Componentes de un Sistema SCADA Explicados

Comprendiendo el sistema y la interacción de sus partes.

Comprendiendo el sistema y la interacción de sus partes.

COMPONENTES DE UN SISTEMA SCADA

Un sistema SCADA está compuesto no solamente por el software de supervisión, sino también por todos los componentes que ejecutan la adquisición de datos, control de procesos y monitoreo. Comprender el papel de cada uno de estos es importante a la hora de seleccionar un sistema para nuestra empresa, o para determinar los puntos de falla de un sistema actual y tomar acciones que mejoren la confiabilidad general.

Artículo: ¿Qué es SCADA?

En general, un sistema SCADA puede estar conformado por hasta 7 componentes:

1. CLIENTES

Se le llama cliente a todo dispositivo que hace uso de la aplicación de supervisión. También se le llama sesiones en algunos casos. Este es básicamente el usuario final en toda la arquitectura, y detrás de estos dispositivos hay nada más y nada menos que personas interactuando con la aplicación para lograr un objetivo específico, ya sea monitorear un proceso, controlar algún equipo, realizar algún análisis o extraer alguna información.

Lo más importante de un cliente es el dispositivo usado para conectarse a la aplicación. Las personas pueden utilizar dispositivos como una laptop, una computadora de escritorio, una tablet o un teléfono celular. Una computadora con varios monitores, situada dentro de un cuarto de control, es considerada también un cliente.

Clientes

Las tecnologías de visualización de los clientes se deben tomar en cuenta a la hora de entender su interacción. Existen 2 tipos de tecnologías de visualización, la que se basa en aplicaciones de dispositivo (aplicación de escritorio o aplicación móvil) y la que se basa en tecnología web. La primera depende más del dispositivo del cliente para ejecutar la aplicación, pero tiene acceso a parte de las características del dispositivo, como acceso a los puertos de una computadora o acceso a los sensores de un dispositivo móvil. La segunda depende más del servidor, y se ejecuta en buscadores web que permiten abrir la aplicación con menos requerimientos en los dispositivos.

El sistema operativo del dispositivo es también un punto importante, y es tal vez más importante cuando las aplicaciones SCADA son del tipo de escritorio o móvil. Esto ocurre porque el tipo web normalmente es ejecutado por los buscadores más recientes, y no depende tanto del sistema operativo.

2. SERVIDORES DE SUPERVISIÓN

Los servidores son equipos con altas capacidades de computación y almacenamiento en donde reside el software SCADA. Tales características son sumamente importantes debido a que se ejecutan tareas como:

  • Comunicación con dispositivos de campo
  • Almacenamiento de datos
  • Cálculos analíticos
  • Comunicación con usuarios del sistema
  • Ejecución de tareas automáticas

Servidores de supervisión

Todas estas se ejecutan muchas veces en paralelo, para lo cual un controlador o equipo HMI no cuenta con las características necesarias. Además de esto, en la mayoría de casos el equipo debe estar hecho para trabajar 24/7, por lo que idealmente debe contar con partes robustas superiores a las computadoras personales. También es deseable que su interfaz de comunicación esté preparada para recibir y enviar altos volúmenes de datos.

Los servidores pueden variar mucho en capacidades, podemos tener un servidor principal con capacidades muy altas, y al mismo tiempo tener servidores pequeños que realizan funciones más limitadas. Esto dependerá mucho de nuestro requerimiento y arquitectura a usar.

3. SERVIDORES PARA BASES DE DATOS

Los servidores para bases de datos nos permiten guardar los datos de manera segura, y cuentan con capacidades de computación para entregar los datos al servidor de supervisión tal y como los necesita según las transacciones requeridas. Este tipo de servidores usan discos de respaldo para garantizar la disponibilidad y la protección de los datos. 

Servidores para bases de datos

En un servidor de aplicación, si perdemos nuestra aplicación solamente tenemos que restaurar un respaldo que levantara de nuevo el servidor. Ese respaldo normalmente no es un archivo excesivamente grande y no varía mucho en el tiempo. En cambio, los datos pueden llegar a formar archivos grandes difíciles de respaldar en muchos lugares y además varían constantemente en el tiempo.

Para salvaguardar los datos, muchas empresas han optado por usar servicios en la nube, o inclusive usar arquitecturas híbridas, donde los datos pueden ser guardados en el sitio y luego subidos a la nube. Los beneficios de este tipo de servicios es que es muy difícil que se pierdan los datos y el mantenimiento es brindado junto con el servidor.

4. INFRAESTRUCTURA DE RED

La infraestructura de red es la que permite al servidor conectarse a los equipos de adquisición a través de los protocolos de comunicación. Si bien los servidores tienen muchas capacidades, incluso en veces pueden tener señales eléctricas como parte de sus tarjetas de expansión, esto no es muy común y normalmente se usan los equipos de adquisición como principales fuentes de datos.

