Curso Basico de Scada

7/29/2019 Curso Basico de Scada

1/37

CURSO BASICO DE SCADA

1. Que es SCADA?2. Componentes en un sistema SCADA3. Qu es realmente un sistema SCADA en tiempo real?4. Determinando el Intervalo del Scan en sistemas SCADA5. Seleccin de la Red de Comunicaciones en un sistema SCADA6. Componentes de un Sistema de Comunicacin SCADA7. Seleccin de Topologas y Modos de Transmisin en sistemas

SCADA

8. Medios Atmosfricos y Protocolos de Comunicacin en sistemasSCADA

9. Seleccionando la Estacin Maestra en sistemas SCADA10.Almacenamiento de datos y Sistemas de Supervisin SCADA
http://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/146-que-es-scada-.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/149-componentes-en-un-sistema-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/153-que-es-realmente-un-sistema-scada-en-tiempo-real.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/158-determinando-el-intervalo-del-scan-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/162-seleccion-de-la-red-de-comunicaciones-en-un-sistema-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/164-componentes-de-un-sistema-de-comunicacion-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/165-seleccion-de-topologias-y-modos-de-transmision-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/165-seleccion-de-topologias-y-modos-de-transmision-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/166-medios-atmosfericos-y-protocolos-de-comunicacion-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/166-medios-atmosfericos-y-protocolos-de-comunicacion-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/167-seleccionando-la-estacion-maestra-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/168-almacenamiento-de-datos-y-sistemas-de-supervision-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/168-almacenamiento-de-datos-y-sistemas-de-supervision-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/168-almacenamiento-de-datos-y-sistemas-de-supervision-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/167-seleccionando-la-estacion-maestra-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/166-medios-atmosfericos-y-protocolos-de-comunicacion-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/166-medios-atmosfericos-y-protocolos-de-comunicacion-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/165-seleccion-de-topologias-y-modos-de-transmision-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/165-seleccion-de-topologias-y-modos-de-transmision-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/164-componentes-de-un-sistema-de-comunicacion-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/162-seleccion-de-la-red-de-comunicaciones-en-un-sistema-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/158-determinando-el-intervalo-del-scan-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/153-que-es-realmente-un-sistema-scada-en-tiempo-real.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/149-componentes-en-un-sistema-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/146-que-es-scada-.html


2/37

1 Que es SCADA?SCADA son las siglas de Supervisin Control y Adquisicin de Datos. Tambin algunosautores lo definen como la tecnologa que habilita la coleccin de datos de locaciones

remotas, as como el envo de informacin a estas locaciones.

Scada permite que se omita la necesidad de tener operadores en estas locaciones remotas,

que a partir de ahora sern conocidas como estaciones remotas. Durante este captulo se

presentar algunos procesos que se ven beneficiados con la instalacin de un sistema Scaday dar a conocer los elementos bsicos del sistema.

Un sistema Scada permite que un operador, ubicado en una estacin central a grandesdistancias de la ubicacin de los procesos industriales, pueda hacer ajustes o cambios en los

controladores locales de los procesos. Tal es el caso de abrir o cerrar vlvulas a distancias,

conocer el estado de los interruptores de seguridad de un sistema, monitorear el estado de

las alarmas del proceso y obtener informacin de las variables del proceso involucradas.

Cuando la distancia de los procesos llega a ser muy grande: cientos o miles de kilmetrosdesde un punto a otro, los beneficios en reducir costos de visitas de rutinas pueden ser

apreciadas. El valor de estos beneficios se incrementa si la zona a visitar es poco accesible.

Los programas necesarios y en su caso, el hardware adicional que se necesite, se denomina,en general, sistema SCADA.

Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalacin sea perfectamente

aprovechada:

Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse segn las

necesidades cambiantes de la empresa.

Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el equipode planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestin).

Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware y fcilesde utilizar, con interfaces amigables para el usuario.
http://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/146-que-es-scada-.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/146-que-es-scada-.html


3/37

Monitoreo y control de plataformas petroleras

En esta aplicacin se tiene tres tanques colectores de 1 000 mts3 cada uno. Desde una

estacin de bombeo localizada a 20 millas se bombea el agua a un reservorio elevado que

tiene una cota de 1000 ft. El suministro de agua llega a la planta de tratamiento por efectode la gravedad. Como se puede ver, la estacin de supervisin se encuentra localizada a

ms de 50 millas de los tanques colectores, pero la informacin de los niveles de estos

tanques se visualiza en tiempo real, es decir, que las variables de nivel son actualizadasen tiempos muy pequeos, menores a 1 segundo.

Desde la estacin de supervisin se puede encender y apagar las bombas que alimentan de

agua al reservorio en forma manual y automtica. Cuando se trabaja en modo manual, eloperador de la estacin de control enciende las bombas dando la seal de encendido desde

el panel.

