automatización industrial

5/28/2018 Automatizaci n Industrial

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AutomatizacinIndustrial:SCADA,DCS, PLC

Preparado por:

Katerine Freire

Revisado por:

Aprobado por:

Quito, 15 de septiembre de 2013


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Automatizacin Industrial: SCADA,DCS, PLC

Cdigo:No: Fecha: ORN-JIP-IC-13-01

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TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCIN ............................................................................................................................................. 32 AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL .................................................................................................................... 33 HERRAMIENTAS DE LA AUTOMATIZACIN ................................................................................................. 44 JERARQUA DE LA AUTOMATIZACIN ........................................................................................................ 55 SISTEMAS DE CONTROL ................................................................................................................................. 66 JERARQUA DE UN SISTEMA DE CONTROL ................................................................................................. 7

6.1 FUNCIONALIDAD DE LOS NIVELES DE JERARQUA DE UN SISTEMA DE CONTROL. ..................... 87 PLC: CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE ...................................................................................... 8

7.1 CAMPOS DE APLICACIN .................................................................................................................... 97.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES ...........................................................................................................107.3 ESTRUCTURA DE UN PLC ......................................................................................................................117.4 LENGUAJES DE PROGRAMACIN .....................................................................................................137.5 TIPOS DE PLC .........................................................................................................................................14

8 DCS: SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO ..............................................................................................148.1 EVOLUCIN HISTRICA ......................................................................................................................148.2 DEFINICIN ............................................................................................................................................158.3 CARACTERSTICAS ................................................................................................................................158.4 VENTAJAS E INCONVENIENTES ...........................................................................................................158.5 ELEMENTOS, CONTROL E IMPLEMENTACIN ...................................................................................168.6 TIPOS DE COMUNICACIN EN LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS ........................................................16

9 SISTEMAS SCADA ..........................................................................................................................................179.1 DEFINICIN ............................................................................................................................................179.2 CONCEPTOS ASOCIADOS A UN SISTEMA SCADA ..........................................................................18

9.2.1 TIEMPO REAL..................................................................................................................................199.2.2 ESTRUCTURA ABIERTA...................................................................................................................19

9.3 FUNCIONES DE UN SISTEMA SCADA ..................................................................................................199.3.1 AUTOMATIZACIN:......................................................................................................................199.3.2 SUPERVISIN:................................................................................................................................20


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9.3.3 MANEJO DE ALARMAS:...............................................................................................................209.3.4 GENERACIN DE REPORTES:.......................................................................................................20

9.4 INTERFAZ HOMBRE-MQUINA (HMI O MMI) ....................................................................................209.5 ARQUITECTURA DE SISTEMAS SCADA ...............................................................................................21

9.5.1 ARQUITECTURA TRADICIONAL....................................................................................................219.5.2 ARQUITECTURA ACTUAL..............................................................................................................23

9.6 DIFERENCIAS ENTRE SCADA Y DCS ...................................................................................................249.7 PLC VS RTU .............................................................................................................................................25

LISTA DE TABLASTabla 1 Funciones de los niveles de jerarqua de un sistema de control .................................................... 8Tabla 2 Ejemplos de programacin de PLCs ..................................................................................................13Tabla 3 Tipos de comunicaciones industriales................................................................................................17Tabla 4 Diferencias entre SCADA y DCS (PhD Luis Corrales, 2007) .............................................................25

LISTA DE FIGURASFig. 1. Automatizacin en la industria................................................................................................................. 3Fig. 2 Pirmide de Jerarqua de la Automatizacin. ....................................................................................... 5 Fig. 3. Esquema de clasificacin estndar ANSI/ISA 95 .................................................................................. 6Fig. 4. Pirmide de la automatizacin de una planta de energa............................................................... 7Fig. 5. Jerarqua de un sistema de control ........................................................................................................ 7Fig. 6 PLC SLC 500 AB de Rockwell ...................................................................................................................... 8Fig. 7 Estructura bsica de un PLC y la secuencia de barrido (PhD Luis Corrales, 2007) ......................11Fig. 8 Evolucin histrica del DCS (PhD Luis Corrales, 2007) ........................................................................14 Fig. 9. Esquema de un sistema SCADA ............................................................................................................18 Fig. 10 Ejemplo de una HMI de un sistema SCADA .......................................................................................21Fig. 11 Arquitectura tpica de un sistema SACDA tradicional .....................................................................22Fig. 12 Arquitectura actual de un sistema SCADA ........................................................................................23LISTA DE REFERENCIAS

1. http://www.rocatek.com/forum_automatizacion_industrial.php2. Corrales, L. (2007). Interfaces de Comunicacin Industrial.Quito: EPN - Dpto. de

Automatizacin y Control Industrial.

