aplicaciones y funcionamiento de un sistema SCADA

SCADA: qué es y cómo funciona

Los sistemas SCADA se utilizan en la supervisión y el control de los equipos industriales en diversas etapas como el desarrollo, la fabricación y la producción.

En este artículo descubriremos todo lo que necesitas saber del sistema SCADA, sus componentes básicos (en detalle), su funcionamiento, sus aplicaciones, las ventajas y las desventajas de su uso, entre otros aspectos.

Qué es un SCADA

SCADA es el acrónimo en inglés de Supervisory Control and Data Acquisition, que traducido al castellano significa Control de Supervisión y Adquisición de Datos.

Por tanto, se refiere a un sistema que recoge datos de campo en varios sensores conectados a una estación maestra en una fábrica, planta o en otras ubicaciones remotas y luego envía estos datos a un ordenador central a través de un sistema de comunicaciones que los gestiona y controla.

La estación maestra muestra los datos adquiridos y también permite al operario realizar tareas de control remoto. Los datos precisos (normalmente en tiempo real) permiten optimizar el funcionamiento de la planta y el proceso de producción.

El sistema de Control de Supervisión y Adquisición de Datos ayuda a gestionar este complejo procedimiento industrial manteniendo la eficiencia, impulsando decisiones más inteligentes mediante técnicas de procesamiento de datos y la comunicación de los problemas del sistema para atenuar el tiempo de inactividad.

Todo ello se traduce en un menor coste de las operaciones en comparación con los anteriores sistemas no automatizados.

El éxito de una instalación SCADA depende de la utilización de una tecnología probada y fiable, con una formación adecuada y completa de todo el personal en el manejo del sistema.

Para qué sirve el SCADA

Por lo general, las aplicaciones de los sistemas SCADA se basan en la automatización de procesos industriales complejos en los que el control humano es poco práctico y permite a las empresas industriales:

  • Controlar los procesos industriales a nivel local o en ubicaciones remotas
  • Supervisar, recopilar y procesar datos en tiempo real
  • Interactuar de forma directa con dispositivos como sensores, válvulas, bombas, motores, etc. a través del software de la interfaz hombre-máquina (HMI)
  • Registrar los eventos en un archivo de registro

Donde se utiliza el SCADA

Las industrias que utilizan SCADA en sus operaciones diarias son los sistemas de agua y aguas residuales, los sistemas de generación, transmisión y distribución de electricidad y los sistemas de petróleo y gas.

Las plantas de fabricación, las instalaciones de producción de alimentos, la siderurgia y la industria química también dependen en gran medida del SCADA.

Los sistemas SCADA son componentes indispensables en numerosas industrias. Sin embargo, es necesario actualizarlos de vez en cuando para aprovechar las nuevas funciones. El sistema adecuado puede hacer que tu producción sea más fiable y más rentable.

En la práctica, los sistemas SCADA modernos son capaces de hacer algo más que recoger datos y manejar dispositivos. Utilizan la inteligencia artificial (IA) para analizar los datos y tomar decisiones sin la ayuda de los humanos.

Son capaces de operar en un entorno de cloud computing, de modo que la supervisión y el control de SCADA pueden realizarse de forma remota mediante el uso de tablets y smartphones.

Cómo funciona un sistema SCADA

En general, la arquitectura del sistema SCADA  tiene cuatro niveles funcionales de fabricación. Las grandes unidades de fabricación, como las centrales nucleares y las plantas de refinería de petróleo, disponen de complejos sistemas de control y adquisición de datos.

Estos sistemas de control de supervisión y adquisición de datos pueden tener diferentes niveles funcionales, ya que el proceso de fabricación es cada vez más complejo.

El nivel funcional 0 comprende dispositivos de la planta de producción como sensores, elementos de control, válvulas y actuadores. Estos dispositivos pueden variar de una aplicación a otra. Los elementos de nivel de campo pueden incluir también arrancadores.

Por otra parte, el nivel 1 está formado por módulos como los PLC (controladores lógicos programables) o las RTU (unidades terminales remotas). Por tanto, este nivel contiene principalmente procesadores electrónicos distribuidos.

El nivel 2 contiene ordenadores que procesan la información entrante de los módulos del nivel 1. Los datos se procesan y se muestran al supervisor de forma que el operario pueda tomar decisiones y anularlas si algo se le va de las manos.

Por otro lado, el nivel 3 es un control a nivel de producción. Este nivel no controla de forma directa los procesos de campo. Es más bien un nivel de supervisión. Este nivel también hace más énfasis en los objetivos.

El último nivel es el nivel 4, que es un nivel de programación de la producción. En este nivel, los responsables establecen la programación de la producción teniendo en cuenta muchos factores, como la demanda.

Diagrama básico de un Sistema SCADA
Diagrama básico de un Sistema SCADA

Componentes de un Sistema SCADA

Un sistema SCADA básico consta de los siguientes componentes:

1. Interfaz hombre-máquina
2. Sistema de supervisión
3. Unidades terminales remotas
4. Autómatas programables (PLC)
5. Infraestructura de comunicaciones
6. Programación SCADA

1. Interfaz hombre-máquina (HMI)

Es un dispositivo de E/S que permite a un operario controlar los datos del proceso. Esto se consigue enlazando las bases de datos del SCADA y los programas de software para proporcionar información de gestión como esquemas detallados, mantenimiento programado, diagnóstico de datos e información logística.