Cuando se opera en forma automtica, el controlador local monitorea el nivel del reservorio

y cuando detecta un nivel mnimo, manda a encender las bombas de alimentacin hasta

lograr el nivel deseado.

Este sistema Scada permite el control de las estaciones de bombeo, monitoreo de los

niveles de los tanques de almacenamiento de la refinera y monitoreo y control de lostanques de la zona de despacho. Todas las operaciones son supervisadas desde dos

estaciones locales que operan sobre plataforma Unix.


4/37

CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS SCADA

Los sistemas SCADA se caracterizan por una gran diversidad, dependiendo del proceso que

controlan, tecnologa utilizada, localizacin geogrfica, etc. A continuacin agruparemos

los sistemas Scada segn su distribucin geogrfica, ya que estos sistemas compartenciertas caractersticas en comn desde este punto de vista.

Las descripciones generales del hardware y el software bsicos utilizados en cada sistema

son en general vlido encontrndose diferencias mayores en el software de aplicacin, quese adapta a cada caso.

a) SISTEMAS LINEALES

Sistemas con desarrollo lineal

Oleoductos.

Gasoductos.

Poliductos.

Acueductos.

Redes de ferrocarriles y subterrneo.

Redes de distribucin de energa elctrica.

b) SISTEMAS RAMIFICADOS

En este caso el sistema abarca una superficie importante:

Yacimientos.

Redes de distribucin de gas, agua o electricidad.

Los sistemas asociados a estos procesos que dependen en forma importante de suscaractersticas particulares.

2. Componentes en un sistema SCADA

Recibe datos de las condiciones de los equipos en campo que es enviada por las estaciones

remotas (RTU). Procesa la informacin y enva comandos a las estaciones remotas paramantener las variables de los procesos dentro de los parmetros establecidos. La estacin

maestra dependiendo del tipo de sistema a Scada a implementar puede ser una PC con un

software de supervisin y control. En muchos casos se opta por trabajar con un PLC con

capacidad de comunicacin que realizara la tarea de leer la informacin de las unidades

remotas.
http://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/149-componentes-en-un-sistema-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/149-componentes-en-un-sistema-scada.html


5/37

Fig. 3 - Estacion Maestra o Master

B) LAS UNIDADES REMOTAS O RTUControlan todas las seales de entrada y salida del campo como vlvulas, equipos demedicin, motores, etc. Monitorean las condiciones de los dispositivos de campo y

almacenan los estados de las alarmas. Envan los estados y alarmas de los equipos en

campo y reciben comandos de la estacin maestra.


6/37

Fig. 4 La estacin maestra interroga a las RTU por medio de un proceso de encuesta oPolling

Algunos autores clasifican a las RTU es unidades tontas y unidades inteligentes. A los

inicios de los sistemas Scada era comn instalar unidades tontas que slo se encargaban de

enviar informacin a la estacin maestra y esta estacin tomaba la decisin y se latransmita al RTU.

En la actualidad las RTU tontas han sido reemplazados por los RTU inteligentes quebsicamente son pequeos PLC's que tienen capacidad de comunicaciones y se encargan de

hacer un control de procesos en forma local y posteriormente la estacin maestra se informa

de la accin tomada por la RTU a fin de actualizar su registro de los datos.

Otros autores clasifican a las RTU dependiendo del nmero de seales de entrada salida

que maneja cada equipo. Se considera a un RTU con menos de 100 seales de I/O como

pequeas, hasta 500 I/O como medianas y mayores a 500 I/O como grandes.

C) RED DE TELEMETRAPermite establecer el intercambio de informacin entre la estacin maestra y las unidadesremotas. Cuando hablamos de telemetra nos referimos bsicamente a tres componentes:

La topologa usada : Corresponde al arreglo geomtrico de los nodos. Entre losprincipales se tiene el punto a punto, punto a multipunto, etc.

Modo de transmisin : Es la forma como viaja la informacin entre los distintos nodos de

la red. Se puede tener dos modos principales: Full Duplex y Half Duplex.

El medio utilizado: Corresponde al tipo de medio utilizado para enviar y recibir la

informacin. Puede ser una lnea fsica dedicada, a travs del medio atmosfrico, a travsde las lneas de alta tensin, etc.

Fig. 5 - Red de Telemetria


7/37

D) LA ESTACIN DE SUPERVISIN

Permite la visualizacin grfica del estado del proceso, es decir proporciona al operador lasfunciones de control y supervisin de la planta. El proceso se representa mediante

sinpticos almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado

en el SCADA o importados desde otra aplicacin durante la configuracin del paquete.

Fig. 6 - Estacion de Supervision

Algunos softwares de supervisin:

RSView32, de Rockwell Software.

InTouch, de Wonderware.

WinCC, de Siemens.

Coros LS-B/Win, de Siemens.

SYSMAC SCS, de Omron. FIXDMACS, de Omron-Intellution.

