Introducción al control de supervisión y la adquisición de datos (SCADA) para principiantes

SCADA ayuda a las organizaciones industriales a mantener la eficiencia, informa los problemas del sistema para reducir el tiempo de inactividad y procesar datos para tomar mejores decisiones.

Muchas plantas industriales, sitios remotos y plantas de fabricación solían confiar en el personal para monitorear manualmente y controlar manualmente equipos eléctricos utilizando diales y botones analógicos.

A medida que los sitios remotos y los pisos industriales comenzaron a escalar, requerían mejores soluciones para controlar sus equipos eléctricos a largas distancias. Algunas organizaciones comenzaron a usar temporizadores y relés para proporcionar un mayor nivel de control de supervisión.

Si bien los temporizadores y los relés resuelven grandes problemas, proporcionan una funcionalidad de automatización limitada. Nuevamente, los temporizadores y los relés fueron difíciles de personalizar. Los paneles de control y el detector de fallas ocuparon más espacio. En consecuencia, comenzaron a surgir más problemas.

La tecnología SCADA se introdujo para resolver tales problemas.

La proliferación de PLC y microprocesadores durante la ejecución de SCADA ayuda a las organizaciones a monitorear y controlar los procesos automatizados mejor que antes.

En este artículo, discutiré sobre SCADA, sus usos, funciones, componentes, tipos y mucho más.

¿Qué es Scada?

El control de supervisión y la adquisición de datos (SCADA) es un tipo de aplicación que permite a las empresas controlar sus procesos de producción, como la recopilación de datos de ubicaciones remotas en tiempo real para monitorear el estado del equipo. Ofrece muchas de las herramientas necesarias para tomar decisiones basadas en datos en tiempo real.

SCADA ha estado resolviendo muchos procesos de monitoreo y control industrial desde la década de 1970.

A fines de la década de 1990 y principios de la década de 2000, SCADA se sometió a un cambio, capturando una arquitectura de sistema abierto, así como protocolos de comunicación que son independientes del proveedor. Esto utilizó tecnologías de comunicación como Ethernet que permitieron a los sistemas comunicarse con otros proveedores, eliminando las limitaciones de los sistemas SCADA más antiguos.

Los sistemas modernos de SCADA permiten que los pisos industriales accedan a datos en tiempo real desde cualquier lugar del mundo. Este acceso permite a las empresas, individuos y gobiernos tomar decisiones más informadas sobre cómo mejorar sus procesos. Sin el software SCADA, sería imposible recopilar suficientes datos.

Además, el software Modern SCADA Design tiene capacidades de desarrollo rápido de aplicaciones (RAD). Esto permite a los usuarios desarrollar fácilmente aplicaciones incluso con cero conocimiento del desarrollo de software.

La incorporación de prácticas y estándares modernos de TI, como aplicaciones web y SQL en el software SCADA, ha mejorado la seguridad, confiabilidad, rendimiento y eficiencia de los sistemas SCADA.

La gran ventaja de usar bases de datos SQL es que simplifican el proceso de integración en los sistemas ERP y MES, lo que permite que los datos fluyan sin problemas en toda la organización.

Por lo tanto, SCADA es un sistema de elementos de hardware y software que permiten a las organizaciones industriales:

• Administrar procesos de fabricación de forma remota o local
• Monitorear, recopilar y procesar datos en tiempo real
• Interactúa directamente con dispositivos como bombas, válvulas, sensores, motores, etc., a través de la interfaz humana-máquina (software HMI).
• Registre todos los eventos en un archivo de registro

Los conceptos básicos de su arquitectura comienzan con unidades terminales remotas (RTU) y controladores lógicos programables (PLC). Estas dos microcomputadoras interactúan con una amplia gama de objetos, como sensores, dispositivos finales, interfaces de máquina humana y máquinas de fábrica. RTUS y PLCS enrutan los datos de los objetos a las computadoras utilizando el software SCADA.

