCIONES  En ciertas aplicaciones se llega a definir el retardo que puede ser tolerado por el proceso y en este contexto "estrictamente en tiempo real" significa que un sistema reacciona a los eventos externos dentro de ese tiempo especificado en un 100% de los casos. Además si se habla de “tiempo real” el sistema debe responder en tiempos concretos también en un 100% de los casos. Si los tiempos concretos de reacción llegan a superarse sin causar problemas irreversibles, como en sistemas no críticos, se habla de "tiempo real suave".
  • 35. DIFERENCIAS TÍPICAS ENTRE SCADA Y DCS  Como se ha indicado, un SCADA es un sistema basado en computadoras que permite supervisar y controlar a distancia una instalación de cualquier tipo. A diferencia de los Sistemas de Control Distribuido, el lazo de control es GENERALMENTE cerrado por el operador.  Los Sistemas de Control Distribuido se caracterizan por realizar las acciones de control en forma automática, respaldados generalmente en PLCs.
  • 37. SISTEMAS MULTIPLEXORES  Los sistemas multiplexores son hoy en día los puntos neurálgicos que permiten maximizar el uso de los sistemas de comunicación digital porque permiten transmitir voz, datos, fax, videoconferencia, audio de alta calidad por uno o varios canales.  Por medio de ellos se realizan enrutamientos entre los canales tributarios y el o los canales portadores.  Las capacidades de estos equipos van desde los 9600 bps hasta 8448 Kbps para uno o múltiples canales.
  • 38. MULTIPLEXER  La multiplexación básicamente significa transmitir un gran número de unidades de información sobre un número pequeño de canales o líneas.  Un multiplexor digital es un circuito combinacional que selecciona información binaria de una de muchas líneas de entrada y la dirige a una solo línea de salida.  La selección de una línea particular de entrada está controlada por un conjunto de líneas de selección.
  • 39. UNIDAD REMOTA DE TELEMETRÍA  Una RTU es un equipo instalado en una localidad remota que recopila datos y luego la codifica en un formato que le permita transmitirlos hacia una estación central (Máster Terminal Unit, MTU) u otra RTU  Una RTU también recibe información desde la estación central, decodifica los datos enviados y posibilita la ejecución de órdenes enviadas desde la misma.  Una RTU está equipada de canales de entrada para detección o medición de las variables de un proceso y de canales de salida para control o activación de alarmas, y un puerto de comunicaciones.
  • 40. RTU
  • 41. CARACTERÍSTICAS  La CPU le provee la inteligencia necesaria para procesar los datos de entrada y / o salida en forma correcta  La Memoria volátil (RAM) le sirve de almacenamiento temporal durante el procesamiento de la información. Esta puede ser memoria RAM estática tipo DIMM de 144 pines.  La memoria no volátil sirve para el almacenamiento permanente de programas (protocolo de comunicación) y datos. En algunos casos suelen emplearse memorias tipo Flash Card de 50 pines  Posee capacidades de comunicación sea por un pórtico serial o, a veces, vía un MODEM interno. Hay modelos que incluyen un radio sea de RF o con tecnología Spread Spectrum o Telefonía Celular
  • 44. CARACTERÍSTICAS  Tiene una fuente de poder, generalmente con respaldo de batería.  Tiene un Watchdog timer para asegurar que la RTU puede recuperarse correctamente después de que ocurra una falla.  Posee protección eléctrica contra transitorios.  Módulos de entrada y salida tanto análogas como digitales DI/DO/AI/AO.  Un reloj en tiempo real.
  • 45. TIPOS DE RTU’S  Existen dos tipos básicos de RTU:  La RTU compacta que contiene todos los módulos de Entrada / salida en el mismo circuito impreso principal, incluso un trasmisor de RF o Spread Spectrum y:  La RTU Modular que tiene una módulo de CPU separable y al que se le pueden añadir otros módulos, normalmente conectándolos a ranuras de expansión (parecido a como se insertan tarjetas al circuito madre de una PC).
  • 47. CARACTERÍSTICAS  La RTU compacta generalmente tiene un número fijo de canales de entrada / salida, por ejemplo, 16 entradas digitales, 8 entradas digitales , 8 entradas digitales y 4 salidas análogas. No es posible, en la mayoría de los modelos, expandir su capacidad original.  La RTU modular está diseñada para que se le puedan agregar más módulos incluyendo módulos especializados como un marcador de tiempo GPS.