Un software de supervisin SCADA debe estar en disposicin de ofrecer las siguientes

prestaciones:

Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para

reconocer una parada o situacin de alarma, con registro de incidencias.

Generacin de histricos de seal de planta, que pueden ser volcados para su procesosobre una hoja de clculo.

Ejecucin de programas que modifican la ley de control o incluso, el programa total sobre

el autmata, bajo ciertas condiciones. Posibilidad de programacin numrica, que permite realizar clculos aritmticos deelevada resolucin sobre la CPU del ordenador y no sobre la del autmata, menos

especializado, etc.


8/37

3 Qu es realmente un sistema SCADA en tiempo real?El trmino Control en tiempo real es definido como pertinente para realizar unaoperacin de clculo durante el tiempo que el proceso fsico transpira, en nuestro contextose refiere a la respuesta del sistema de control a los cambios en el proceso.

Rigurosamente, un sistema en tiempo real es el que no introduce retardos o tiempo muertos

entre la recepcin de la medicin de las variables del proceso y la seal de control.

En realidad, todos los sistemas de control introducen pequeos retardos al proceso. Esto

hace que la introduccin de pequeas cantidades de retardos al proceso sin afectar la

medicin o rendimiento del proceso sea conocida como un sistema de control en tiemporeal.

Muchos sistemas de control de proceso son considerados en tiempo real. La figura 7muestra un sistema de control en tiempo real, debido a que el nico retardo considerado es

el tiempo de procesamiento de la informacin en el controlador del proceso.

Fig.7 - Sistema de control en tiempo real

La figura 8 muestra un simple Scada con la unidad maestra scaneando tres RTUs. La

unidad maestra pregunta al RTU 1 por el flujo a travs del FT101, luego este pregunta a losotros RTUs por el flujo en sus transmisores FT102 y FT103.

El intervalo de scan es el tiempo entre una conversacin con un RTU y la prxima

conversacin con el mismo RTU. Es obvio que este mtodo usado por el sistema Scada esde la baja velocidad y va introducir un tiempo de retardo.
http://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/153-que-es-realmente-un-sistema-scada-en-tiempo-real.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/153-que-es-realmente-un-sistema-scada-en-tiempo-real.html


9/37

Fig. 8 - Simple Scada con la unidad maestra scaneando tres RTUs

La figura 9 muestra el retardo. La decisin en cmo puede afectar el tiempo de scan en elproceso, slo puede ser realizado por una persona que conozca del proceso. Durante el

inicio del diseo del sistema Scada, el intervalo de Scan puede ser seleccionado para

minimizar los efectos de retardos de tiempo.

Fig. 9 - Retardo en comunicacin en RTU's


10/37

En particular, los sistemas para indicar estados o alarmas deben ser diseados de tal manera

que los retardos de tiempo entre la deteccin de la alarma y el reconocimiento por parte de

operador deben ser mnimos. Muchos ejemplos pueden ayudar a entender de este tema. Porejemplo, una falla en un equipo ha sido detectado. El sistema Scada avisa al operador de la

condicin de alarma existente. Una respuesta por parte del operador es hecha para retornar

el proceso a sus condiciones nominales.

Ejemplo 1, de una condicin fuera de lmite:

Una bomba de descarga, de aceite, se ha detenido en la localizacin 10-22. Como la bomba

alimenta a un reservorio el flujo hacia este tanque se detiene. Una seal de alarma aparece

Bomba 10-22 detenida. La respuesta esperada es que en la prxima visita a campo el

operador pierda suficiente tiempo en el lugar en determinar la causa de la falla de la bomba.

Puede escribir una descripcin de la falla y puede llamar al personal de mantenimiento para

reparar el problema. El tiempo econmico factible est en el orden de las horas hasta das.


Una bomba sumergible localizada en la seccin 6-33 se ha detenido.

Seal de alarma es Bomba 6-33 Detenida

Respuesta esperada.- Las bombas sumergibles son caras y normalmente bombean altosvolmenes de flujos. Por tanto las paradas de estas bomba producen grandes prdidas

econmicas a la empresa. Por tanto el tiempo para reparacin del equipo debe lo mnimo

posible.

El tiempo econmico factible para esta respuesta est en el orden de los minutos y puede

ser como mximo de una hora.


La conexin entre el generador G150 y la lnea de transmisin elctrica se ha abierto.

Seal de alarma Conexin abierta Generador G150

Respuesta esperada- El generador es imprescindible para la operacin de la planta. Portanto su reconexin debe ser lo antes posible.

El tiempo econmico factible est en el orden de los segundos. Como mximo 5segundos.De estos ejemplos queda claro que el diseo del sistema Scada depende de las

condiciones a controlar en el proceso y se debe ajustar a tener un menor tiempo de

respuesta que el proceso para que el sistema Scada sea reconocido como un sistema en

Tiempo Real.


