Conozca Los Conceptos Básicos de SCADA

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¿Ha escuchado alguna vez el término SCADA? ¿Es parte de su trabajo conocer sobre SCADA? ¿Le gustaría aprender acerca de SCADA para desenvolverse mejor en el tema? Muchas personas se encuentran en una situación similar, y nos han comentado sobre la necesidad de tener acceso a recursos educativos sobre el tema. Es por esto que nos hemos dado la tarea de crear este artículo y otros que exponen los principios básicos de SCADA, y cuyo propósito es ayudarle en el proceso de investigación.

¿Cuales son estos principios que debo conocer? Pues el término SCADA se refiere a un sistema, y dicho sistema tiene varios factores que varían su forma, su características y sus funciones. En general, para conocer sobre SCADA, debemos comprender lo siguiente:

  • ¿Qué es SCADA?
  • Componentes
  • Arquitecturas
  • Funciones
  • Tipos y Otras Características

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¿Qué es SCADA?

El concepto de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, o en español, Control Supervisado y Adquisición de Datos), se originó a mediados del XX, y fue gracias a la invención de las computadoras que fue posible luego implementar este tipo de soluciones. Las empresas tenían problemas relacionados a la falta de supervisión y centralización de las operaciones. Las personas tenían que ejecutar todas las acciones de forma muy manual y debían desplazarse a cada equipo para interactuar con el mismo, lo cual genera tiempos prolongados de acción ante eventos o fallas, disminuyendo la eficiencia de los procesos.

Para lograr una solución centralizada, se empezaron a crear cuartos de control con una gran cantidad de indicadores analógicos instalados en una pared grande. De esta manera, las plantas empezaron a centralizar su información para supervisión y monitoreo. Pero encontraron otros problemas, cablear todas las señales era una tarea sumamente difícil y, debido a la gran cantidad de equipos, las tareas de mantenimiento y reparación eran un reto.

Panel Botones E IndicadoresCuarto de Control SCADA

Con la llegada de las computadoras, se crearon los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, o en español, Control Supervisado y Adquisición de Datos). Estos sistemas son un conjunto de hardware y software cuya función principal es centralizar los datos de los dispositivos para poder ejecutar tareas de monitoreo y control de manera supervisada. A través de interfaces gráficas, se crean aplicaciones que reflejan el estado actual de los procesos de una empresa, y le permite a los operadores y supervisores tomar mejores decisiones con base al estado general del proceso.

Lea nuestro artículo: ¿Qué es SCADA?

Componentes

Anteriormente mencionamos que un sistema SCADA es un conjunto de software y hardware, pero ¿Cuáles son exactamente esas partes que conforman el sistema? Los componentes pueden variar, pueden ser pocos para sistemas pequeños y pueden ser varios para sistemas más grandes, pero en general, un sistema puede estar compuesto por:

  • Clientes: Los clientes son todos los dispositivos usados para acceder a la aplicación de supervisión. Dicha aplicación es la principal herramienta que se usa para realizar todas las acciones del sistema SCADA por parte de las personas que lo utilizan. Los dispositivos cliente pueden ser cualquiera que le sirva al usuario, un celular, una tablet, una computadora de escritorio o una laptop.
  • Servidores de Supervisión: El servidor de supervisión es una computadora con altas capacidades de computación, y es donde reside la aplicación de supervisión. Todos los clientes del sistema SCADA se conectan a este servidor, y todas las acciones ejecutadas en la aplicación son llevadas al servidor y este lleva dichos comandos al resto de equipos dentro de la empresa. Por ejemplo, al encender una bomba, el cliente presiona un botón, dicha acción es comunicada al servidor, quién se encarga de comunicarle al dispositivo de la bomba que debe encenderla.
  • Servidores de Almacenamiento: Los SCADA se apoyan en el almacenamiento para extraer la información importante y generar reportes. De hecho, estos sistemas pueden llegar a generar una gran cantidad de información en una empresa, y es por esto que se usan servidores por aparte para gestionar todos los datos. Además, es más seguro, ya que las computadoras especializadas para almacenamiento permiten tener mejores opciones de respaldo para los datos.
  • Infraestructura de Red: La infraestructura de red es uno de los elementos principales del sistema, ya que es la que conecta absolutamente todo, sin la infraestructura de red un SCADA no sería posible. La infraestructura más usada es a través de redes ethernet, las cuales pueden ser implementadas en el medio físico que sea, ya sea cobre, fibra o inalámbrico, según se requiera.