  • 48. SOFTWARE EN LA RTU 1. Sistema operativo en tiempo real (RTOS), o un algoritmo que empiece un lazo que barra las entradas y supervise los pórticos de comunicaciones. 2. Driver para el sistema de comunicaciones; es decir, el programa que define el protocolo del enlace de comunicaciones hacia el Módulo máster del SCADA. 3. Drivers para el sistema de I/O; es decir, para los dispositivos de campo. 4. Una aplicación tipo SCADA que le comande a barrer las entradas, procesar y almacenar la información, responder a solicitudes hechas por el SCADA máster enviadas por la red de comunicaciones. 5. Algún método que permita ejecutar en la RTU las órdenes desde las aplicaciones del usuario. Esto puede ser tan simple como definir parámetros, habilitar / deshabilitar entradas / salidas, o incluso modificar un programa completo de usuario. 6. Programas de auto diagnóstico.
  • 49. OPERACIÓN BÁSICA  Una RTU opera barriendo sus entradas, normalmente a una tasa bastante rápida.  Realiza también algún procesamiento como registrar cambios de estado, con fijación de fecha y hora, almacenamiento de datos y hacer turno para que el SCADA master se comunique con el.  Algunas RTUS tiene la habilidad de iniciar el envío de reportes a la unidad master, aunque en la mayoría de modelos es el SCADA master el que se comunica con la RTU solicitando información y / o la ejecución de acciones desde simples a complejas tareas de control.
  • 50. PEQUEÑAS O GRANDES  Las RTUs son dispositivos especializados que son fabricados a menudo por proveedores pequeños que los construyen en lotes también pequeños para suplir la demanda de mercados especializados.  Es por esto que la competencia obliga a ofrecer alternativas muy económicas, resultando en modelos que no poseen toda la funcionalidad descrita.  Las RTUS grandes pueden procesar cientos de entradas y hasta controlar otras RTUs pequeñas, por supuesto a un precio alto.  El poder de procesamiento de una RTU varía desde procesadores de 8 bits con poca memoria hasta RTUS grandes y sofisticadas capaces de marcar los eventos con fecha y hora con una precisión en el orden de los milisegundos
  • 51. TAMAÑOS DE RTU’S  Sistemas independientes (stand-alone) miniatura que operan con baterías por un año entero.  Estos almacenan los datos en una EPROM o FLASH ROM y entregan dicha información cuando un operador accede a las mismas.  A menudo estos sistemas emplean procesadores que incluyen una mínima cantidad de memoria y puede que no tengan la habilidad para manejar un protocolo de comunicaciones sofisticado
  • 52. TAMAÑOS DE RTU’S  Sistemas independientes pequeños que pueden activarse periódicamente y aplicar energía a sensores y radios) para medir y reportar, respectivamente.  Usualmente operan desde baterías solares.  Las baterías son suficientemente grandes como para operar por al menos 4 meses.  Estos sistemas generalmente tienen suficiente capacidad como para manejar un esquema de comunicaciones más complejo
  • 53. TAMAÑOS DE RTU’S Sistemas Medios que son prácticamente pequeñas computadoras industriales que pueden ser hasta PCs industriales
  • 54. TAMAÑOS DE RTU’S  Sistemas Grandes que conforman una planta de control completa con todo lo necesario.  Se las emplea generalmente en sistemas de control distribuido y a menudo pueden comunicarse sobre LAN’s de alta velocidad donde la sincronización puede ser muy crítica.
  • 55. ESTÁNDARES  Rangos de temperatura de la aplicación, es decir, -10 a 65 grados centígrados.  Humedad Relativa.  Polvo, vibración, lluvia, sal y protección contra neblina.  Inmunidad a ruido eléctrico.  Tamaño físico tal que quepa en su planta.  Consumo de energía.  Capacidad de I/O. Siempre se debe dejar cierta holgura (por ejemplo de 10-20%). No se debe pedir salidas análogas si no se las necesita. Se debe considerar muy bien la precisión de los canales análogos y el tipo de las señales digitales que se espera; por ejemplo, 0-5v, etc.
  • 56. ESTÁNDARES  Programabilidad y configurabilidad (Chequear la IEC61131-3 para conocer sobre la programabilidad).  Diagnostico - local y remoto.  Capacidad de Comunicación incluyendo soporte para radio, PSTN, línea terrestre, microonda, satélite, X.25.  Recordar que el uso de la PSTN implica que la RTU deberá marcar fecha y hora y almacenar la información mientras no está conectada, y que el SCADA master puede llamar, para llevarse los datos y llenar su base de datos con información histórica (incluyendo archivos de tendencia).  También se debe considerar como las alarmas se manejaran con la PSTN.
  • 57. ESTÁNDARES  Protocolos de Comunicación. Prefiera protocolos estándar tal como el DNP3, EC870, MMS en vez de protocolos propietarios.  Funcionalidad – por ejemplo marcación de fecha y hora, capacidad de memoria para almacenar información en el evento de pérdida de comunicaciones, habilidad para realizar cálculos.  Hay que buscar que soporten comunicaciones punto a punto incluyendo capacidad de almacenar y enviar si las comunicaciones son difíciles (especialmente por radio).