3. EPFL. (n.d.). Industrial Automation.4. UPC TELECOM BCN. (2011-2012). Comunicaciones y Control Distribuido.5. TOSHIBA. (2009). Curso de programacin de PLCs.6. MICRO. (n.d.). Controlador Lgico Programable (PLC).Buenos Aires.


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1 INTRODUCCIN

Dentro del campo de la produccin industrial, desde los inicios de la era industrial hasta la

actualidad, la automatizacin ha pasado de ser una herramienta de trabajo deseable a una

herramienta indispensable para competir en el mercado globalizado. Ninguna empresa puede

omitir la automatizacin de sus procesos para aumentar la calidad de sus productos, reducir los

tiempos de produccin, realizar tareas complejas, reducir los desperdicios y especialmente

aumentar la rentabilidad.

La automatizacin es ms amplia que un sistema de control, abarca la instrumentacin industrial,

que incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y supervisin, los

sistemas de transmisin y recoleccin de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para

supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

2 AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL

Automatizacin es el uso de sistemas de control y de tecnologa informtica para reducir la

necesidad de la intervencin humana en un proceso. En el enfoque de la industria,

automatizacin es el paso ms all de la mecanizacin en donde los procesos industriales son

asistidos por maquinas o sistemas mecnicos que reemplazan las funciones que antes eran

realizadas por animales. Mientras en la mecanizacin los operadores son asistidos con maquinaria

a travs de su propia fuerza y de su intervencin directa, en la automatizacin se reduce de gran

manera la necesidad mental y sensorial del operador. De esta forma presenta grandes ventajas

en cuanto a produccin ms eficiente y disminucin de riesgos al operador.

Fig. 1. Automatizacin en la industria
http://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_de_controlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Instrumentaci%C3%B3n_industrial


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Las principales ventajas de aplicar automatizacin a un proceso son:

Reemplazo de operadores humanos en tareas repetitivas o de alto riesgo. Reemplazo de operador humano en tareas que estn fuera del alcance de sus

capacidades como levantar cargas pesadas, trabajos en ambientes extremos o tareas

que necesiten manejo de una alta precisin

Incremento de la produccin. Al mantener la lnea de produccin automatizada, lasdemoras del proceso son mnimas, no hay agotamiento o desconcentracin en las tareas

repetitivas, el tiempo de ejecucin se disminuye considerablemente segn el proceso.

La automatizacin de un nuevo proceso requiere de una inversin inicial grande en comparacin

con el costo unitario del producto, sin embargo mientras la produccin se mantenga constante

esta inversin se recuperara, dndole a la empresa una lnea de produccin con altos ndice de

ingresos.

3 HERRAMIENTAS DE LA AUTOMATIZACIN

Con la implementacin de mtodos numricos en dispositivos de automatizacin el resultado es

una gama de aplicaciones de rpida expansin y de enfoque especializado en la industria. La

Tecnologa asistida por computadora (CAx) ahora sirve de base para las herramientas

matemticas y de organizacin utilizada para crear sistemas complejos. Ejemplos notables de CAx

incluyen el diseo asistido por computadora (CAD) y fabricacin asistida por ordenador (CAM). La

mejora en el diseo, anlisis, y la fabricacin de productos basados en CAx ha sido beneficiosa

para la industria.

La tecnologa informtica, junto con los mecanismos y procesos industriales, pueden ayudar en el

diseo, implementacin y monitoreo de sistemas de control. Un ejemplo de un sistema de control

industrial es un controlador lgico programable (PLC). Los PLC's estn especializados en sincronizar

el flujo de entradas de sensores y eventos con el flujo de salidas a los actuadores y eventos. La

Interfaz hombre-mquina (HMI) o interfaces hombre computadora, se suelen utilizar para

comunicarse con los PLC's y otros equipos. El personal de servicio se encarga del seguimiento y

control del proceso a travs de los HMI, en donde no solo puede visualizar el estado actual del

proceso sino tambin hacer modificaciones a variables crticas del proceso.