Temas SCADA

  • Equipos de Borde: Los equipos de borde son un concepto nuevo que han venido a traer nuevas funcionalidades a los sistemas SCADA. Un equipo de borde se encarga de llevar las capacidades de computación y almacenamiento de los servidores más cerca de los dispositivos de campo, y cuentan con capacidades para soportar condiciones industriales. ¿Para qué queremos un equipo así? Estos equipos se usan principalmente para:
    • Almacenar información en caso de la pérdida de conexión con el servidor de supervisión
    • Tener mejores capacidades de conectividad como:
      • Integración nativa con SCADA en sitio
      • Funciones IIoT
      • Conexión directa con sistemas ERP, MES LIMs, etc
    • Tener aplicaciones que requieren mejores características de computación , como aplicaciones OEE avanzado
  • Equipos de Adquisición de Datos y Control:  Estos equipos se encargan de conectarse a los equipos de campo y de convertir los datos a un medio digital para que puedan ser enviados al servidor de supervisión. Algunos ejemplos son:
    • PLCs
    • RTUs
    • IOs Remotas
  • Equipos de Campo: Los equipos de campo son los que se conectan directamente al proceso, y extraen la información de lo que está pasando o ejecutan acciones para controlar dicho proceso. Algunos ejemplos son:
    • Sensores
    • Motores
    • Válvulas

Lea nuestro artículo: Componentes de un Sistema SCADA Explicados

Arquitecturas

Ahora conocemos cuales son las partes principales de un sistema, pero probablemente estará pensando ¿Cómo se arma un sistema con todas estas partes? Aquí entra en juego el tema de las arquitecturas, el cual nos permite decidir cómo queremos que interactúen cada una de las partes del sistema y cuales son los componentes que queremos que entren en juego.

Para empezar a comprender cómo funcionan las arquitecturas, primero explicaremos la más común, la de un único servidor centralizado. En esta arquitectura, se usa un servidor de supervisión que se conecta a todos los clientes, todos los servidores de bases de datos, todos los equipos de adquisición, etc. Es una solución muy flexible, ya que permite minimizar de implementación y adquisición de equipos o licencias, además de que facilita y el mantenimiento. 

Arquitectura Central SCADA

Es muy común que los sistemas SCADA se implementen con una arquitectura centralizada, para lo cual se usa un solo servidor de supervisión que se conecta a todo. Pero esto no quiere decir que es la única arquitectura disponible. Usar un único servidor centralizado puede tener ciertas restricciones para algunos casos, por ejemplo:

  • Para áreas con problemas de infraestructura de red, puede haber pérdidas de datos causados por una pérdida de conexión
  • Si queremos extraer una cantidad inmensa de datos de los dispositivos, puede ser que un servidor llegue a su máxima capacidad de computación
  • Si una cantidad inmensa de clientes se conecta al servidor, puede ser que alcancemos la cantidad máxima de computación del servidor

 

Ante estas y otras situaciones, se han creado arquitecturas con mejores características, y que inclusive se pueden combinar entre sí para generar mejores soluciones. Algunas de estas son:

    • Arquitectura de Escalamiento: Permite utilizar varios servidores de supervisión simultáneamente para distribuir la carga de un sistema, y así incrementar las capacidades de computación. 
    • Arquitectura de Distribuida: Se basa en el uso de servidores pequeños y equipos de borde para distribuir las funciones del sistema en diferentes computadoras. El principal objetivo de esta arquitectura es brindar de autonomía a sitios que necesitan estar desligados del servidor principal en caso de cualquier problema.
  • Arquitectura Empresarial: Con esta arquitectura, las empresas que cuentan con varios servidores o equipos de borde, con software de supervisión, pueden mejorar sus tareas de mantenimiento y gestión de equipos. Cuando una empresa aumenta la cantidad de sistemas SCADA que tiene, normalmente se enfrenta a problemas de gestión de dichos sistemas, como respaldo de aplicaciones, monitoreo de salud, centralización de recursos, etc. A través de una arquitectura empresarial, la gestión multi sistemas es mucho más fácil, y en algunos casos inclusive es totalmente necesaria para que el sistema tenga éxito.
  • Arquitectura IIoT: Con una solución IIoT lo que logramos es llevar el intercambio de información a un nivel más arriba. La cantidad de datos que puede soportar un sistema incrementa y la manera en que se conectan los datos con las aplicaciones es automática. Además, tenemos acceso a mejores características de seguridad, las labores de desarrollo se disminuyen para dar paso a la innovación y la interconexión con otros sistemas (ERP, MES, LIMMS) es mucho más fácil. Para la arquitectura IIoT lo que se hace es utilizar un servidor o broker MQTT, al cual se conectan los equipos para adquisición de datos y control, los equipos de borde y los servidores de cualquier aplicación, sea SCADA o cualquier otro.

Lea nuestro artículo: 5 Arquitecturas SCADA para el Escalamiento de Aplicaciones

Funciones

Hasta el momento hemos hablado acerca de varios temas de SCADA, hemos revisado la definición de estos sistemas y un poco acerca de su historia, se han explicado cada uno de los componentes que forman este tipo de sistemas y hemos explicado un poco sobre las arquitecturas en las que se pueden organizar este tipo de sistemas. Pero algo que todavía no hemos conversado en detalle es ¿Qué hace exactamente un SCADA?

Un sistema SCADA es capaz de hacer muchas cosas, de hecho a lo largo este artículo hemos mencionado un poco acerca de que hace un SCADA, pero en esta sección nos vamos a dedicar a definir más a detalles cada una de las funciones:

  • Monitoreo y Control: La principal función de un SCADA es facilitar el monitoreo y control del proceso de manera supervisada y centralizada. A través de la aplicación de supervisión, los usuarios usan una interfaz visual para interactuar con el proceso, por ejemplo, encender una máquina o apagarla; supervisar el estado actual de los procesos a través de variables como temperatura, presión o flujo; ajustar los parámetros de una lógica de control para que funcione mejor, etc.
  • Gestión de Alarmas: A través de un sistema de gestión de alarmas, podemos tener una gran cantidad de datos relacionados a un evento, por ejemplo, el incremento de una temperatura. Dicho evento afecta nuestra interfaz visual, ya que esta se puede adaptar para que el operador actúe de acuerdo al evento.
  • Historización: Se le llama así a la función de recopilar la información con base al tiempo, guardarla en una base de datos y mostrarla a los usuarios a través de componentes gráficos según los requerimientos del usuario. Con la historización, un software de supervisión toma los datos cada cierto tiempo y los envía al servidor de almacenamiento, luego, cuando un usuario consulta la información, consulta al servidor de almacenamiento para que le devuelva los datos, los cuales son mostrados al usuario a través de gráficas, tablas, indicadores, etc.

Funciones SCADA

  • Integración con Bases de Datos: La integración con bases de datos permite al software de supervisión recopilar y extraer información que no necesariamente se base en el tiempo. Es una función muy amplia, pero un ejemplo es la gestión de inventario, un sistema SCADA le puede pedir a un usuario llenar un formulario de ingreso de producto, una vez completado, el sistema toma esos datos y los envía a la base de datos, donde luego el software de supervisión puede extraer información como la cantidad de movimientos por semana, la cantidad de entradas, la cantidad de salidas, etc.
  • Reportería: A través de la generación de archivos PDF, csv o excel, un software de supervisión puede tomar los datos de historización o de integración con bases de datos, puede procesarlos para extraer solamente la información más importante, colocarlos en un reporte y enviar dicho reporte por correo a los supervisores.
  • Control: Un servidor de supervisión puede ejecutar control sobre los equipos en el proceso. El control en el servidor se basa más en acciones que no necesitan ejecutarse a una precisión mayor a unos segundos, y tiene el beneficio de que está conectado a todos los procesos. Por ejemplo, podemos detectar cuando la demanda de un departamento específico incrementa, y encender o apagar máquinas para suplir esa demanda.