  • 58.  Definir las tasas de transferencia de datos (1200 baudios FSK, o 9600 baudios radio).  Se puede pedir pórticos seriales adicionales especialmente para interfaces con PLCs.  Enfatizar la precisión de la marcación de fecha y hora que debe hacer la RTU.  El estándar en la industria eléctrica es de 1 milisegundo y esto solo se consigue con procesadores rápidos y una señalización precisa del tiempo por ejemplo desde GPS.  Capacidad de direccionamiento (ejemplo: máximo de 255 RTUs).  Actualizaciones de compatibilidad por software o por hardware  Registro de errores y acceso remoto a tales registros.  Filtros digitales para las entradas análogas.
  • 59. MEDIOS DE COMUNICACIÓN PARA LOS SISTEMAS SCADA La comunicación en los sistemas SCADA puede lograrse mediante los métodos siguientes:
  • 60. POR CABLE  Cables propietarios, cables (líneas) rentadas y fibra óptica pertenecen a esta categoría. En el caso de los cables propietarios, la industria realiza una inversión en el tendido de sus redes de comunicación, lo que requiere generalmente de costos iniciales elevados. Con las líneas propietarias se tiene la ventaja de que se puede emplearlas a voluntad y sin tener que compartirlas. Un aspecto importante que debe evaluarse es que se deberá contratar personal para que mantenga operativo el sistema de comunicaciones y le de mantenimiento.  En el caso de las líneas rentadas, entidades privadas o estatales proveen una o varias líneas dedicadas, para la industria que solicita tal servicio. Con esta alternativa, la ventaja está en que la empresa se ahorra el costo de equipos y de instalación. La desventaja de este servicio es su costo pues se debe pagar una cuota inicial de conexión y luego una renta mensual. Las tareas de mantenimiento las realiza la empresa que provee el servicio.
  • 61. VÍA RADIO  Se refiere a enlaces de comunicaciones por medio de transmisiones inalámbricas, empleando desde RF hasta Microondas. También se puede recurrir a enlaces satelitales.  Vale anotar que se suele diseñar estos sistemas tal que los equipos de transmisión en cada sitio deban encenderse para transmitir y apagarse para recibir (el equipo de radio es el que deberá actuar). En diseños de este tipo deben seleccionarse RTUs que estén diseñadas para realizar esta tarea de conmutación.  Los sistemas de radio pueden ser de propiedad de la empresa, típicamente, pero también es posible contratar el servicio. En el mercado existen radios en la banda de los 150 y 450 MHz (hay que pagar una licencia) para comunicaciones industriales, o aquellos que usan Espectro Disperso (Spread Spectrum) que no requieren el pago de licencias.
  • 62. LÍNEAS TELEFÓNICAS (DIAL – UP)  Son convenientes cuando las comunicaciones vía cable o radio no son posibles debido a la distancia, terreno, etc. En este caso se recurre a la PSTN (red telefónica pública) que en nuestro caso sería CNT.  Las RTUS que deban emplear esta metodología de comunicación deben ser capaces de efectuar una llamada telefónica (dial - up) al otro sitio.  Un inconveniente para emplear esta tecnología sería que no exista servicio telefónico justo en el sitio donde está ubicada una RTU. Este problema se soluciona si la zona está dentro de la cobertura de una de las redes de celulares. De ser así, entonces se recurre a modems GPRS.  Dentro de esta categoría se ofrece ahora enlaces vía: ISDN y ADSL
  • 63. SISTEMAS MODO – A  Aquellos sistemas que usan conexiones tipo mediante líneas dial-up; es decir, emplean las redes públicas de telefonía se denomina sistemas Modo – A.  Estos sistemas pueden comunicarse por voz o lenguajes compatibles con las computadoras
  • 64. VENTAJAS  Costos de comunicación bajos. Solo hay el costo de cada llamada y la instalación de un conector de teléfono en el sitio desde donde se desea la comunicación.  Se puede tener acceso a cualquier sitio remoto, en cualquier parte del mundo, desde cualquier parte en donde exista una línea de teléfono.  Hay RTUS a las que se les puede llamar y estas generan un reporte hablado, empleando mensajes que se grabaron durante la instalación.  Aquellas RTU que se comunican en modo ASCII, lo hacen en lenguajes aceptados por las computadoras (lenguaje de máquina) y se les puede acceder desde cualquier combinación de computadora y MODEM.
  • 65. SISTEMAS MODO – B  Aquellos sistemas que se comunican en forma continua con una Estación Central, generalmente por medio de líneas dedicadas, se denominan Modo – B.  La Estación Central en general es una computadora.  Estos sistemas se comunican en lenguajes de máquina
  • 66. VENTAJAS  Supervisión continua de todos los sitios remotos en el sistema desde una Estación Central.  Actualización rápida con la información entrante.  Ejecución rápida de los comandos de salida
  • 67. SISTEMAS MODO – C  Aquellos sistemas que transfieren información desde un punto a otro se denominan Multiplexores de Señal o Sistemas Modo – C.  Estos consisten de 2 o más RTUS y módulos multiplexores comunicándose entre si en lenguaje de máquina sobre cable o radio.  Las señales análogas y digitales son transferidas así desde un punto hasta cualquier otro en el sistema.