Infraestructura de red

Hoy en día la red más utilizada por mucho es la red ethernet, ya que ofrece ventajas como mayor velocidad, mejor seguridad, más confiabilidad, etc. El ethernet ha sido adoptado mundialmente no solo como red industrial sino en cualquier tipo de red en realidad y su interoperabilidad entre diversos equipos lo ha hecho ideal para la implementación en la industria.

Otro tipo de red es la red serial, la cual es menos usada y utiliza protocolos un poco más viejos, aunque todavía usados. Los servidores pueden tener tarjetas de expansión para conectarse directamente a redes seriales, y usan drivers del software de supervisión para conectarse directamente a los dispositivos de campo a través de este tipo de redes.

5. COMPUTACIÓN EN EL BORDE

Actualmente los fabricantes de equipos industriales han expandido su catálogo de productos para cumplir con las necesidades crecientes. A partir de estas necesidades, han surgido los dispositivos de computación en el borde, los cuales tienen ciertas capacidades de computación, no tan altas como un servidor, pero suficientes para mejorar las funciones de los sistemas industriales.

Computación en el borde

Una de esas características es el uso de equipos para tener una instancia limitada de software, que permite estar muy cerca del proceso y de la fuente de datos (dispositivos de campo o equipos de adquisición), y que utiliza el almacenamiento disponible para guardar datos en caso de que se pierda la comunicación con el servidor principal. En este tipo de equipos podemos mantener datos por un tiempo prolongado, y relacionado a la historización o aplicaciones integradas a bases de datos. Algunos controladores utilizan este tipo de funciones a través de un buffer de datos, pero con la computación en el borde podemos tener mucho más tiempo que el que un controlador nos puede dar. Podemos también utilizar estos equipos para tener acceso a la aplicación principal en caso de que perdamos comunicación con el servidor primario.

En este artículo, a pesar de que los equipos de computación al borde tienen similitudes con los equipos de adquisición de datos, los consideramos como un componente diferente, debido a que los equipos de adquisición de datos no tienen la capacidad de expandir la funcionalidades SCADA como si lo pueden hacer los equipos de computación al borde.

A diferencia también de un servidor, un equipo de computación al borde puede estar mucho más cerca del proceso que un servidor. Los servidores normalmente se encuentran en cuartos con condiciones más controladas que las condiciones de un panel de control, requieren diferentes tipos de mantenimiento.

La adición de un equipo de estos comparado con un PLC o un servidor puede generar una diferencia significativa en la confiabilidad de un sistema.

6. EQUIPOS DE ADQUISICIÓN DE DATOS

Equipos de adquisición de datos

Los equipos de adquisición de datos son una de las fuentes de datos para nuestro sistema SCADA. Estos dispositivos se encargan de recolectar la información a niveles más bajos, para que sean accesibles para el resto de aplicaciones. Pueden convertir señales eléctricas en información digital que luego puede ser transferida al servidor a través de protocolos de comunicación. Se conectan directamente a los dispositivos de campo para extraer la información importante de nuestro proceso.

Algunos ejemplos de dispositivos de campo son:

  • PLCs
  • RTUs
  • HMIs
  • Gateways convertidores de protocolo
  • Islas remotas de señales
  • Sensores con comunicación integrada

7. EQUIPOS DE CAMPO

Los dispositivos de campo son todos los equipos a los que queremos llegar con cada uno de los componentes del sistema SCADA. Estos pueden ser sensores, válvulas, bombas, motores, actuadores, etc. A través de nuestra aplicación, nuestro objetivo final es extraer la información de estos dispositivos para poder monitorearlos y controlarlos de una forma centralizada.

Equipos de campo

En ciertas ocasiones, los dispositivos de campo pueden tener protocolos de comunicación ya incluidos dentro de su diseño, lo que en casos donde solo se requiere monitoreo, hace innecesario el uso de un equipo de adquisición de datos.

Arquitecturas de Sistemas

Comprendiendo cada uno de los componentes podemos empezar a crear mejores soluciones en nuestra infraestructura, y podemos tomar mejores decisiones sobre los dispositivos que debemos escoger en cada uno de los puntos que son parte del sistema general. Pero este artículo en realidad ha sido muy general en cuanto a cada una de las partes, es muy posible que ya estemos pensando en otros temas que debemos tomar en cuenta, como la seguridad del sistema, la conectividad de dispositivos, el dimensionamiento de equipos, etc, y que también afectan el sistema en general. Comprender el panorama en general no es fácil, pero esperamos con este artículo poder guiar al lector hacia nuevas decisiones.

 

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