11/37

4 Determinando el Intervalo del Scan en sistemas SCADA

Uno de los factores que determina el intervalo del Scan es el nmero RTUs a ser

escaneados. Un estimado puede ser fcilmente hecho durante la etapa de diseo del sistema

Scada.

Un segundo factor a considerar es la cantidad de informacin que va ser enviada en cadaconversacin. Dependiendo de los controles a tener en cada RTU se puede determinar el

nmero de bits a enviar en la informacin.

Para seales del tipo ON/OFF usado en vlvulas solenoides, motores, pulsadores, lmparas,etc., se requerir un bit por cada uno de los equipos. Para el caso de indicadores de presin,

medidores de flujo, porcentaje de apertura de las vlvulas moduladoras, etc., se requerir

una palabra de 16 bits. En algunos casos se requerir de dos palabras de 16 bits cuando la

resolucin de los equipos en campo as lo demande.

Para simplificar y obtener un factor seguro, se puede seleccionar el RTU con mayor

nmero de puntos de control y multiplicar por el nmero de RTUs a instalar en el sistema.

Recordar que una conversacin es usualmente una transferencia de datos en dos

direcciones. Es importante incluir el tiempo tomado por la estacin maestra para conversar

con cada RTU. Esto puede incluir ambos, el tiempo requerido para que la estacin maestrale pregunte por los datos al RTU y el tiempo para que le asigne nuevos comandos al RTU.

En este punto tambin es recomendable analizar el RTU con mayor nmero de

transacciones de conversacin y multiplicar por el total de RTU para tener un valor segurodel nmero de transacciones.

El tercer factor es la velocidad de comunicacin. Es el nmero de bits por segundo quepueden ser transmitidos por un medio de comunicacin. Dependiendo del protocolo de

comunicacin y el medio fsico puede variar la velocidad de comunicacin del sistema. Si

utilizamos una lnea telefnica, podemos trabajar en el rango de 300 a 2 400 bps. Si

trabajamos con un protocolo industrial, podramos estar llegando a 19 200 bps. Sin

embargo, si consideramos usar un protocolo como TCP/IP se pueden lograr velocidades dehasta 10 Mbps. Este ltimo nos puede ser til para sistemas en que el tiempo econmico

factible est en el orden de los segundos.

Un cuarto criterio es la eficiencia de la comunicacin que debe ser tomada como la razndel tiempo perdido moviendo la data de inters entre el total del tiempo perdido en

comunicarnos. Por ejemplo, parte del mensaje incluye la direccin del RTU que no es un

dato de inters, as tambin tenemos los errores de chequeo y los algoritmos usados para la
http://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/158-determinando-el-intervalo-del-scan-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/158-determinando-el-intervalo-del-scan-en-sistemas-scada.htmlhttp://www.instrumentacionycontrol.net/es/cursos-sistemas-scada/158-determinando-el-intervalo-del-scan-en-sistemas-scada.html


12/37

correccin. Hay veces que los datos que no interesan toman ms tiempo que los datos de

inters.

Algunos datos han sido calculados para determinados medios de comunicacin, porejemplo, la eficiencia para la lnea telefnica dedicada es del 70%, para un radio mdem

del 40%, para una lnea telefnica del tipo dial up menos del 1%.

Ejemplo:

Calcular el intervalo del scan para el siguiente sistema Scada:

Inicialmente son 7 RTU, pero puede incrementar eventualmente a 20. Por tanto el nmero

de RTU a considerar ser 20.

EL RTU con mayor nmero de puntos de control es de:

PUNTOS TOTAL140 Puntos de estado. 140

30 Puntos de alarma. 30

10 Indicadores (1 palabra de 16 bits). 160

10 Puntos anlogos (1 palabra de 16 bits). 160

La estacin maestra puede enviar informacin al RTU de:

PUNTOS TOTAL150 Controles discretos (Vlvulas y motores). 150

6 Motores de posicin (1 palabra de 16 bits). 96

10 Vlvulas moduladoras (1 palabra de 16 bits). 160

Total de puntos: 896

El equipo de comunicaciones es un radio UHF que alcanza una velocidad decomunicacin de 1 200 bps.

La eficiencia de comunicacin basada en una radio UHF es 40%.

Ahora, 20 x 896 = 17 920 bits movidos a una razn de 1 200 bps puede tomar: (17 920 / 1

200) = 14,93 segundo a un 100% de eficiencia.A 40% de eficiencia, el intervalo del scan es 14,93/0,4 = 37,33 segundos.

El sistema estara diseado para operar en el rango de 40 a 60 segundos de actualizacin de

cada RTU.