  • 68. VENTAJAS  La ventaja de los sistemas Modo C y Multiplexores de señales está en la reducción de los costos de cable o radio transmisión en tanto en cuanto múltiples señales análogas y digitales pueden ser transmitidas y receptadas sobre un solo enlace de cable o radio.
  • 71. BUSES DE CAMPO Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción.
  • 72. OBJETIVO DE LOS BUSES DE CAMPO El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4- 20mA.
  • 73. CARACTERÍSTICAS ESENCIALES  Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores.  Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo.  Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.
  • 74. META FUNDAMENTAL El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados por redes de control distribuido mediante el cual permita mejorar la calidad del producto, reducir los costos y mejorar la eficiencia
  • 75. HERRAMIENTAS FUNDAMENTALES  Para ello se basa en que la información que envían y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que resulta mucho más preciso que si se recurre a métodos analógicos.  Además, cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y diagnóstico.  De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al dispositivo.  Esta monitorización permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.
  • 76. VENTAJAS GENERALES  La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace más atractivos a los usuarios finales, es la reducción de costos.  El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema.  Una de las principales características de los buses de campo es su significativa reducción en el cableado necesario para el control de una instalación.  Cada componente sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos.  Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de cableado. En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administración del bus que permiten la reducción del número de horas necesarias para la instalación y puesta en marcha.
  • 77. VENTAJAS GENERALES  El hecho de que los buses de campo sean más sencillos que otras redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta.  Además, los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre ellos.  De esta forma, la detección de las fuentes de problemas en la planta y su corrección resulta mucho más sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el tiempo de parada de la planta.
  • 78. VENTAJAS GENERALES Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema. Algunos algoritmos y procedimientos de control que con sistemas de comunicación tradicionales debían incluirse en algunos otros dispositivos, radican ahora en los propios dispositivos de campo, simplificando el sistema de control y sus posibles ampliaciones.
  • 79. VENTAJAS GENERALES  También hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con el uso de la tecnología de los buses de campo debido a la simplificación en la forma de obtener información de la planta desde los distintos sensores.  Las mediciones de los distintos elementos de la red están disponibles para todos los demás dispositivos.  La simplificación en la obtención de datos permitirá el diseño de sistemas de control más eficientes.
  • 80. VENTAJAS GENERALES Con la tecnología de los buses de campo, se permite la comunicación bidireccional entre los dispositivos de campo y los sistemas de control, pero también entre los propios dispositivos de campo.
  • 81. VENTAJAS GENERALES  Otra ventaja de los buses de campo es que sólo incluyen 3 capas (Física, Enlace y Aplicación), y un conjunto de servicios de administración.  El usuario no tiene que preocuparse de las capas de enlace o de aplicación. Sólo necesita saber cual es funcionalidad.  Al usuario sólo se le exige tener un conocimiento mínimo de los servicios de administración de la red, ya que parte de la información generada por dichos servicios puede ser necesaria para la reparación de averías en el sistema.  De hecho, prácticamente, el usuario sólo debe preocuparse de la capa física y la capa de usuario.
  • 82. EN RESUMEN SON:  Son el nivel mas simple y próximo al proceso dentro de las estructura de las comunicaciones industriales.  Se basan en procesadores simples y protocolos sencillos para gestionar el enlace entre dichos procesadores.  Permiten la comunicación con buses jerárquicamente situados en niveles superiores mediante el empleo de pasarelas.  Están muy poco normalizados por lo que existe una amplia variedad de ellos, con diferentes características dependiendo de a que aplicaciones estén destinados.
  • 83. BUSES PROPIETARIOS Y BUSES ABIERTOS. La existencia de un elevado número de buses de campo diferentes se debe a que cada compañía venia utilizando un sistema propio para sus productos, aunque en los últimos años la tendencia es a utilizar buses comunes. Se pueden claramente distinguir:
  • 84. BUSES PROPIETARIOS  Son propietarios de una compañía o grupo de compañías.  Para utilizarlos se necesita tener licencias concedida por la empresa desarrolladora (derecho de autor).  La empresa que la disfruta debe poseer una serie de condiciones asociadas.  Generalmente su precio es considerable.
  • 85. BUSES ABIERTOS  Son todo lo contrario que los anteriores.  Las especificaciones son publicas y disponibles a un precio razonable.  Los componentes críticos también están disponibles.  Los procesos de validación y verificación están bien definidos y disponibles en las mismas condiciones que los anteriores.
