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Monitorización de Procesos
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• Índice • OBJETIVOS.......................................................................................................... 3 • INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 4 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7.
Estructura interna de un SCADA comercial ............................................. 5 Tecnología de Sistemas Abiertos - Integración ....................................... 7 Tecnologías de Integración Microsoft ...................................................... 8 Conectividad Remota ............................................................................... 10 Arquitectura y Soluciones........................................................................ 11 Desarrollo de una Aplicación SCADA ..................................................... 12 Tendencias Actuales ................................................................................ 14
• RESUMEN .......................................................................................................... 17
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• Objetivos •
Conocer las capacidades y funcionalidades de los SCADAS comerciales actuales.
•
Saber en que casos se deben implantar las diferentes herramientas integradas en los SCADAS comerciales, en función de necesidades técnicas o de funcionalidad demandadas por los usuarios de estos sistemas.
•
Ver con claridad que la arquitectura abierta y capacidad de integración de los SCADAS actuales permiten cubrir todos los aspectos de los procesos productivos.
•
Saber que análisis han de llevarse a cabo a la hora de desarrollar un sistema de supervisión.
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• Introducción Los SCADAS día a día van aumentando en prestaciones y capacidad, aportando funcionalidades que pretenden cubrir la totalidad de los procesos productivos. La idea de un SCADA como solución cerrada y específica ha sido abandonada, buscando en estos momentos arquitecturas abiertas y capacidad de integración a todos los niveles de la pirámide CIM (Computer Integration Manufacturing). Así mismo, la tendencia actual, es mostrar de una manera fácilmente interpretativa y amigable el máximo de información posible, facilitando de este modo la intervención y corrección de problemas de una manera fiable y segura, pero además ofreciendo la posibilidad de compartir la información disponible con otros sistemas gracias a las funcionalidades que aportan los sistemas operativos actuales.
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3.1. Estructura interna de un SCADA comercial Un SCADA hoy en día puede funcionar en un gran número de plataformas. Los sistemas tendieron inicialmente a ser propietarios y muy especializados, no pudiendo ser usados con sistemas operativos de fines generales. Esto era debido a que los requisitos de SCADA superaban los límites de la tecnología disponible y, por razones de rendimiento, tendieron a proporcionar sistemas gráficos propios, a usar bases de datos en tiempo real (con gran parte de la base de datos en memoria), y a menudo el hardware debió ser modificado para estos requisitos particulares. Actualmente la industria está evolucionando claramente hacia estándares abiertos: ODBC, OLE, SQL, OPC, sistemas estándares de gráficos, e interconexión a redes (LAN, Internet). Elementos Básicos de un Software Scada
HMI o Interface Hombre Máquina (Human Machine Interface).
Servidor de Datos del Proceso: gestión de datos, alarmas y eventos.
Driver de Comunicación: comunicación con servidores de datos y dispositivos de campo.
Servidor de Acceso a Redes de Datos: gestiona la disponibilidad y el acceso a datos mediante redes.
Servidor de Comunicaciones entre Aplicaciones: Tanto locales como remotas.
Estos elementos nos los vamos a encontrar en la práctica totalidad de los SCADAS comerciales existentes en el mercado.
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Figura 3.1. Estructura relacional de un sistema de supervisión total.
Elementos Opcionales
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Batch: Aplicación para la gestión de recetas y procesos por lotes.
SPC/SQC (Statistical Process Control/Statistical Quality Control). Control Estadístico de Procesos y Calidad.
Seguimiento de Producción: Aplicaciones muy adaptadas a cada proceso y a cada empresa.
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3.2. Tecnología de Sistemas Abiertos Integración La tendencia actual es usar metodologías que permitan la utilización de diferentes herramientas para el control y gestión de la producción, dentro de un mismo entorno. Bajo este concepto encontramos los siguientes apartados: MES (Manufacturing Execution System) Sistema de integración de equipos, aplicaciones y bases de datos. Integración de los sistemas de producción con software de gestión de producción, control de calidad y gestión empresarial en el sentido más amplio. ERP (Enterprise Resouce Planning) Sistema de información con un amplio conjunto de módulos funcionales prefabricados de alto grado de integración.
Figura 3.2. Estructura de sistemas abiertos.
Estos sistemas no suelen formar parte integrante de los SCADAS, pero si mantienen una estrecha relación con ellos al usarlos como fuente de información en tiempo real.