Sin embargo, el software SCADA procesa, muestra y distribuye los datos para ayudar a los empleados y operadores a analizar la información y tomar decisiones importantes.

Por ejemplo, el sistema SCADA contacta rápidamente a un operador en un lote de producto en el que se detectan errores. El operador detiene la operación, revisa los datos del sistema a través del HMI y determina la causa del problema. Luego, el operador revisa la información y descubre que «Machine 4» no funciona.

De esta manera, el sistema SCADA ayuda al operador a identificar el problema, resolverlo con el tiempo y evitar pérdidas adicionales.

Componentes del sistema SCADA

Los sistemas SCADA tienen varios componentes que se implementan en el campo para recopilar datos en tiempo real. Estos componentes le permiten recopilar datos y mejorar la automatización industrial.

Discutamos cada componente en detalle.

№1. Sensores y actuadores

Un sensor es un dispositivo o sistema que detecta las funciones de entrada de los procesos industriales. Un actuador es un dispositivo que controla el mecanismo de los procesos industriales. Los sensores funcionan como un medidor o medidor que indica el estado de la máquina.

Un actuador actúa como un dial, controlador o interruptor que se puede usar para controlar el dispositivo. Ambos son monitoreados y controlados por los controladores de campo SCADA.

№ 2. Controladores de campo SCADA

Los controladores de campo se comunican directamente con actuadores y sensores. Al hacerlo, hay dos categorías:

№3. Computadoras de supervisión de SCADA

Las computadoras supervisor controlan todos los procesos relacionados con SCADA. Se utilizan para recopilar datos de dispositivos de campo y enviar comandos a dispositivos para controlar los procesos de producción.

№ 4. Software HMI

Este software es un sistema que valida y presenta datos de los dispositivos de campo SCADA. También permite a los operadores comprender y cambiar el estado de los procesos controlados por SCADA.

№ 5. Infraestructura de comunicación

La infraestructura de comunicación permite que los sistemas de envío de SCADA se comuniquen con controladores de campo y dispositivos de campo. También permite que los sistemas SCADA recopilen datos de los dispositivos de campo y controlen esos dispositivos.

Características de los sistemas SCADA

Los sistemas SCADA incluyen características especiales para aplicaciones o industrias específicas, y la mayoría de los sistemas admiten las siguientes características:

• Adquisición de datos: esta es la columna vertebral de los sistemas SCADA, donde los sensores recopilan datos y los transmiten a controladores de campo. A su vez, los controladores de campo transmiten los datos a las computadoras SCADA.
• Control remoto: logrado controlando los actuadores de campo basados en datos recopilados de sensores de campo.
• Transferencia de datos en red: permite realizar todas las funciones de SCADA. Los datos recopilados de los sensores se transmiten a los controladores de campo SCADA, que luego se comunican con las computadoras de control SCADA. El comando de control remoto se transmite de nuevo a los actuadores desde las computadoras de control.

• Presentación de datos: HMIS lo realiza que presentan datos actuales e históricos que los operadores necesitan para ejecutar el sistema SCADA.
• Alarma: Esto alerta a los operadores a condiciones importantes en el sistema SCADA. Se puede personalizar fácilmente para notificar a los operadores cuando se bloquean los procesos, ciertos sistemas están fallando, u otros aspectos deben detenerse, iniciar o ajustar.
• Datos en tiempo real e histórico: ambas son partes importantes del sistema SCADA. Esto permitirá a los usuarios rastrear el rendimiento del escenario actual en comparación con las tendencias históricas.
• Informes: Esto incluye informes sobre el rendimiento del proceso, el estado del sistema e informes personalizables para fines específicos.

Operación SCADA

Los sistemas SCADA realizan varias funciones, incluida la adquisición de datos, la transmisión de datos, la presentación de información/datos y el monitoreo/control. Estas funciones son realizadas por componentes SCADA, como sensores, RTU, controladores, red de comunicación, etc.