Con este valor es necesario analizar si estamos en capacidad de otorgar un minuto de

retardo en el tiempo de respuesta de nuestros sistema Scada respecto de nuestro proceso. Es

decir si se presenta un problema en nuestro proceso estamos en capacidad de esperar unminuto para tomar una accin correctiva. Para nuestro caso sera recomendable duplicar la

velocidad de comunicacin de nuestro sistema, es decir incrementar para trabajar a 2 400


13/37

bps. Esto no nos garantiza que disminuyamos a la mitad el scan de nuestro Scada. Esto

debido que la eficiencia no es una funcin lineal.

CRITERIOS PARA LA SELECCIN DE COMPONENTES DEL SISTEMA

Para seleccionar los componentes del sistema de SCADA se debe seguir el siguiente

procedimiento:

Escoger una red de telemetra. Escoger los equipos de comunicacin de datos (DCE). Escoger una estacin master. Escoger una estacin remota para el lugar de control local.

Cuando hablamos de telecomunicaciones nos referimos bsicamente a los equipos decomunicacin necesarios para establecer la comunicacin entre los diferentes componentesdel sistema Scada. En tal sentido en esta unidad se dar a conocer qu equipos de

comunicacin son requeridos y cules son sus criterios de seleccin.

LAS COMUNICACIONES HACEN POSIBLE UN SISTEMA SCADA

Considerando que un sistema Scada consiste de uno o ms estaciones maestras enviando

instrucciones a las estaciones remotas y recibiendo informacin de estas, es claro que la

comunicacin juega un papel vital.

Fig. 1

La justificacin para instalar un sistema Scada est basada en la capacidad de comunicar

estaciones que se encuentran a distancias considerables y el costo que implica tener acceso


14/37

a la informacin de esta localizacin. La mayor justificacin es el hecho de evitar tener una

persona en la estacin remota ejecutando las operaciones que pueden ser reemplazadas por

un RTU.

Para llevar a cabo la implementacin de un sistema Scada, es necesario realizar una

conversin de anlogo a digital. Esto debido a que todo el flujo de informacin entre laestacin maestra y la estacin remota son datos binarios.

La figura 2 muestra la forma de onda de la salida de un limit switch que es usado para

indicar el estado de una vlvula de control. En un primer momento la vlvula est abierta y

se est enviando una seal de +5 V. En un segundo momento la vlvula est cerrada y seest enviando una seal de 0 V.

Fig. 2

Fig. 3

El estado de la vlvula es llevado a un registro de un bit o a un flip flop tal como se muestraen la figura 3. El estado de la vlvula es llevado a la seal de habilitacin (Enable) del

registro. Este registro tiene un canal adicional para el reloj del sistema (Clock). La

actualizacin de la salida del registro es actualizada con cada cambio de estado de 0 a 1 del

reloj.


15/37

Fig. 4Como se puede comprobar la actualizacin estado a la salida del registro est en funcin dela actualizacin del reloj del sistema. Para nuestro caso, la actualizacin del estado de la

vlvula se produce en el cuarto pulso de subida del reloj. Esto hace que se pierda la

informacin por casi un ciclo de duracin del reloj. Es por ello que entre ms rpido el

tiempo de actualizacin del reloj, mejor rendimiento del sistema.La figura 5 muestra cmo una seal anloga es desarrollada para representar la posicin de

la vlvula.


16/37

Fig. 5Cuando la vlvula est totalmente abierta, el indicador de posicin enviar una seal de 5

volts. Cuando la vlvula est totalmente cerrada el indicador de posicin enviar una sealde 0 volt. En la figura se muestra una posicin de la vlvula equivalente a una seal de 3

volts que equivale a un 60% de la apertura de la vlvula.

Fig. 6El convertidor anlogo digital procesa la informacin y establece el nmero de bit

equivalentes a esta informacin. Para el ejemplo se est trabajando con un convertidor decuatro bits. Por tanto la resolucin de la conversin es de 5 / 24 = 0,3125 volts. Es por ello

que cada resta es respecto a este valor.

En la tabla se muestra el clculo en voltios que se obtiene de la conversin anlogo-digital.Se pude notar que existe un error de 0,1825 volts.

Fig. 7

LARGAS DISTANCIAS - COMUNICACIN SERIAL


17/37

Cuando las comunicaciones son a grandes distancias es necesario trabajar con una

comunicacin serial. Esto significa que en una cadena de caracteres, los bits son enviados

uno a uno desde el origen hasta el destino.

La comunicacin paralela es muy conocida para el uso de impresoras conectadas a las PC's.

Sin embargo, la gran limitante es la distancia mxima que se puede obtener. Cuando se necesita enviar datos en forma serial, es necesario trabajar con un equipo

adicional que permita enviar los bits uno a uno de los conversores anlogo -digital. Latcnica ms usada es empezar por el bit ms significativo y culminar con el bit menos

significativo. A esta convencin se le conocer como protocolo y que ser explicado

posteriormente.