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3.3. Tecnologías de Integración Microsoft Los sistemas operativos desarrollados por Microsoft, hoy en día son los de mayor implantación a nivel mundial. Esto ha llevado a los desarrolladores de SCADAS, ha aprovecharse de las funcionalidades implementadas en estos sistemas operativos. Entre ellas nos encontramos: COM/DCOM (Component Object Model/ Distributed COM) COM permite que una aplicación utilice funcionalidades de otra aplicación residente en el mismo ordenador, ello se hace incorporando a la aplicación principal objetos software propios de la otra aplicación. DCOM (Distributed COM) supone extender el estándar COM a sistemas formados por redes. ActiveX Incorporar un control ActiveX en una ventana de una aplicación SCADA, estableciendo los enlaces necesarios entre las variables de la aplicación y las del control ActiveX, supone añadir un objeto, con código asociado, que realiza una determinada función y que aparece totalmente integrado dentro de la aplicación.
Un botón dentro de nuestra pantalla puede ser un control ActiveX. Este control es realmente un objeto gráfico con un código programado asociado. En realidad no pertenece al SCADA, pero este se aprovecha de sus funcionalidades.
OPC (Object Linking and Embedding for Process Control) El OLE for Process Control, OPC, corresponde a un conjunto de especificaciones basadas en los estándares de Microsoft (COM, DCOM, OLE Automation, y ActiveX) que cubren los requerimientos de comunicación industrial entre aplicaciones y dispositivos, especialmente en lo que se refiere a la atención al tiempo real.
Estas funcionalidades son propias de los sistemas operativos Microsoft. Los SCADAS lo que hacen es aprovecharse de las ventajas que ofrecen, usándolos como si fuesen componentes propios.
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Figura 3.3. Sistema OPC.
Estas tecnologías nos van a permitir, por ejemplo, capturar datos en nuestro SCADA y presentarlos en una hoja de cálculo como Excel, o bien, traspasar información a una base de datos como Access. Pero lo importante es que estas herramientas pueden formar parte de la aplicación que hayamos desarrollado.
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3.4. Conectividad Remota No es extraño hoy en día, recibir peticiones para desarrollar sistemas de supervisión que controlen más de una planta, y además separadas geográficamente, o bien supervisar una factoría a distancia. Para solventar estos problemas se recurre a sistemas de conectividad remota, como puede ser el uso de Internet.
Figura 3.4. Ejemplo de uso de la conectividad remota.
Configuración Cliente/Servidor para Conexión Remota En estos casos el SCADA debe disponer de las herramientas necesarias para poder acceder a este medio de comunicación. Concretamente debe tener capacidad de actuar como Servidor Web, para así aceptar las peticiones de los posibles clientes. Estas peticiones serán realizadas a través de navegadores de uso común como podrían ser Internet Explorer o Netscape. Ni que decir tiene, que la seguridad de estos sistemas es de vital importancia, ya que Internet es una puerta abierta al mundo. El sistema deberá disponer de una gestión de usuarios eficiente, y de sistemas de control de comunicaciones adecuados y seguros (cortafuegos – firewall).
La seguridad en estos casos adquiere una importancia extrema ya que, por ejemplo, podríamos arrancar y parar instalaciones sin estar a pie de máquina
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3.5. Arquitectura y Soluciones En función de las necesidades de nuestro sistema, podemos encontrar múltiples soluciones que se adapten a nuestro proyecto. Los SCADAS nos van a brindar la posibilidad de implementar desde la solución más sencilla a la más compleja. Respuesta ante Necesidades
Arquitectura Monopuesto / Multipuesto.
Sistemas Backup (Salvaguarda de datos).
Estaciones servidoras de datos.
Arquitectura cliente/servidor distribuida.
Figura 3.5. Ejemplo de arquitectura multipuesto.
Lo habitual es el uso de arquitecturas multipuesto, ya que se suelen distribuir terminales a lo largo de una factoría. El uso de arquitecturas monopuesto queda relegado a aplicaciones sencillas y localizadas.
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3.6. Desarrollo de una Aplicación SCADA Vamos a realizar un análisis inicial de las necesidades que se crean cuando hay que afrontar el desarrollo de una aplicación SCADA. Vamos a considerar básicamente tres facetas de estudio. Usuarios Principalmente nos vamos a encontrar dos casos:
Las ingenierías y departamentos de desarrollo: encargados del diseño y generación de aplicaciones SCADA a medida de cada proceso por lo que se requiere una licencia de desarrollo.
Los operarios y encargados del proceso: serán los usuarios de las aplicaciones creadas por los primeros y para ello necesitaran de licencias de runtime.