El personal de operaciones también puede ver la representación gráfica de los datos.

2. Sistema de supervisión

Este sistema actúa como servidor de comunicaciones entre el software HMI de las estaciones de trabajo de la sala de control y sus equipos, como PLC, RTU, sensores, etc.

Los SCADA más pequeños tienen un solo PC que sirve como sistema supervisor o maestro. Por otro lado, los SCADA más grandes tienen múltiples servidores, sitios para la recuperación de datos y aplicaciones de software distribuidas.

3. Unidades terminales remotas (RTU)

Estos dispositivos electrónicos están controlados por microprocesadores y se utilizan para transmitir los datos registrados a los sistemas de supervisión. También reciben datos del sistema maestro para controlar los objetos conectados.

También se denominan Unidades Remotas de Telemetría.

4. Autómatas programables (PLC)

Los PLC se utilizan en el sistema de control de supervisión y adquisición de datos a través de sensores. Se conectan a los sensores para convertir la señal de salida del sensor en datos digitales.

Se prefieren a las RTU por su configuración, flexibilidad, asequibilidad y versatilidad.

5. Infraestructura de comunicaciones

Por lo general, en los sistemas de control y adquisición de datos se utiliza una combinación de conexión directa por cable y radio.

Los ferrocarriles y las centrales eléctricas, que son sitios grandes, suelen preferir el uso de Ethernet o IP sobre redes ópticas síncronas (SONET).

Los protocolos de comunicación con extensiones pueden operar en el protocolo de Internet TCP/IP.

Modbus TCP/IP se ha convertido en un estándar para muchos fabricantes de hardware y es un protocolo de comunicación ampliamente aceptado.

Aunque para la seguridad del sistema SCADA es aconsejable no conectarlo a Internet y exponerlo a riesgos, Ethernet TCP/IP se ha abierto camino en la automatización industrial rompiendo las barreras en la mayoría de los mercados SCADA/HMI.

6. Programación SCADA

La programación SCADA en HMI o estación maestra se utiliza para crear diagramas y mapas que proporcionan información vital durante el proceso o el fallo de un evento.

La mayoría de los sistemas comerciales de Control de Supervisión y Adquisición de Datos utilizan interfaces estandarizadas en la programación.

El lenguaje C o el lenguaje de programación derivado se utiliza de forma general para dicha programación.

¿Por qué son importantes los sistemas SCADA?

La importancia de los sistemas SCADA es la automatización. Permiten a una empresa estudiar con detenimiento y anticipar la respuesta óptima a las condiciones medidas y ejecutar esas respuestas de forma automática en todo momento.

Confiar en el control preciso de las máquinas para supervisar los equipos y los procesos elimina prácticamente el error humano.

Y lo que es más importante, automatiza las tareas comunes, rutinarias y pesadas que antes realizaba un ser humano, lo que aumenta aún más la productividad, mejora la gestión de los fallos críticos de las máquinas en tiempo real y minimiza la posibilidad de que se produzcan desastres ambientales controlables.

Además, los sistemas SCADA son necesarios para supervisar y controlar un gran desplazamiento geográfico en el que una multinacional puede no tener suficiente mano de obra para cubrirlo.

Por ello, la comunicación fiable y la operatividad de estas zonas o emplazamientos es fundamental para la rentabilidad.

Beneficios o ventajas de un SCADA

A continuación se detallan los beneficios o ventajas del sistema SCADA:

  • El sistema ofrece la posibilidad de almacenar una gran cantidad de datos.
  • Los datos pueden mostrarse en varios formatos según las necesidades del usuario.
  • Proporciona una interfaz para conectar miles de sensores en una amplia área para diversas operaciones de supervisión y control.
  • Es posible obtener simulaciones de datos reales con la ayuda de los operarios.
  • Se pueden recoger muchos tipos de datos de las RTU conectadas con la unidad maestra.
  • Con los protocolos avanzados y los softwares de aplicación, los datos pueden ser monitoreados desde cualquier lugar y no sólo desde el sitio local.
  • La redundancia de unidades está incorporada en el sistema SCADA para tener una copia de seguridad en caso de averías o fallos. Esto hace que el sistema sea más robusto.
  • Es rápido en la obtención de respuesta.
  • Es escalable y flexible a la hora de añadir recursos adicionales.

Inconvenientes o desventajas de un SCADA

A continuación se detallan las desventajas del sistema SCADA:

  • El sistema SCADA basado en PLC es complejo en términos de unidades de hardware y módulos dependientes.
  • Como el sistema es complejo, requiere operarios, analistas y programadores cualificados para mantener el sistema SCADA.
  • Los costes de instalación son mayores.
  • El sistema admite el uso de programas informáticos y equipos de hardware restringidos.

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