Existen diferentes tipos de herramientas para la automatizacin como:


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ANN- Artificial neural network DCS- Distributed Control System HMI- Human Machine Interface SCADA- Supervisory Control and Data Acquisition PLC- Programmable Logic Controller PAC- Programmable automation controller Instrumentacin Control de movimiento Robtica

4 JERARQUA DE LA AUTOMATIZACIN

Las aplicaciones de la automatizacin son muy variadas, pero hay poca diferencia en la

estructura general de sus sistemas de control. La distincin ms grande es el dominio de

conocimientos embebidos en el sistema de control.

Fig. 2 Pirmide de Jerarqua de la Automatizacin.Tomada de la presentacin EPFL Automation Hierarchy

En contraste con la pirmide anterior, a continuacin se presenta un esquema segn la

clasificacin estndar ANSI/ISA 95 que define terminologa y buenas prcticas para aplicar un

sistema de automatizacin a nivel empresarial.


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Fig. 3. Esquema de clasificacin estndar ANSI/ISA 95

5 SISTEMAS DE CONTROL

Un sistema de control est definido como un conjunto de componentes que pueden regular su

propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de

modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados.

Hoy en da los procesos de control son sntomas del proceso industrial que estamos viviendo. Estos

sistemas se usan tpicamente en sustituir un trabajador que controla un determinado sistema (ya

sea elctrico, mecnico, etc.) con una posibilidad nula o casi nula de error, y un grado de

eficiencia mucho ms grande que el de un trabajador. Los sistemas de control ms modernos en

ingeniera automatizan procesos en base a parmetros establecidos.

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:

1. Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.

2. Ser eficiente segn un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales.


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Fig. 4. Pirmide de la automatizacin de una planta de energa.

6 JERARQUA DE UN SISTEMA DE CONTROL

Fig. 5. Jerarqua de un sistema de controlTomada de la presentacin EPFL Large Control System Hierarchy


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6.1 FUNCIONALIDAD DE LOS NIVELES DE JERARQUA DE UN SISTEMA DE CONTROL.

Administracin Finanzas, recursos humanos, documentacin, planeacin a largo plazo

Empresa Definir metas de produccin, recursos y planes empresariales, coordinacin

desde diferentes sitios, manejar pedidos de produccin

Manufactura Manejar la ejecucin, recursos, flujo de trabajo, supervisin de calidad,

cronogramas de produccin, mantenimiento

Supervisin Supervisar la produccin y el sitio, optimizar, ejecutar operaciones, visualizar la

planta, guardar datos del proceso, registrar operaciones, historialGrupo de

Control

Controles bien definidos como parte de la planta (lazos cerrados, excepto para

intervencin de un operador)

Coordinar subgrupos individuales Ajustar set-points y parmetros Comandar varias unidades como un conjunto completo

Unidad de

Control

Control (regulacin, monitoreo y proteccin) como parte de un grupo (lazo

cerrado excepto para mantenimiento)

Medicin: muestreos, escala, procesamiento, calibracin. Control: regulacin, set-pointsy parmetros Comando: secuencia, proteccin y enclavamiento

Campo Adquisicin de datos (Sensores y Actuadores), transmisin de datos no

procesados, excepto la correccin de la medicin y proteccin incorporada

Tabla 1 Funciones de los niveles de jerarqua de un sistema de control

7 PLC: CONTROLADOR LOGICO PROGRAMABLE

Fig. 6 PLC SLC 500 AB de Rockwell


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Segn lo define la Asociacin Nacional de Fabricantes Elctricos de los Estados Unidos un PLC

Controlador Lgico Programable (Programable Logic Controller) es un dispositivo digital

electrnico con una memoria programable para el almacenamiento de instrucciones,

permitiendo la implementacin de funciones especficas como: lgicas, secuenciales,

temporizadas, de conteo y aritmticas; con el objeto de controlar mquinas y procesos. (Curso

061: Controlador Lgico Programable, www.micro.com.ar)

Tambin se puede definir como un equipo electrnico, el cual realiza la ejecucin de un

programa de forma cclica. La ejecucin del programa puede ser interrumpida

momentneamente para realizar otras tareas consideradas ms prioritarias, pero el aspecto ms

importante es la garanta de ejecucin completa del programa principal.

Estos controladores son utilizados en ambientes industriales donde la decisin y la accin deben

ser tomadas en forma muy rpida, para responder en tiempo real. Los PLC son utilizados donde se

requieran tanto controles lgicos como secuenciales o ambos a la vez.