  • 86. CARACTERÍSTICAS A TOMAR EN CONSIDERACIÓN Las características fundamentales que el bus de campo debe cumplir en lo referente a la conexión de dispositivos son:
  • 87. INTERCONECTIVIDAD Al bus se deben poder conectar en forma segura dispositivos de diferentes fabricantes que cumplan el protocolo. Es el nivel mínimo, y no proporciona, en principio, ninguna ventaja.
  • 88. INTEROPERATIVIDAD Los dispositivos de diferente fabricante funcionan satisfactoriamente en el mismo bus. Entonces podemos recalcar que ahora si el bus sirve para algo.
  • 89. INTERCAMBIABILIDAD Los dispositivos de un fabricante pueden ser sustituidos por otros equivalentes, de otro fabricante, y seguir funcionando. Este es el objetivo final y solo se consigue si las especificaciones son completas y se dispone de un sistema de prueba y validación.
  • 90. VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO Reducción de la complejidad del sistema de control en términos de hardware:  Reducción drástica del cableado.  Se elimina la necesidad de grandes armarios de conexiones para el control de equipamiento asociado.  Reducción del número de PLC’s.
  • 91. VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO  Al reducir el hardware se reduce el tiempo de instalación y el del personal necesario para ello.  Las funciones del autodiagnóstico del bus permiten localizar rápidamente conexiones erróneas en la instalación, con lo que lo errores de conexión son menores y mas rápidamente solucionados.  Reducción de los tiempos de parada y pérdidas de producción como consecuencia de las funciones de búsqueda de fallos y autodiagnóstico.  Facilidad de modificaciones, actualizaciones y renovaciones futuras.  Si el sistema esta reconocido y bien establecido se pueden comprar instrumentos y elementos del bus a diferentes fabricantes sin preocuparse por la compatibilidad de la conexión.
  • 92. DIFÍCIL ELECCIÓN  Existen pasarelas para la conexión de diferentes buses de campo.  El principal problema se plantea a la hora de tomar la decisión de qué bus utilizar, debido a la gran variedad de buses existente.  Para la elección hay que tener en cuenta una serie de factores como tamaño y tipo de instalación.
  • 93. NORMALIZACIÓN Se han realizado algunos intentos por normalizar los buses de campo, Finalmente se establecieron una serie de reglas genéricas y recomendaciones incluidas en una norma de la IEC que son:
  • 94. RECOMENDACIONES  Nivel físico: Bus serie controlado por maestro.  Comunicación semiduplex, banda base.  Velocidades: 1Mbps para distancias cortas y de 64 – 250 Kbps para distancias largas.  Longitudes: 40m para la maxima velocidad y 350m para velocidades más bajas.  Numero de perifericos: maximo de 30 nodos con posibles ramificaciones de hasta 60 elementos.  Cable: Par trenzado apantallado.  Conectores: Bornes industriales o DB9/DB25.  Conexión – desconexion en caliente (on-line).  Topologia: Bus fisico con posibles derivaciones a nodos perifericos.
  • 95. RECOMENDACIONES  Longitud máxima de ramificaciones: 10m.  Aislamientos: 500Vca entre los elementos de campo y el bus.  Seguridad intrínseca: opción de conectar elementos de campo con tensiones reducidas para atmósferas explosivas.  Alimentación: opción de alimentación a través del bus.  Longitud mínima del mensaje: 16 bits.  Transmisión de mensajes: posibilidad de diálogo entre cualquier par de nodos sin repetidor. No excluye maestros o repetidores “transparentes”.  Maestro flotante: posibilidad de maestro flotante entre nodos.  Implementación del protocolo: los chips para el protocolo deben estar disponibles comercialmente y no protegidos por patente.
  • 96. BUSES DE CAMPO MAS COMUNES  En una red industrial existen infinidad de buses abiertos y protocolos propietarios entre ellos se pueden mencionar:  FieldBus, ModBus, ModBus Plus, Jbus, EIB, ProfiBus, FIP, Hart, DeviceNet, SDC, BACnet, ASi, BitBUS, CAN, WorldFIP, ControlNet, Interbus, LonWorks, Seriplex, Optomux, CompoBus, ArcNet, CEBus, ISP, P-net, SDS, SP50, etc.
  • 97. BUSES DE CAMPO EXISTENTES Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con diferentes prestaciones y campos de aplicación. En una primera clasificación tenemos los siguientes grupos:
  • 98. BUSES DE ALTA VELOCIDAD Y BAJA FUNCIONALIDAD  Están diseñados para integrar dispositivos simples como finales de carrera, fotocélulas, relés y actuadores simples, funcionando en aplicaciones de tiempo real, y agrupados en una pequeña zona de la planta, típicamente una máquina.  Básicamente comprenden las capas física y de enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos son:  CAN: Diseñado originalmente para su aplicación en vehículos.  SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores, basado en CAN  ASI: Bus serie diseñado por Siemens para la integración de sensores y actuadores.