Una licencia es una protección vía hardware o software de un programa comercial. Una licencia de desarrollo, sería aquella que hay que emplear con la herramienta de programación del SCADA. En cambio una licencia runtime, solo permite ejecutar la aplicación SCADA desarrollada por nosotros, no permitiendo modificación alguna. La primera es la que emplearíamos nosotros, teniendo además las funcionalidades de runtime y programación. La segunda es la que entregaríamos a nuestro cliente junto con nuestra aplicación. Es bastante infrecuente tener que tratar con el primer grupo de usuarios, ya que nosotros seremos normalmente quienes realicemos las labores de ingeniería y desarrollo. Una vez realizado este primer análisis, estudiaremos que es lo que deseamos controlar y el volumen de información a tratar. Inicio de Desarrollo Antes de iniciar el desarrollo deberemos realizar un estudio de los siguientes factores:
Señales de entrada y salida y sus requerimientos de adquisición, visualización (y/o animación) y registro.
Variables de control.
Avisos y alarmas.
Aquí analizaremos también que métodos de comunicación vamos a emplear con los sistemas de adquisición de datos.
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En este apartado es muy importante el análisis de la cantidad de variables a manejar, ya que determinará la elección del sistema de supervisión a emplear, ya que la gran mayoría de los SCADAS comerciales adaptan su oferta al número de variables a tratar. Tras ese punto, analizaremos la funcionalidad solicitada por el cliente.
El número de variables que va a manejar nuestro SCADA va a influir de una manera muy considerable en el precio final de la aplicación.
Es muy habitual encontrarnos paquetes SCADA comerciales que pueden controlar 128, 256, 512, 1024 o 64000 variables, y en casos muy puntuales, sin límite de variables. Cuando nosotros vamos a adquirir las licencias nos van a preguntar por el número de variables que va a manejar nuestro sistema.
Estructura Aquí trataríamos la necesidad de implantación de sistemas monousuario o multiusuario, gestión de usuarios y contraseñas, niveles de acceso de las distintas estaciones o usuarios a las funcionalidades del SCADA, presentación y distribución de la información. Para ello deberemos contemplar los siguientes aspectos:
Diferentes estaciones de trabajo que deben constituir el sistema.
Operativa a realizar en cada una de ellas.
Distribución de los datos en el conjunto de la red.
Es bastante común configurar terminales que solo permiten la visualización de información. Desde estos equipos no se pueden modificar valores ni actuar sobre la instalación.
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3.7. Tendencias Actuales Las tendencias actuales en el desarrollo de aplicaciones SCADA, se centran fundamentalmente en dos ámbitos. Tendencias en la Oferta Estos aspectos los que más nos van a influir como desarrolladores, ya que van a afectar a la facilidad para realizar la aplicación, así como el tiempo que debamos dedicarle.
Sistema Operativo: Windows, Linux.
Lenguaje de Programación incorporado: VBA (Visual Basíc for Applications), VB, C++, IEC1131-3.
Tecnología OPC: MES, ERP, comunicaciones con buses de PLCs.
Servidor web: para acceso utilizando Internet, DNA de Microsoft (Distributed interNet Application).
Funcionamiento en red: LAN e Intranet.
Soporte de controles ActiveX.
Utilización de Toolkits desarrolladas por terceros.
Compatibilidad Microsoft (Sistemas operativos Windows).
Análisis en Tiempo real.
Arquitectura drag and drop (Arrastrar y soltar).
Utilización de PC de bolsillo (pocket PC).
(Herramientas
de
desarrollo)
específicas
Tendencias en la Demanda Estos aspectos vienen marcados principalmente por las necesidades o deseos del cliente.
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Integración de control y gestión o posibilidad de enlazar con estos. Sistemas MES, ERP.
Información en Tiempo Real.
Análisis informático de los datos.
Fiabilidad y seguridad.
Entorno Windows.
Transmisión de información: intercambio de información entre todos los niveles de la pirámide CIM.
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Figura 3.6. Relaciones entre la pirámide CIM, sistemas operativos y comunicaciones.
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• Resumen •
Un SCADA hoy en día puede funcionar en un gran número de plataformas.
•
Actualmente la industria está evolucionando claramente hacia estándares abiertos: ODBC, OLE, SQL, OPC, sistemas estándares de gráficos, e interconexión a redes (LAN, Internet).
•
Los elementos básicos de un software SCADA son:
HMI o Interface Hombre Máquina (Human Machine Interface).
Servidor de Datos del Proceso.
Driver de Comunicación.
Servidor de Acceso a Redes de Datos.
Servidor de Comunicaciones entre Aplicaciones.
•
La tendencia actual es usar metodologías que permitan la utilización de diferentes herramientas para el control y gestión de la producción, dentro de un mismo entorno.
•
Debemos considerar tres facetas a la hora de afrontar el desarrollo de una aplicación de supervisión:
Usuarios.
Inicio de desarrollo: señales, variables de control, avisos.
Estructura.
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