7.1 CAMPOS DE APLICACIN

El PLC por sus especiales caractersticas de diseo tiene un campo de aplicacin muy extenso. La

constante evolucin del hardware y software ampla constantemente este campo, para poder

satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilizacin se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un

proceso de maniobra, control y sealizacin. Por tanto, su aplicacin abarca desde procesos de

fabricacin industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, o control de

instalaciones, entre otras. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la

posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rpida utilizacin, la modificacin o

alteracin de los mismos, hace que su eficacia se aprecie principalmente en procesos en que se

producen necesidades tales como:

Espacio reducido

Procesos de produccin peridicamente cambiantes

Procesos secuenciales

Maquinaria de procesos variables

Instalaciones de procesos complejos y amplios

Chequeo de programacin centralizada de las partes del proceso


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7.2 VENTAJAS E INCONVENIENTES

Sabemos que no todos los autmatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lgica cableada, ello

es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones

tcnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones obligan a referirse a las ventajas que

proporciona un autmata de tipo medio.

Ventajas:

Menor tiempo empleado en la elaboracin de proyectos, debido a que no es necesario dibujar

previamente el esquema de contactos, es preciso simplificar las ecuaciones lgicas, ya que por lo

general la capacidad de almacenamiento del mdulo de memoria es lo suficientemente grande.

Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni aadir apara tos.

Mnimo espacio del tablero donde se instala el autmata programable.

Menor costo de mano de obra de la instalacin.

Economa de mantenimiento. Adems de aumentar la fiab ilidad del sistema, al eliminar

contactos mviles, los mismos autmatas pueden indicar y detectar averas.

Posibilidad de gobernar varias mquinas con un mismo autmata.

Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de

cableado.

Si por alguna razn la mquina queda fuera de servicio, el autmata sigue siendo til para otra

mquina o sistema de produccin.

Inconvenientes:

Como inconvenientes podramos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo

que obliga a adiestrar a uno de los tcnicos en tal sentido. Esta capacitacin puede ser tomada

en distintos cursos, inclusive en universidades.

El costo inicial.


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7.3 ESTRUCTURA DE UN PLC

Fig. 7 Estructura bsica de un PLC y la secuencia de barrido (PhD Luis Corrales, 2007)

Un PLC consiste de:

Fuente de alimentacin CPU Memoria Mdulos de entrada Mdulos de salida Algoritmo de programacin (scan) Terminal de programacin Perifricos.

Respecto a su disposicin externa, los autmatas pueden contener varias de estas secciones en

un mismo mdulo o cada una de ellas separadas en diferentes mdulos. As se pueden distinguir

PLCs Compactos y Modulares.

Fuente de alimentacinEs la encargada de convertir la tensin de la red, usualmente 115 V o 220 V AC, a baja tensin de

DC, normalmente 24 V. Siendo esta la tensin de trabajo de los circuitos electrnicos que forma el

PLC; esto es, la CPU y diferentes mdulos que ejecutan tareas especializadas.


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CPULa Unidad Central de Procesos es el autntico cerebro del sistema. Controla la ejecucin de todas

las operaciones del PLC. Ejecuta el sistema operativo, maneja la memoria y monitorea las

entradas; es decir, se encarga de recibir las rdenes del operario, desde la consola de

programacin, y desde el mdulo de entradas. Posteriormente las procesa en concordancia con

la lgica del usuario para enviar respuestas a los mdulos de salida. En su memoria se encuentra

residente el programa destinado a controlar el proceso. Maneja tambin las comunicaciones e

interacciones con los otros componentes del sistema.

El PLC ejecuta cclicamente una secuencia de operaciones; este ciclo se denomina un barrido

(scan).

MemoriaFuncionalmente, la memoria est dividida en diferentes reas y cumplen funciones especficas. Si

bien la organizacin de la memoria vara de un fabricante a otro, tres reas de memoria estn

presentes en todo PLC: Una tabla de datos de entrada, una tabla de datos de salida, y un rea

de memoria donde se guarda el programa del usuario. Es importante mencionar que la memoria

en un PLC es voltil y, por lo mismo, una batera de litio alimenta el PLC cuando este es apagado,

para mantener las tablas de datos y el programa incluso por aos sin tener que energizar al PLC.

Mdulos de entradas y salidasExcepto por los PLCs ms pequeos que usualmente viene con una estructura fija y se los llama

micro PLCs, estos vienen con un formato modular. La forma modular est compuesta de:

Uno o ms racks, tambin llamados backplanes

Un mdulo con una CPU.