  • 99. BUSES DE ALTA VELOCIDAD Y FUNCIONALIDAD MEDIA  Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente de bloques de datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor funcionalidad de modo que permite incluir aspectos como la configuración, calibración o programación del dispositivo.  Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen la especificación completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema.  Algunos incluyen funciones estándar para distintos tipos de dispositivos (perfiles) que facilitan la inter-operbilidad de dispositivos de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:  DeviceNet: Desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base el bus CAN, e incorpora una capa de aplicación orientada a objetos.  LONWorks: Red desarrollada por Echelon.  BitBus: Red desarrollada por INTEL.  DIN MessBus: Estándar alemán de bus de instrumentación, basado en comunicación RS-232.  InterBus-S: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias.
  • 100. BUSES DE ALTAS PRESTACIONES  Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los niveles de la producción CIM. Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exigen. La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a la capa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS (Manufacturing Message Specification). Entre sus características incluyen:  Redes multi-maestro con redundancia.  Comunicación maestro-esclavo según el esquema pregunta-respuesta.  Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempo  Capacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast,  Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.  Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetos.  Descarga y ejecución remota de programas.  Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos de autentificación.  Conjunto completo de funciones de administración de la red.  Algunos ejemplos son:  Profibus  WorldFIP  Fieldbus Foundation
  • 101. BUSES PARA ÁREAS DE SEGURIDAD INTRÍNSECA  Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con atmósferas explosivas.  La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el componente en cuestión no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante.  Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad intrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este circuito producidos en las condiciones de prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar una ignición.  Algunos ejemplos son:  HART,  Profibus PA  WorldFIP.
  • 102. LA GUERRA DE LOS BUSES  Ante la variedad de opciones existente, parece razonable pensar que fabricantes y usuarios hicieran un esfuerzo en la búsqueda de normativas comunes para la interconexión de sistemas industriales.  Lo que ha venido llamándose "la guerra de los buses" tiene que ver con la permanente confusión reinante en los entornos normalizadores en los que se debate la especificación del supuesto "bus de campo universal".
  • 103. LA GUERRA DE LOS BUSES  La realidad es que sólo los usuarios están realmente interesados en la obtención de normas de uso general.  Los fabricantes luchan por su cuota de mercado y, en general, sólo están a favor de una norma cuando ésta recoge las características de su propia opción, lo cual es comprensible dadas las fuertes inversiones necesarias para el desarrollo de un bus industrial normalizado.  El debate sigue abierto.
  • 104. SISTEMAS ABIERTOS  Salvo casos excepcionales, todos los sistemas tradicionales disponen de cierto grado de “apertura” al poderse comunicar con el mundo exterior como vemos en la figura 2. donde, si bien todo el hardware y el software son proprietary, es decir, específicos del fabricante del sistema, el gateway, específico también, nos da esta posibilidad.  Un sistema abierto debe permitir al usuario unir en una misma aplicación los componentes de hardware y software de distintos fabricantes que más se ajusten a sus necesidades particulares figura 2  Además, debe imponer muy pocas restricciones de diseño al usuario y, al contrario, facilitarle la más amplia gama posible de opciones.  Para poder cumplir con todo lo anterior, será necesario un elevado grado de estandarización.
  • 107. TECNOLOGÍAS PARA INTEROPERATIVIDAD ENTRE APLICACIONES  Las instalaciones administrativas disponen de procesos para el manejo de información, todos ellos vinculados para lograr un objetivo en común que es lograr que la empresa sea más competitiva.  Estos procesos de manejo de información se efectúan en forma local en servidores específicos, tal como servidores de correo, servidores de información para la administración del conocimiento, servidores para la administración del mantenimiento, servidores de información de proceso, servidores para la planificación de recursos de la corporación (ERP), etc., como se muestra en la figura 4
  • 108. MODELO FUNCIONAL PARA LA INTERCOMUNICACIÓN
  • 109. INTERCONECTIVIDAD  Las aplicaciones residentes en los servidores de información para las actividades del negocio o las actividades de control del proceso, deben estar vinculadas por medio de tecnologías, algoritmos o protocolos que permitan el intercambio satisfactorio de la información.  Para múltiples aplicaciones corriendo bajo un ambiente operativo Windows, en una misma estación de supervisión, se debe utilizar OPC (OLE para Control de Procesos).  Cuando una aplicación no soporte OPC, debe emplearse el Intercambio Dinámico de Datos (DDE) para lograr la transferencia de datos de una aplicación a otra.  Dichas aplicaciones deben de soportar Interconectividad de Bases de Datos Abierta (ODBC).  Independientemente del sistema operativo, cuando se requiera transferir datos entre aplicaciones residentes en distintos servidores o estaciones de supervisión, debe emplearse el estándar OPC (cliente, servidor o ambos, según sea requerido).
