Sistemas de Control y Adquisición de Datos (SCADA)

Arquitectura de un Sistema SCADA

Unidad Terminal Remota (RTU): Recoge y decodifica los mensajes, realiza la acción solicitada y contesta si es necesario. Se encarga de las funciones de control de los dispositivos de campo. Recoge la información y la almacena. De la MTU le pueden llegar instrucciones para controlar los dispositivos de campo.

Sistemas de comunicaciones: Compuesto por un medio de transmisión y un protocolo de comunicaciones compartido por todos los equipos. El interface de comunicaciones lee la señal y la almacena en un bufer. El interface solo interrumpirá a la CPU cuando haya llegado un nuevo mensaje para ella.

Funciones:

1. Supervisión: Observar en un monitor la evolución en tiempo real de los parámetros de funcionamiento del proceso.
2. Control: Realizar las tareas de control que permiten mantener al sistema dentro de unos márgenes gracias a las posibilidades de actuación sobre el proceso.
3. Adquisición de datos: Permite la adquisición y almacenamiento de los valores de las magnitudes del proceso.

Requerimientos:

Sistema en tiempo real: No introduce retardos apreciables entre recepción de la medida de variables de proceso y la generación de la señal de control.

Estructura de un Sistema SCADA

1. Módulo gráfico: Permite representar el proceso mediante sinópticos que se van actualizando.
2. Módulo de alarmas: Crear y parametrizar mensajes que se le envían al operador para informar de eventos.
3. Módulo de informes.
4. Módulo de tendencias:
   • Gráficos de tendencias: Gráficos animados para visualizar la evolución de variables específicas.
   • Informes periódicos: Genera informes en tiempo real.
5. Módulo de comunicaciones: Entre: SCADA y dispositivos de campo, dos sistemas SCADA, SCADA y aplicación.
6. Módulo acceso a BD: Facilita el almacenamiento y recuperación de la información en bases de datos estándar.

Elementos de Comunicación

1. DTE (Equipo Terminal de Datos): Fuente o destino final de datos. Controla la comunicación.
2. DCE (Equipo de Comunicación de Datos): Transformar las señales portadoras de información de un DTE, en otras que sean susceptibles de ser enviadas hasta el DTE remoto. Dialogar con el DTE. Transformar el mensaje de datos. Reconversión de las señales recibidas de la línea.
3. Línea de transmisión: Medios de transmisión que une los dos DCEs.
4. Enlace de datos: Unión entre fuente y colector, formada por controladores de comunicaciones, DCEs y línea de transmisión.

Tipos de Comunicación

Asíncrona: Emisor y receptor usan relojes independientes. Sincronización mediante bits especiales. Información transmitida carácter a carácter. Cada carácter va precedido de bit de arranque y al menos con un bit de parado. Los bits de sincronización son introducidos automáticamente por el dispositivo que actúa de interface serie.

Síncrona: Mayor rendimiento. Caracteres almacenados en bloques. No existe tiempo de desocupación. Velocidad de transmisión constante. Tasa de velocidad de transmisión es mayor. Pérdidas de un bloque de caracteres.

Tipos de conexión:

Punto a punto: Información tiene como origen/destino dos únicos equipos.

Multipunto: Un único circuito comunica entre sí varios dispositivos. Acceso al mismo canal. Necesario un protocolo de línea especial.

Clasificación de Redes de Comunicación

1. Nivel en pirámide: Red de datos es red de gestión y célula. Red de control es red de célula y planta.
2. Disposición geográfica: Red de área personal (PAN), local (LAN), de campus (CAN), metropolitana (MAN), amplia (WAN).
3. Tecnología de transmisión: Enlaces de difusión y punto a punto.
4. Tipo de canal: Redes privadas de comunicación y públicas.
5. Medio de transmisión: WPAN, WLAN, WMAN.

Modelo OSI

1. Física: Transmite datos binarios sobre un medio proporcionando las especificaciones eléctricas.
2. Enlace: Inicia, mantiene y nivela el enlace, transmisión confiable sin errores.
3. Red: Entrega los paquetes y hace enrutamiento.
4. Transporte: Asegura la entrega de datos entre procesos.
5. Sesión: Establece, mantiene y cierra sesiones.
6. Presentación: Traduce, comprime y encripta los datos.
7. Aplicación: Permite el acceso de los recursos a la red.

Token Bus

Método de paso de testigo en bus. Define un acceso al medio sin colisiones por un reparto de tiempos. Las estaciones conectadas a una red con una topología de tipo bus. Cada nodo está identificado por una dirección física única y permanecen a la escucha de los mensajes que circulan por el bus. Solo el nodo que posea un mensaje de control especial (testigo) tiene permiso para enviar tramas a la red. Estos nodos forman un anillo por el que circulará el testigo. El mantenimiento se asegura por funciones realizadas por las propias estaciones de forma distribuida: iniciación del anillo, adición de nuevas estaciones y eliminación de estaciones. Este método alterna fases de transmisión de datos y transferencia del testigo.

Bus de Campo

Sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. Objetivo: sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20mA.

CAN

Se usa la técnica conocida como CSMA/CD+CR. Cada nodo está escuchando en el bus y llega un momento que todos los nodos tienen la oportunidad de transmitir. En ese caso se detectará la colisión. Además añade la característica de resolución de colisión. En la técnica CSMA/CD, utilizada en redes Ethernet ante colisión de varias tramas, todas se pierden. CAN resuelve la colisión con la supervivencia de una de las tramas que chocan en el bus, eligiendo a la de mayor prioridad. Todo paquete contiene una etiqueta identificativa, aunque no se guarda ni el emisor ni el receptor del mensaje. La resolución de colisión se basa en una topología eléctrica que aplica una función lógica determinista a cada bit, se resuelve con la prioridad del nivel definido como bit de tipo dominante.

Definiendo el bit dominante como equivalente al valor lógico ‘0’ y bit recesivo al nivel lógico ‘1’ se trata de una función AND de todos los bits transmitidos simultáneamente. Cada transmisor escucha continuamente el valor presente en el bus, y se retira cuando ese valor no coincide con el que dicho transmisor ha forzado. Mientras hay coincidencia la transmisión continua, finalmente el mensaje con identificador de máxima prioridad sobrevive. Los demás nodos reintentarán la transmisión lo antes posible.