Uno o ms mdulos con fuente de poder.

Mdulos de entrada y salida

Mdulos de comunicaciones

Esto quiere decir que el usuario puede determinar la configuracin final de un PLC dado. Hay una

variedad importante de mdulos de entrada y salida.


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7.4 LENGUAJES DE PROGRAMACIN

Cuando se habla de los lenguajes de programacin se hace referencia a diferentes formas de

poder escribir el programa usuario. Los softwares actuales permiten traducir el programa usuario

de un lenguaje a otro, pudiendo as escribir el programa en el lenguaje que ms convenga.

La creciente complejidad en la programacin de los autmatas programables requiere ms que

nunca de la estandarizacin de la misma. Bajo la direccin del IEC el estndar IEC 1131-3 (IEC 65)

para la programacin de PLC ha sido definido. Alcanz el estado de estndar internacional en

agosto de 1992. Con la idea de hacer el modelo adecuado para un gran abanico de

aplicaciones, cinco lenguajes han sido definidos en total:

Grfico secuencial de

funciones (Grafcet)

Lista de

instrucciones.

Diagrama de contactos o Lgica de

Escalera o Ladder Logic.

Texto estructurado. Bloques de funciones

Tabla 2 Ejemplos de programacin de PLCs

No obstante, los lenguajes de programacin ms empleados en la actualidad son: el listado de

instrucciones y el diagrama de contactos o Ladder Logic.


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7.5 TIPOS DE PLC

Compactos: Estos tipos de Autmatas estn constituidos por su fuente de alimentacin,CPU, entradas y salidas digitales.

Semimodulares: A este tipo de autmatas se les puede integrar mdulos de entradas ysalidas digitales y analgicos

Modulares: Estos se montan sobre Rack, y la CPU es independiente de la fuente dealimentacin as como de las entradas y salidas digitales y analgicas, este tipo de

autmatas se arma de acuerdo a las necesidades del cliente y por su estructura suelen ser

ms flexibles que los anteriores.

8 DCS: SISTEMAS DE CONTROL DISTRIBUIDO

8.1 EVOLUCIN HISTRICALa problemtica que se tena por el ao 1959 era la de controlar plantas que abarcaban espacios

geogrficos amplios y que controlaban gran nmero y variedad de dispositivos. Frente a esta

necesidad se dio la evolucin de los sistemas de control distribuido tal como se muestra en la

figura.

Fig. 8 Evolucin histrica del DCS (PhD Luis Corrales, 2007)


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8.2 DEFINICINEl trmino DCS, viene de las siglas Distributed Control System, es un sistema de control que cumple

con sus funciones de control a travs de una serie de mdulos de control automticos e

independientes, distribuidos en una planta o proceso.

La filosofa de funcionamiento de esta arquitectura es evitar que el control de toda la Bplanta est

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 podra seguir funcionando.

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.

A los sistemas de control distribuido se da preferencia hoy en da en la mayora de las empresas

industriales, buscando aprovechar la mejor confiabilidad de su diseo; y se han ajustado los

sistemas SCADA para supervisar a los PLCs y controladores que conforman el DCS.

8.3 CARACTERSTICAS

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 estndares abiertos. Flexibilidad de Adaptacin a Distintas Tareas. Escalabilidad.

8.4 VENTAJAS E INCONVENIENTES

Ventajas:

Mayor robustez a fallos de algn ordenador. Mayor eficiencia debida al proceso paralelo. Menor rigidez en los dispositivos. Mayor escalabilidad. Cobertura de plantas de mayor tamao.


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Alto grado de automatizacin, integracin y flexibilidad

Inconveniente:

Necesidad de alto flujo de datos en caso de distribucin automtica de tareas.

8.5 ELEMENTOS, CONTROL E IMPLEMENTACIN

Elementos:

El sistema de control distribuido incorpora los siguientes elementos:

Conjunto de ordenadores (PCs, estaciones de trabajo,) Mdulos controladores (correspondientes al control de mquinas o dispositivos) Autmatas programables Sistemas de comunicacin que enlazan a todos los anteriores

Control:

El sistema de control distribuido se caracteriza por una funcionalidad jerarquizada. En este

sentido

Se convierten los problemas complejos en un conjunto de problemas individuales Se usa la teora del control de sistemas multivariable y de los sistemas de gran escala Se preparan soluciones de uso general Se admite una modularidad equilibrada

Implementacin:

La implementacin en hardware ysoftware de tiempo real debe ser suficientemente fiable

y mantenible. Se pueden disear de manera eficiente las caractersticas de fiabilidad que se

desean para el sistema:

Duplicacin Gestin de mtodos de excepcin Gestin de alarmas Recopilacin de incidencias

8.6 TIPOS DE COMUNICACIN EN LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS

Los sistemas distribuidos estn formados por dispositivos autnomos inteligentes que cooperan con

objetivos concretos. En el rea de las comunicaciones industriales existen tres procedimientos o

modelos de comunicacin:


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Modelo cliente-servidor Modelo productor-consumidor Modelo de publicacin-subscripcin

Modelo

Cliente - Servidor

Modelo Productor -

Consumidor

Modelo Publicacin -

Subscripcin

Tipo de Comunicacin Entre iguales

(peer to peer)

Difusin

(broadcast)

Multidifusin

(multicast)

Estilo de comunicacin Orientada a la

conexin

Sin conexin explicita Sin conexin explicita

Relacin

Maestro - Esclavo

Uno o varios maestros Varios maestros Varios maestros

Servicios de

Comunicaciones

Confirmados

Sin confirmar

Con confirmacin

Sin confirmar

Con confirmacin

Sin confirmar

Con confirmacin

Clases de Aplicaciones Transferencia de

Parmetros.

Comunicacincclica.

Notificacin de

eventos.

Alarmas.Eventos.

Sincronizacin.

Cambios de estado.

Notificacin de

eventos.

Tabla 3 Tipos de comunicaciones industriales

9 SISTEMAS SCADA

Los sistemas SCADA originalmente se disearon para cubrir las necesidades de un sistema de

control centralizado, sobre procesos o complejos industriales distribuidos sobre reas geogrficas

muy extensas. Tal es as que en la definicin clsica de un sistema SCADA se hace referencia a

esta caracterstica. Hoy en da, con el desarrollo de las redes digitales, la definicin se tiene que

modificar para incluir esta nueva forma de conectividad.

9.1 DEFINICINSCADA viene de las siglas: "Supervisory Control And Data Acquisition"; es decir, hace referencia a

un sistema de adquisicin de datos y control supervisor. Tradicionalmente se define a un SCADA

como un sistema que permite supervisar una planta o proceso por medio de una estacin central

que hace de Master (llamada tambin estacin maestra o unidad terminal maestra, MTU) y una o


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varias unidades remotas (generalmente RTUs) por medio de las cuales se hace el control

/adquisicin de datos hacia / desde el campo.

Esquemticamente, un sistema SCADA conectado a un proceso automatizado consta de las

siguientes partes:

Fig. 9. Esquema de un sistema SCADA

1. Proceso Objeto del control:Es el proceso que se desea supervisar. En consecuencia, es el origen

de los datos que se requiere colectar y distribuir.

2. Adquisicin de Datos: Son un conjunto de instrumentos de medicin dotados de alguna

interface de comunicacin que permita su interconexin.

3. SCADA:Combinacin de hardware y software que permita la coleccin y visualizacin de los

datos proporcionados por los instrumentos.

4. Clientes:Conjunto de aplicaciones que utilizan los datos obtenidos por el sistema SCADA.

9.2 CONCEPTOS ASOCIADOS A UN SISTEMA SCADA


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9.2.1 TIEMPO REAL

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

computacin para procesar informacin de campo, aparece un desfase en el tiempo, un retardo,

que puede incidir en la exactitud instantnea del valor mostrado. Esta falta de exactitud puede

pasar desapercibida, particularmente en la medicin de variables lentas o puede ser

considerable si se trata de variables rpidas.

Es por esto que para 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. Adems si se habla

de tiempo real el sistema debe responder en tiempos concretos tambin en un 100% de los

casos. Si los tiempos concretos de reaccin llegan a superarse sin causar problemas irreversibles,

como en sistemas no crticos, se habla de "tiempo real suave".

9.2.2 ESTRUCTURA ABIERTA

La estructura abierta, permite a la empresa o al desarrollador ms libertad en la eleccin de la

herramienta adecuada para el diseo, programacin e implementacin del sistema SCADA.

La solucin comienza a ser propietaria nuevamente (cada empresa ofrece su solucin) y la

conversin a futuras generaciones de sistemas operativos se hace ms difcil.