La figura 8 muestra un simple sistema Scada que consiste de una unidad maestra MTU y

una unidad remota RTU. El MTU y el RTU deben ser equipados con equipos de

comunicacin para establecer la comunicacin uno con otro.

Fig. 8

En trminos de comunicaciones los equipos necesarios para establecer la comunicacinentre el MTU y el RTU son conocidos como DCE (Data Communication Equipment).

Estos equipos tienen la capacidad de formular las seales necesarias para establecer la

comunicacin, esto es, codificar y decodificar las seales segn los requerimientos.

Un ejemplo de estos equipos de comunicacin son los mdems. En la figura 9 se tiene eldiagrama de los equipos utilizados.


18/37

Fig. 9

La informacin viaja sobre un medio desde una DTE a otro DTE. Los mdems utilizan un

medio fsico como puede ser una lnea telefnica o una lnea dedicada.

La organizacin de estndares internacionales ISO ha desarrollado un modelo de sistema de

interconexin abierto OSI. Este consiste de siete capas (Layers). La funcin de cada capa es

definida y se usa un nmero apropiado de capas segn los requerimientos. Las capas ms

bajas son suficientes para la mayora de los sistemas Scada. Note que no necesariamente

existe una correspondencia directa entre una capa OSI el cual define una funcin, y unapieza fsica de hardware.


19/37

Fig. 10 Los siete niveles del modelo ISO-OSI

El lazo de comunicacin es slo entre dos estaciones. Cualquiera de las dos estacionespuede iniciar la comunicacin o se puede configurar para que sea una de ellas quien

controle a la otra.

La topologa es el arreglo geomtrico de nodos y lazos que forman una red. Las siguientes

topologas son las ms usadas por un sistema Scada:

A) PUNTO A PUNTO

El lazo de comunicacin es slo entre dos estaciones. Cualquiera de las dos estaciones

puede iniciar la comunicacin o se puede configurar para que sea una de ellas quien

controle a la otra.


20/37

Las estaciones pueden ser conectadas usando cables permanentes o una pblica dedicada.

La lnea dedicada puede ser anloga o digital. Tambin se puede usar conexionestemporales como dial-up lines, microonda, radio o transmisiones satelitales.

Selecciones esta topologa si usted necesita una conexin directa con la estacin remota.

Para estos casos los sistemas de redundancia debern ser contemplados como parte deldiseo del sistema.

Two-Wire significa que el medio de transmisin usa dos cables para la transmisin yrecepcin de la seal. Por ejemplo, la lnea telefnica pblica utiliza dos cables para

establecer la conexin entre dos usuarios.

B) PUNTO A MULTIPUNTO (MULTIDROP)

El lazo de comunicacin es con tres o ms estaciones y quien inicia la comunicacin es la

estacin maestra que controla la comunicacin con las estaciones remotas.


21/37

La comunicacin puede ser establecida usando una lnea pblica anloga o digital. Tambin

puede ser usado el medio atmosfrico como las microondas, radio o satlite.

Esta topologa es la ms usada por Scada. Cuatro lneas significa que el medio

de transmisin usa dos lneas para la transmisin y dos lneas para la recepcin de la seal.Los proveedores del servicio pblico normalmente habilitan el uso de las cuatro lneas de

comunicacin.

C) MULTIPUNTO A MULTIPUNTO

El lazo de comunicacin es entre tres o ms estaciones donde la estacin maestra no

necesariamente inicia la comunicacin con las otras estaciones.


22/37

Esta es una especial topologa de algunos proveedores de radio-mdems. Este facilita unacomunicacin punto a punto entre las estaciones.

SELECCIN DEL MODO DE TRANSMISIN

EL modo de transmisin es la forma cmo la informacin es enviada y recibida entre losdispositivos de la red. Para sistemas Scada la topologa de la red generalmente determina el

modo de transmisin de la data.

Cuando se tiene una topologa punto a multipunto, el modo de transmisin es half-dplex.Esto significa:


23/37

Cuando se tiene una topologa punto a punto, el modo de transmisin es full-dplex. Esto

significa:

Cuando se tiene una topologa multipunto a multipunto, el modo de transmisin es full-dplex entre estacin y mdem y half dplex entre mdems. Esto significa:

SELECCIN DE UN MEDIO DE COMUNICACIN

Selecciones un medio de comunicacin tomando en consideracin lo siguiente:


24/37

Necesidades de transmisin de la aplicacin.

Localizaciones del centro de control y sitios remotos.

Distancias entre los sitios.

Servicios disponibles.

Presupuesto asignado al proyecto.

Tipos de medios disponibles:

a) LNEA PBLICA TELEFNICA (PUBLIC SWITCHED TELEPHONENETWORK PSTN)

La red de dial-up es suministrada por una compaa telefnica. La lnea telefnica la

usamos todos los das y permite la transmisin de voz y datos.

En el Per el proveedor es Telefnica del Per, pero en la actualidad tenemos a otros

proveedores como BellSouth, TIM, etc.