Lea nuestro artículo: 5 Funciones Principales de Un SCADA

Tipos y Otras Características

Interfaces SCADA

¿Qué otras cosas tenemos que tomar en cuenta para un sistema SCADA? ¿Los sistemas SCADA se dividen en tipos? ¿Existen otras características que debamos saber? En esta sección cubriremos otros temas que no tienen exactamente una categoría pero que es importante conocerlos.

  • Tipos de SCADA: Los SCADA son sistemas que siempre han buscado adaptarse a todos los tipos de escenarios posibles, ya sea para usuarios del área de manufactura, aguas y aguas residuales, generación de energía, petróleo y gas, etc. Debido a esto es que cuando hablamos de tipos podemos referirnos al tipo de implementación según el sector, pero al final es una misma arquitectura acoplándose a un caso u otro. La palabra tipos en veces se usa también para describir las arquitecturas de los sistemas SCADA, por lo que también podemos usarla con este fin.
  • Tipos de Interfaz: Los sistemas SCADA utilizan una interfaz gráfica para la operación de sus usuarios y esta interfaz gráfica puede variar de un software de supervisión a otro. La mayoría de softwares utilizan los frameworks GUI para sistema operativo de escritorio, lo cual funciona perfectamente en estos. El problema es que para otros sistemas operativos la aplicación no funciona tan bien, o simplemente no funciona. Es por eso que han surgido los SCADA Web, los cuales pueden lanzarse a través de buscadores web o aplicaciones móviles. Adicionalmente, los softwares de supervisión han hecho un híbrido entre tecnología web y frameworks GUI de escritorio, lo cual permite obtener lo mejor de ambas tecnologías.
  • Tipos de Seguridad: Con el crecimiento reciente de ataques cibernéticos, los sistemas SCADA no están exentos de protegerse ante estas amenazas. Todos los fabricantes incluyen cada vez más características que permiten reforzar los sistemas. Las seguridades en un sistema SCADA se pueden dividir en:
    • Seguridad en el servidor
    • Seguridad en la red
    • Seguridad en la aplicación
    • Seguridad en las bases de datos
  • Tipos de Drivers: Los SCADA utilizan los drivers de comunicación para conectarse a los controladores, y estos juegan un papel muy importante en la selección de un software de supervisión u otro. Si en nuestra planta ya tenemos una gran cantidad de PLCs de una marca X, entonces es casi un requisito que nuestro software cuente con este driver. En el mercado existe una gran cantidad de protocolos para cada marca, pero en general, se recomienda que un sistema cuente por lo menos con protocolos abiertos, como Modbus, OPC UA o MQTT.
  • Etiquetas: El término etiquetas es muy usado en sistemas SCADA para definir el alcance del software de supervisión. Las etiquetas o tags, son una especie de variable compleja, que tiene no solo una propiedad de valor actual y nombre, sino también otras propiedades como unidad ingenieril, límite ingenieril alto, límite ingenieril bajo, configuración de alarmas, configuración histórica, etc. Una etiqueta puede equivaler a cualquier variable de proceso, como una temperatura, una presión, un flujo, una corriente, etc.

Conozca Más

En este artículo hemos repasado los conceptos básicos que rodean normalmente a un sistema SCADA, pero eso no quiere decir que esto sea todo lo que lo rodea. Más allá de toda esta información, podemos empezar con temas más técnicos, como por ejemplo las mejores prácticas para el desarrollo de HMIs, o gestión de bases de datos, optimización de historiadores, etc. Para el lector inclusive sea interesante aprender a programar un sistema de este tipo.

Una de las características más importantes a la hora de seleccionar un SCADA es definitivamente el soporte y recursos que el fabricante pone a nuestra disposición. La disponibilidad de recursos educativos como Cursos En Línea, la publicación de recursos educativos como artículos de diferentes complejidades técnicas, o el apoyo y asesoría que se brinda. Estas son también características importantes y que hoy en día son cada vez más valoradas.

 

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