9.3 FUNCIONES DE UN SISTEMA SCADA

Dentro de las funciones bsicas realizadas por un sistema SCADA estn las siguientes:

9.3.1 AUTOMATIZACIN:Se refiere a recabar, almacenar y mostrar informacin, en forma continua y confiable, desde los

equipos de campo: estados de dispositivos, magnitud de variables. Tambin se refiere a ejecutar

en forma automtica disparo de alarmas para que el operador pueda notar un estado anormal

en el proceso.


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9.3.2 SUPERVISIN: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

operacin diaria de la planta (eventos). Basados en los datos enviados, el operador podr iniciar

acciones de control, tales como: abrir o cerrar vlvulas, arrancar o parar bombas, etc., con la

aclaracin que ya se hizo al respecto.

9.3.3 MANEJO DE ALARMAS:Disparar alarmas en forma automtica para que el usuario pueda ejecutar acciones que

controlen las situaciones anmalas que las generaron.

9.3.4 GENERACIN DE REPORTES:Basadas en la informacin obtenida por el sistema es posible generar: reportes, grficos de

tendencia, historia de variables, clculos, predicciones, deteccin de fugas, etc.

9.4 INTERFAZ HOMBRE-MQUINA (HMI O MMI)

Una Interfaz Hombre-Mquina, HMI (Man-Machine Interface, MMI), es un mecanismo que le

permite a un operador humano interactuar con una mquina o proceso y determinar el estado

(prendido / apagado) o magnitud de los dispositivos y/o variables fsicas que estn presentes en

una planta o proceso industrial.

Una HMI puede ser tan simple como un interruptor para encender un motor y una lmpara

indicadora del estado del mismo, hasta una o varias pantallas desarrolladas en una computadora

que llegan a mostrar en la pantalla del monitor representaciones esquemticas de todo el

proceso bajo supervisin, incluyendo valores en tiempo real de las variables presentes en ese

momento en la planta. Un ejemplo conocido de una HMI es el cajero automtico que posibilita al

usuario ejecutar una serie de transacciones bancarias.

Para manejar un sistema SCADA generalmente se recurre a un paquete de software especializado

que funciona en la computadora central, por medio del cual se desarrolla una o varias

pantallas que actan como una interfaz grfica entre elhombre y la mquina o el proceso. De

esta forma es posible supervisar o cambiar puntos de consigna o reconfigurar dispositivos en el

proceso supervisado por medio de acciones ingresadas por el operador en la computadora.

Adems, estos paquetes tienen opciones que permiten proveer a un nivel superior administrativo

informacin selecta que se genere en el proceso productivo.


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Fig. 10 Ejemplo de una HMI de un sistema SCADA

9.5 ARQUITECTURA DE SISTEMAS SCADA

9.5.1 ARQUITECTURA TRADICIONAL

Histricamente los sistemas SCADA presentan un equipo que, conectado fsicamente a los

dispositivos de adquisicin de datos, acta como servidor para sus clientes interconectados atravs de una red de comunicaciones.

El siguiente esquema expone la topologa tradicional de un sistema SCADA conectado a un

proceso industrial automatizado.


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Fig. 11 Arquitectura tpica de un sistema SACDA tradicional

El flujo de la informacin es como sigue: Un FENMENO FSICO (presin, temperatura, flujo, el

disparo de un breaker, exceso de presin en una tubera, nivel de un tanque, etc.), es captado

por un TRANSDUCTOR, el cual alimenta una seal elctrica a un TRANSMISOR para que ste

entregue una seal anloga tambin elctrica pero normalizada (4 a 20 mA, o 0 a 5 V DC, o

desde o a 10 V DC) hacia un PLC o RTU. Dependiendo del caso, el transmisor adems proveer

aislacin elctrica y filtraje con el objeto de reducir posibles transitorios y ruido originado en el

campo.

La seal que entregan los transmisores se enva hacia un cuarto de control donde se rene la

informacin de toda la planta industrial, y as es como aparecieron y se desarrollaron los sistemas

SCADA basados en redes anlogas 4-20 mA.

Donde las distancias son grandes (20 Km se considera el punto de equilibrio) los enlaces se

hacen con tcnicas inalmbricas; en ese entonces se empez con enlaces de RF o Microondas.


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Una vez que los datos llegan al centro de acopio, generalmente una computadora, se los

almacena para su ANLISIS, GENERACIN DE HISTORICOS y para la TOMA DE DECISIONES.

Simultneamente, por medio de una HMI se MUESTRALA INFORMACIN al operador del sistema,

para la supervisin.