Los sensores se utilizan para recopilar datos importantes y las RTU se utilizan para enviar estos datos al controlador para mostrar el estado del sistema. Según el estado, el usuario ordena otros componentes para realizar su función. La red de comunicación realiza esta función.

Aquí discutiremos cada función para comprender el principio de trabajo de los sistemas SCADA.

Recopilación de datos

Un sistema SCADA en tiempo real consta de muchos sensores y componentes para recopilar información y enviar los datos para su posterior procesamiento.

Por ejemplo, algunos sensores miden el flujo de agua del tanque al tanque de agua y otros sensores miden la presión cuando el agua sale del tanque. Aquí, los sensores recopilan diferentes tipos de datos para ver si todos los procesos se ejecutan sin problemas.

Transmisión de datos

Los sistemas SCADA utilizan una red cableada para recopilar y transferir datos entre usuarios y dispositivos. Las aplicaciones SCADA en tiempo real utilizan componentes y sensores que se controlan de forma remota. También utiliza comunicaciones de Internet. Dado que los relés y los sensores no pueden comunicarse, las RTU se utilizan para comunicar las interfaces y sensores de la red.

Representación de datos

Las redes convencionales consisten en indicadores visibles para el monitoreo. En las aplicaciones de SCADA en tiempo real, hay muchas alarmas y sensores que no se pueden controlar simultáneamente. El sistema SCADA utiliza HMI para proporcionar todos los datos recopilados de varios sensores.

Monitorear y controlar

El sistema SCADA utiliza varios interruptores para controlar los dispositivos y muestra el estado de la zona monitoreada. Cualquier parte se puede encender/apagar desde la estación usando estos interruptores. La aplicación SCADA se implementa para operar sin intervención humana en modo automático. Solo en situaciones críticas será manejado por un humano.

Tipos de scada

Los sistemas SCADA se clasifican en cuatro tipos que incluyen sistemas SCADA monolíticos, sistemas SCADA distribuidos, sistemas SCADA en red y sistemas IoT SCADA.

№1. Sistemas Monolíticos SCADA

Los sistemas SCADA tempranos o de primera generación se conocen como sistemas SCADA monolíticos. Estos utilizan minicomputadoras. El desarrollo de sistemas SCADA monolíticos se puede hacer en ausencia de un servicio de red común. El diseño de este sistema es similar a un sistema independiente, lo que significa que el diseño de un sistema no tiene que estar vinculado a otro sistema.

Los datos se pueden recopilar de terminales remotos utilizando un mainframe redundante. La función más importante de los sistemas de primera generación se limita al etiquetado de procesos y al monitoreo del sensor.

№ 2. sistemas SCADA distribuidos

Los sistemas SCADA distribuidos también se denominan sistemas de segunda generación. Las funciones de control se distribuyen a diferentes sistemas conectando a una red de área local. Las operaciones de control se realizan mediante comandos de procesamiento e intercambiando datos en tiempo real.

En este sistema, se reduce el costo y el tamaño de cada estación, pero no hay protocolos de red armonizados.

№3. Sistemas SCADA en red

Los sistemas SCADA en red se conocen como sistemas de tercera generación. La red de comunicación de los sistemas SCADA existentes funciona a través del sistema WAN a través de teléfonos o líneas de datos.

La transferencia de datos entre nodos se realiza utilizando conexiones de fibra óptica o ethernet. Esto utiliza un PLC para configurar, monitorear y controlar las operaciones de etiquetado según sea necesario.

№ 4. Sistemas de Internet de las cosas SCADA

Los sistemas IoT SCADA se conocen como sistemas de cuarta generación. Aquí, el costo de la infraestructura del sistema se minimiza mediante la implementación de IoT a través de la computación en la nube. La integración y el mantenimiento de estos sistemas son más fáciles que otros sistemas.