Ventajas y capacidades:

Es til si se requiere poca recoleccin de datos.

Se tiene acceso al uso de una lnea pblica.

La compaa telefnica carga mensualmente por el servicio. El costo est en funcin del

nmero de conexiones y el tiempo de la conexin.

La red de comunicaciones logra una velocidad de hasta 56 000 bps.

La red es un cable de dos hilos que soporta una conexin half-dplex y full dplex si la

conexin es punto a punto.


25/37

Desventajas:

La transmisin es costosa si se requiere mayores volmenes de informacin de los sitiosremotos.

La conexin con mdem puede causar errores es la transmisin de 1 error por cada 1 000000 bits.

El medio no puede ser usado en localidades donde no se tenga este servicio.

Se requiere tiempo para la conexin (marcado) y el establecimiento de la conexin.

Una lgica adicional es necesaria para una conexin automtica.

Usa estndar Bell o Comit Consultivo para Internacional Telfonos y mdems (CCITT).

b) LNEA PRIVADA DEDICADA (PRIVATE LEASED LINE PLL)

Es una lnea telefnica dedicada que est en permanente conexin entre dos o mslocalizaciones que usan una transmisin anloga. La lnea esta disponible las 24 horas del

da y normalmente es para el envo de voz y datos.

c) SERVICIO DIGITAL DE DATOS (DIGITAL DATA SERVICES DDS)


26/37

Es una lnea privada con un ancho de banda especial que usa tecnologa digital para

transferir datos a altas velocidades y con bajos niveles de error usando una lnea privada

dedicada. La lnea est disponible las 24 horas del da.

A) MICROONDAS (MICROWAVE RADIO)

Es una transmisin de alta frecuencia (GHz) que es limitada por la curvatura de la

tierra. Utiliza platos parablicos que son conocidos como antenas parablicas para la

transmisin de datos.

Las antenas parablicas son montadas en lo alto de los edificios debido a que debe

existir una lnea de vista entre las antenas.

B) RADIO VHF/UHF

Es una onda de transmisin electromagntica de alta frecuencia. El radio transmisor

genera la seal y la antena recibe esta informacin.


27/37

C) SATLITE EGOCNTRICO

Los satlites geocntricos usan una transmisin de radio de alta frecuencia del orden de

los Ghz entre dos localizaciones. La rbita de los satlites es sncrona con la rbita dela tierra. Es decir, los satlites giran alrededor de la tierra utilizando una rbita geocntrica.

Sin embargo los satlites mantienen su posicin relativa respecto a un punto en la tierra.

Los satlites reciben y transmiten la informacin usando antenas parablicas.


28/37

D) LNEA DE POTENCIA

Con equipos especiales es posible enviar y recibir datos sobre una lnea de potencia

desde los 120 VAC hasta los 460 VAC.


29/37

PROTOCOLOS DE COMUNICACIN

El protocolo es una serie de reglas que definen el significado de una palabra de bits. Se

ha establecido que un mensaje ser enviado desde una MTU hacia un RTU a travs de unaserie de bits digitales. Pero, que puede representar el primer, segundo, tercer bit, y qu

puede significar el bit veinticuatro. El protocolo se encarga de decirnos que significa cadabit.

Por tanto un cdigo se encargar de decirnos cul es el significado de cada bit en

una comunicacin serial. Este cdigo se codifica al inicio de la transmisin y se decodifica

al final de la transmisin.

Dems es decir que existen muchos protocolos en el mercado y cada proveedor detecnologa propone utilizar su protocolo como una estndar.

La figura 11 muestra un diagrama de un mensaje enviado que se basa en un protocolo de

la IEEE C37.1. Cada bit es definido como un propsito. El total de la longitud de

la transmisin del documento es incluido como la cima de todos los bits fijos ms el


30/37

nmero que es llevado como modificador. La cadena de la direccin remota, define la

estacin a la cual es mensaje es enviado. Ocho bits permiten identificar hasta 256

estaciones.

Fig. 11

La funcin del frame es definir hasta 256 tipos de mensajes. La direccin interna define

el registro con el cual la estacin de recepcin direcciona el mensaje. El modificadormodifica la direccin interna y define cmo cuntas palabras son incluidas en el mensaje.

El dato es un campo de longitud variable que va desde 0 hasta 192 bits.

El CRC es un cdigo de 16 bits de ciclo redundante basado en una frmula de

BoseChaudhuriOcquenghem para la deteccin de los errores de transmisin.

A continuacin se muestra un ejemplo para el clculo del CRC. El clculo del CRC esun modelo matemtico que es implementado por circuitos digitales o por rutinas

desarrolladas en micro procesadores.