En aquellas ocasiones donde se deban construir enlaces de larga distancia sean con hilos o

inalmbricos, resultaba muy costosa la inversin para tan solo trasmitir el dato de una variable

fsica. Es aqu donde apareci la RTU que es un dispositivo que permite concentrar la informacin

desde / hacia muchos transductores / actuadores y prepararlos para su transmisin / recepcin.

9.5.2 ARQUITECTURA ACTUAL

Fig. 12 Arquitectura actual de un sistema SCADA


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Hoy en da, con el empleo ms generalizado de las redes digitales industriales, un sistema SCADA

no solo se disea e implementa para procesos industriales ampliamente distribuidos

geogrficamente, como es el caso de los oleoductos, por dar un ejemplo conocido, sino que

tambin pueden implementarse en complejos industriales concentrados en un solo sitio.

Aprovechando las redes de comunicacin, industriales y administrativas, en los sistemas SCADA

actuales existe una computadora central que efecta tareas de supervisin y gestin de alarmas,

as como tratamiento de datos y generacin de tendencias de un proceso. Todo esto se ejecuta

normalmente en tiempo real, y estn diseados para dar al operador de planta la posibilidad de

supervisar y controlar sus procesos. Es en estas computadoras donde se disean las HMIs

compuestas de una o varias pantallas que, sobre todo, tienen el objetivo de facilitar la

comunicacin entre el usuario y el proceso, dando origen a los sistemas denominados amigables

(user friendly).

La comunicacin a nivel de campo se realiza mediante redes de campo industriales HART,

MODBUS, PROFIBUS, FIELDBUS, etc. Alrededor de la unidad master se implementan redes que, para

conectarse a las redes administrativas, en su mayora tipo Ethernet, recurren a redes tipo Ethernet

Industrial. Esto significa que en alguna parte deben conectarse ambas redes fsicamente y

lgicamente.

9.6 DIFERENCIAS ENTRE SCADA Y DCS

ASPECTO SCADA DCS

TIPO DE

ARQUITECTURA

Centralizada Distribuida

TIPO DE CONTROL

PREDOMINANTE

SUPERVISION:

Supervisin y monitoreo a lazo cerrado. No

es aconsejable lazos cerrados de control

Adicionalmente: control secuencial y

regulatorio.

REGULATORIO:

Lazos de control cerrados

automticamente por el

sistema. Adicionalmente:

control secuencial, batch,

algoritmos avanzados, etc.

TIPOS DE

VARIABLES

Desacopladas Acopladas

REA DE ACCIN reas geogrficamente distribuidas rea de la planta


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UNIDADES DE

ADQUISICIN DEDATOS

Y CONTROL

Remotas, PLCs Controladores de lazo. PLCs

MEDIOS DE

COMUNICACIN

Radio, satlite, lneas telefnicas, conexin

directa, LAN, WAN.

Redes de rea local, conexin

directa.

BASE DE DATOS Centralizada Distribuida

Tabla 4 Diferencias entre SCADA y DCS (PhD Luis Corrales, 2007)

9.7 PLC VS RTU

Otra situacin de discusin ha comenzado a darse entre los PLCs y las RTUS. Como se ha dicho el

PLC es una pequea computadora industrial que originalmente se cre para reemplazar la lgica

de los relees. Tiene entradas y salidas como una RTU. Contiene un programa que ejecuta un lazo y

barre continuamente las entradas y toma acciones basadas en tales entradas. Originalmente el

PLC no tena capacidad de comunicacin, pero se les empez a proveer de la misma en

situaciones donde la capacidad de comunicacin era una caracterstica muy deseable. As que

se disearon mdulos de comunicacin para PLCs que incluso trabajan con ethernet (para uso en

DCSs) y el protocolo Modbus para uso en ciertos enlaces dedicados. En la actualidad cada vez va

a ser ms posible ver PLCs que den soporte a los ltimos protocolos de comunicacin.

Las RTUs siempre han sido empleadas en situaciones donde las comunicaciones son ms difciles y

el fuerte de las RTUs es su habilidad para manejarlas. Las RTUs originalmente tenan poco poder de

programacin comparadas con los PLCs. Sin embargo, con el avance del tiempo la funcionalidad

de las RTU se ha incrementado.

Estamos en el punto donde se fusionan ciertas tareas en las RTUs y los PLCs, pero deber transcurrir

un buen tiempo (quizs nunca) antes que las diferencias desaparezcan.


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ANEXOS


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ANEXO 1

automatización industrial

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