En un sistema en tiempo real, el estado de componentes o dispositivos se puede informar fácilmente a través de la computación en la nube.

Beneficios de SCADA

Las ventajas de los sistemas SCADA son las siguientes:

• Escalabilidad. Los sistemas SCADA modernos son escalables por varias razones, como una mejor disponibilidad de software y hardware compatibles, la utilización de la computación en la nube para cumplir con los requisitos de carga de trabajo, etc.
• Compatibilidad. Los sistemas modernos de SCADA no se basan en software y hardware patentado, eliminando el bloqueo del proveedor.
• Comunicaciones: SCADA admite protocolos de comunicación modernos que proporcionan un mayor acceso a los controles y datos de SCADA.
• Soporte: los sistemas Modern SCADA están bien respaldados por los proveedores. El uso de estándares de red abiertos, plataformas modernas de desarrollo de software y hardware comercial estándar también hace que los proveedores de terceros sean más accesibles.

Limitaciones de SCADA

Algunas de las limitaciones de un sistema SCADA son las siguientes:

• Viene con bloques de hardware complejos y módulos dependientes.
• Necesita programadores, operadores calificados y analistas para el mantenimiento.
• Los costos de instalación son altos.
• Muchos sugieren que SCADA puede ayudar a aumentar el desempleo.

Casos de uso de SCADA

SCADA se usa en muchos pisos industriales para ayudar a controlar y automatizar los procesos y propósitos industriales, ya que estos procesos se han vuelto complejos y engorrosos para el control y el monitoreo humano.

SCADA es útil para los procesos que se pueden administrar y monitorear de forma remota, especialmente cuando es muy posible minimizar las pérdidas y aumentar la eficiencia.

Los ejemplos típicos de la industria de la automatización SCADA incluyen lo siguiente:

• Operaciones de refinación de petróleo y gas
• Generación de energía y distribución
• Producción química
• Infraestructura de telecomunicaciones
• Fabricación y procesos relacionados
• Infraestructura de transporte y envío
• Infraestructura de servicios públicos, como el suministro de agua y la gestión de residuos
• Producción de alimentos y bebidas

Con la tecnología SCADA, estos procesos se pueden monitorear de cerca y controlarse adecuadamente para mejorar la productividad con el tiempo. Los sistemas eficientes dan como resultado ahorros significativos en el dinero y el tiempo.

El mundo moderno usa algunos sistemas SCADA. Aquí hay algunos ejemplos: mantener sistemas de refrigeración, garantizar una producción segura en una refinería de petróleo, obtener estándares de calidad en una planta de tratamiento de aguas residuales, seguir el uso de energía en su hogar y más.

Cómo implementar una solución SCADA

Debe considerar los siguientes pasos importantes al implementar un sistema SCADA:

• Defina claramente lo que quiere monitorearlo y comprenderlo
• Determinar qué tipo de datos desea recopilar y cómo
• Agregar puertas de enlace para unir puntos recientes de recopilación de datos
• Crear puntos de recopilación de datos según sea necesario
• Centralizar los datos en la ubicación de monitoreo correcto
• Mapa de datos en la aplicación SCADA de su elección
• Agregar visualización de controles y procesamiento de datos
• Definir reglas y automatización

Una vez que haya terminado con todo, el software SCADA se encarga del resto. Le ayuda a interactuar con la instalación, alertarlo sobre los problemas, informarle sobre el mantenimiento preventivo y proporcionar monitoreo de equipos.

Conclusión

SCADA ofrece una forma eficiente de monitorear y controlar los procesos y datos de producción, así como detectar e informar problemas del sistema para soluciones rápidas. Entonces, en lugar de hacer todo manualmente o perder tiempo y dinero, puede automatizar estos procesos con un sistema SCADA.

SCADA se implementa con objetivos específicos en mente. Entonces, cuando desee implementarlo en su empresa, identifique sus necesidades y automatice sus procesos en consecuencia.