31/37

Fig. 12

A) MODULACIN DE LAS SEALES DIGITALES

La modulacin de las seales digitales es llevada a cabo por equipos conocidos como

mdems que es la contraccin de Modulate and Demodulate. Pero, cul es el significadode modulacin? Generalmente esto significa variar o cambiar la forma de onda de acuerdo

a una onda portadora.

Cuando se envan seales discretas a travs de una lnea, estas seales se ven atenuadas

por el efecto de la resistencia del medio fsico.


32/37

La figura 13 muestra que una forma de onda puede ser separada en una serie matemtica

de serie de ondas senoidales. Un francs matemtica llamado Fourier describi el mtodo

para analizar estas formas de ondas. Demostr que una forma de onda rectangular es la

suma de sus componentes senoidales.

Fig.13

Los componentes de la onda original se ven afectados por la inductancia y capacitancia

del medio fsico utilizando. El efecto principal es la distorsin del ngulo de fase dela seal. Sin embargo se pudo demostrar que una frecuencia base no se ve afectado por

la distorsin del medio fsico. En tal sentido la idea es utilizar una frecuencia portadora para

la modulacin de la informacin.

Los distintos mtodos de modulacin son:

1. Amplitud modulada AM.

2. Frecuencia modulada FM.


33/37

3. Modulacin de fase PM.

La amplitud modulada AM vara la amplitud de la alta frecuencia de la ondaportadora multiplicado por la amplitud de los datos. El resultado es una serie de ondas

sinusolidales que varan de amplitud a la velocidad de los datos.

Fig. 14


34/37

La modulacin por frecuencia FM vara la frecuencia de la onda portadora de acuerdo a

la amplitud de los datos. La amplitud de la onda de salida es constante. En estos casosel ruido atmosfrico no afecta a la onda portadora.

Fig. 15


35/37

La modulacin por ngulo de fase, cambia la fase en respuesta al cambio de amplitud de

los datos. Este tipo de modulacin permite mayores velocidades de comunicacin respeto a

la modulacin AM.

Un protocolo gobierna el formato de transmisin entre dos o ms estaciones, incluyendo

en handshaking, el error de deteccin y error de recuperacin. Cuando se seleccionaun protocolo el que se ajuste ms a su aplicacin. Los criterios a tener en cuenta

al seleccionar un protocolo son:

Topologa de la conexin.

Modo de transmisin.

Otros requerimientos de la aplicacin, como conexiones y equipos ya existentes.

Si su modo de transmisin es en una direccin el protocolo a seleccionar ser half

dplex. Si el modo de transmisin es bidireccional en forma simultnea el protocolo a

seleccionar ser full dplex.

Dependiendo del proveedor elegido para la estacin maestra y esclavo, el protocolo serel sugerido por el fabricante de estos equipos. Por ejemplo, si se trabaja con equipos de

la marca Allen Bradley, el proveedor sugerir el protocolo DF1 half dplex porque estetiene como beneficios:

Monitoreo remoto de la tabla de datos de la estacin remota, as como acceso al

programa escalera de esta estacin.

Mensajes entre estaciones.

Menor costo porque el protocolo viene incluido con los equipos.

EL protocolo DF1 es un protocolo asncrono. Usted necesitar trabajar con otro protocolosi:


36/37

Est usando lazos de comunicacin con satlites, radio mdems y software quenecesiten trabajar con handshaking.

Expandir un sistema existente que no trabaje con protocolo DF1 de AB.

Sin embargo, muchos proveedores de tecnologa proveen soluciones conocidas comoGateway, que son equipos o software que se encarga de convertir un protocolo determinado

en otro protocolo.

A continuacin se le muestra una tabla de distintos protocolos disponibles para

estaciones maestras:

Protocoloas para SCADA

Protocolos RTU

SELECCIN DE LOS EQUIPOS DE COMUNICACIN

Un mtodo para calcular el scan del intervalo est basado en varias consideraciones

ya mencionadas en la unidad 1. Cuando se tiene aplicaciones crticas, es necesario

manejar mayores anchos de banda con mayores velocidades de comunicacin. En estos

casos los medios de comunicacin a utilizar considerar el uso de por ejemplo un medio

fsico como la fibra ptica, ondas de radio, etc. Implementar una lnea dedicada es muchoms sofisticado, pero es necesario tener una compaa de telfono quin pueda brindar este

servicio.


37/37

PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIN

1. Nombre tres mtodos de modulacin de la forma de onda.

a.Amplitud, fase y por ancho de banda.

b.Frecuencia, PWM y AM.

c.Carrier power, FM ya AM.

d.Amplitud, frecuencia y fase.

e.Ninguna de las anteriores.

2.Es posible transmitir ms de 1 200 bps en un mdem de 1 200 bps?

a.S.

b.No.

c.Si la tcnica de modulacin lo permite.

d.Slo a y c son vlidas.

e.Ninguna de las anteriores.

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIN

1) d

2) c

Curso Basico de Scada

Documents

Transcript of Curso Basico de Scada