  • 110. OLE (OBJECT LINKING & EMBEDDING)  En el mundo de los objetos vinculados e insertados, un objeto es cualquier cosa que un usuario pueda manipular con una aplicación Windows.  Los programas que acompañan a los sistemas operativos Windows son un buen ejemplo de aplicaciones que manipulan objetos OLE; por ejemplo, el programa PaintBrush maneja objetos que son mapas de bits y la Grabadora de Sonidos objetos de sonido.  Aunque distintos, las aplicaciones OLE utilizan métodos similares para ambos tipos de objeto.
  • 111. OLE (OBJETOS VINCULADOS O INSERTADOS)  Vincular e insertar son los dos métodos con los que los usuarios manejan los objetos OLE.  Los objetos pueden estar vinculados o insertados en el documento de una aplicación cliente OLE.  Un objeto insertado es una parte física del documento.  Uno vinculado está separado de aquel.  Una aplicación cliente puede editar uno de estos objetos llamando a la aplicación servidora OLE como si fuera un editor.
  • 112. DDE (DYNAMIC DATA EXCHANGE)  En Windows cualquier aplicación cliente puede comunicarse con cualquier servidor, usando el protocolo DDE.  La transferencia dinámica de datos (DDE) es la técnica de comunicación que utilizan los programas.  La comunicación entre procedimientos es el paso de información a través de una memoria común siguiendo las reglas de un protocolo que lo sincroniza.  También intervienen en el proceso el portapapeles (clipboard), las bibliotecas para vínculos dinámicos (DLL) y los objetos vinculados e insertados (OLE).
  • 113. DDE (TRANSFERENCIA DINÁMICA DE DATOS)  EI portapapeles es el conjunto de funciones que se apoyan en la memoria global para transferir datos entre aplicaciones.  No hay que confundir esta memoria global con la utilizada por el programa Portapapeles (CLIPBRD.EXE), aplicación que visualiza los datos depositados en la memoria global.  La tarea básica del portapapeles es la transferencia de datos entre aplicaciones.  Una DLL es un módulo que contiene código, datos y recursos de Windows al que pueden acceder concurrentemente varios programas.  De forma que aunque varios pueden compartir la misma instancia de una DLL, solamente puede existir simultáneamente una instancia de la misma DLL.  Una aplicación y una DLL acceden a un bloque de memoria global para compartir los datos.
  • 114. DDE  El proceso comienza cuando la aplicación llama a una de las funciones de la DLL, momento en que ésta reserva el bloque de memoria global que ambas utilizarán durante la transferencia.  Cuando la aplicación que llamó termina, comunica el hecho a la DLL para que lo desasigne. La reserva de memoria global dura pues, lo que la aplicación que llamó a la DLL. Es por esto por lo que dos aplicaciones no pueden acceder al mismo bloque de memoria global que reservó una DLL.  Las aplicaciones DDE utilizan un sistema de identificación que tiene una estructura de árbol. El nombre de aplicación es el nivel más alto de la jerarquía y define a la aplicación servidor. Cada nombre de aplicación controla uno o varios temas, identificados por sus nombres de tema (topic name), nombres que también se refieren a la aplicación servidor que, a su vez, tienen uno o más nombres de identificador (item name), con los detalles de cada tema.
  • 115. FUNCIONAMIENTO DE OPC  Un cliente OPC puede conectarse a servidores OPC, de uno o varios vendedores.  Se puede construir un cliente con una interfase personalizada, para lo cual se puede usar un lenguaje de alto nivel como Visual C++, pero los clientes más comunes se construyen bajo una interfase automatizada que puede ser desarrollada en lenguajes como Visual Basic 6.0, Delphi y recientemente .NET gracias a COM-Interop. La Figura 5 representa el funcionamiento del OPC con las interfaces personalizada y automatizada.
  • 117. MODELO DE OBJETOS DE LA ESPECIFICACIÓN OPC  OPCServer. Es una instancia de un servidor OPC. Se debe crear un objeto OPCServer antes de poder referenciar los otros objetos. Este contiene la colección OPCGroups y el objeto OPCBrowser.  OPCGroups. Es una colección de los objetos OPCGroup que el cliente ha creado.  OPCGroup. El propósito de este objeto es mantener la información de estado y proveer el mecanismo para ofrecer los servicios de adquisición de datos por la colección de objetos OPCItem.  OPCItems. Es una colección que contiene todos los objetos OPCItem que el cliente ha creado.  OPCIterm. Es un objeto que mantiene la definición de los items, sus valores, estados y datos de la última actualización.  OPCBrowser. Es un objeto que permite buscar nombres de items en un servidor configurado.
  • 118. MODELO DE OBJETOS DE LA ESPECIFICACIÓN OPC
  • 124. SOFTWARE PARA DISEÑO DE HMI  Existen en el mercado distintos tipos de software orientados a la realización de las interfases, cada uno de ellos orientado a su propio hardware y algunos de ellos orientados a protocolos abiertos.  Al ser sistemas propietarios el costo de la licencia es alto pero la comunicación es sumamente eficiente con los dispositivos de control de la marca “propietario”.
  • 125. COMPRENDE DIVERSAS FUNCIONES COMO:  Manejo del soporte o canal de comunicación.  Manejo de uno o varios protocolos de comunicación (Drive)  Manejo y actualización de una Base de Datos  Administración de alarmas (Eventos)  Generación de archivos históricos.  Interfaces con el operador (HMI - Human Machine Inteface)  Capacidad de programación (Visual Basic, C)  Transferencia dinámica de datos (DDE)  Conexión a redes
  • 128. PARADIGMAS EXISTENTES Hay varios paquetes de calidad: iFIX, InTouch , FACTORY, TAURUS, REALFLEX, GENESIS ,LABVIEW por nombrar proveedores independientes, que no son fabricantes de equipos de medición y control.
  • 129. PERO TAMBIÉN EXISTEN LOS PROPIETARIOS Para cada uno de los elementos de control desarrollados por una empresa en particular como: Windows Control Center (WinCC) de Siemens, RS- VIEW de Allen Bradley, CX-Supervisor de OMRON, FoxVIEW de foxboro, Magelis de Telemecanique, LookOut de National Instruments, AIMAXWin de Opto, etc.
  • 130. CAPACIDADES  Todo proceso productivo con cierto grado de automatización debe disponer de un sistema de supervisión y control que proporcione la información imprescindible para la toma de decisiones basadas en la propia información del proceso y otras informaciones del resto de la organización.  El software SCADA debe ajustarse a estas premisas.  Tienen 4 niveles principales:  Gestión Intercambio de información para la toma de decisión estratégica.  Operación Supervisión, mando y adquisición de datos del proceso.  Control Dispositivos de control distribuido  Sensores y Actuadores Dispositivos de campo e instrumentación.
  • 131. CAPACIDADES  Debe tener capacidad para comunicarse con múltiples redes de instrumentos, aun siendo de distinta procedencia y fabricantes.  Debe comunicarse con otros paquetes de software por medio de DDE (Dynamic Data Extrange), DLL (Dynamic Link Libraries)  Como canal de comunicación, implementados por el sistema operativo, que permite que diversos paquetes de software envíen y reciban datos comunes. Por ejemplo se puede relacionar una celda de una hoja de calculo con una variable del sistema y así variar puntos de consignas del proceso, o bien comunicación directa con los drivers de I/O de los dispositivos de campo.  Un Drive de campo es un software que corre dentro del sistema SCADA y actúa como interfase para posibilitar la transmisión de datos entre la puerta serie del computador y los dispositivos de campo.
  • 132. SISTEMA SCADA CON OPC  Al ser una dificultad de las operaciones de control industrial la de compartir información entre dispositivos inteligentes de campo, así también como con el resto de la empresa.  El problema hasta ahora se ha resuelto escribiendo un sinnúmero de protocolos, que definen de que manera se estructuran los datos que transmite cada dispositivo.  Esta diversificación obliga a los desarrolladores de software SCADA a incorporar centenares de driver para cada fabricante.
  • 133. SCADA Y OPC  Se ha desarrollado una norma de intercambio de datos para el nivel de planta basada en la tecnología OLE (Object Linking and Embedding) denominada OPC (OLE for Process Control), que permite un método para el flujo transparente de datos entre aplicaciones corriendo bajo sistemas operativos basados en Microsoft Window.  Se dispone de una versión inicial de la norma desde mayo de 1996. OPC es un primer paso concreto que permite una red para compartir los datos de los dispositivos a nivel de proceso.
  • 135. ESTA TECNOLOGÍA PERMITE Permite crear objetos, que son piezas de código reutilizables para facilitar la implantación y mantenimiento de las aplicaciones. Permite crear objetos entre diferentes aplicaciones de modo que puedan interoperar y comunicarse a través de una red.
  • 136. LA VENTAJA  Esto permitirá que múltiples dispositivos que hablan diferentes protocolos, puedan compartir el mismo puerto de comunicación del maestro de SCADA, eliminando así la necesidad de tener un puerto para cada protocolo.  Debido a la gran cantidad de drivers actuales, la disponibilidad de servidores OPC no será inmediata.  El advenimiento de arquitectura de software basadas en objetos y de drivers basados en OPC en los paquetes SCADA, se espera que tengan un gran impacto en los costos.  Toda actualización o incorporación de drivers será fácil y se ampliara el ciclo de vida de los paquetes SCADA.
  • 137. ANALIZAREMOS Wonderware Corp. InTouch V10 Omron CX- Supervisor V1.2 National Instruments BridgeVIEW Rockwell RSView32.