PDF de programación - Entrega 30 - Curso sobre Controladores Lógicos Programables (PLC)

Curso sobre Controladores Lógicos
Programables (PLC).

Por Ing. Norberto Molinari.

Entrega Nº 30.

Capitulo 6.

Sistemas SCADAs

El nombre SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition, Control Supervisor y
Adquisición de Datos) se aplica a sistemas de control en los que el proceso está disperso
en una amplia superficie geográfica: cubriendo desde algunas decenas de kilómetros
hasta sub-continentes enteros, cruzando varios países.

Los sistemas SCADA se utilizan en el control de oleoductos, sistemas de transmisión de
energía eléctrica, yacimientos de gas y petróleo, redes de distribución de gas natural,
subterráneos, etc..

Un sistema SCADA consta de 3 partes fundamentales (Fig. 6.1):

• Las unidades remotas, o Remote Terminal Unit (RTU): reciben las
señales de los sensores de campo, y comandan los elementos finales de
control. Un sistema SCADA puede tener decenas de RTUS, distribuidas
en una amplia superficie geográfica. En forma periódica son interrogadas por la
Estación Maestra. Pueden tener capacidad de control, o no.

• La Estación Maestra o Master Terminal Unit (MTU): se trata de un conjunto de

equipos que cumple las siguientes funciones:

Interroga en forma periódica a las RTUS, y les transmite consignas;

1
siguiendo usualmente un esquema maestro-esclavo.

2 Actúa como interfase al operador, incluyendo la presentación de

información de variables en tiempo real, la administración de alarmas, y la
recolección y presentación de información historizada.

3 Puede ejecutar software especializado, que cumple funciones específicas
asociadas al proceso supervisado por el SCADA. Por ejemplo, software
para detección de pérdidas en un poliducto.

En sistemas relativamente sencillos, estas funciones pueden estar concentradas en un
único equipo, como una PC. En sistemas de mayor complejidad, se puede utilizar una
minicomputadora para resolver las comunicaciones con las RTUS, y ejecutar el
software de aplicación. En este caso se pueden utilizar terminales o PCs como interfase
al operador.

• El Sistema de Comunicaciones: enlaza la Estación Maestra con las

RTU. La comunicación se puede establecer por distintos medios físicos
(radio, par telefónico, etc.).

Una característica de los Sistemas SCADA es que sus componentes son diseñados por
distintos proveedores, sin coordinación entre sí. Así, se tienen diferentes proveedores
para las RTUs (incluso es posible que un sistema utilice RTUs de más de un proveedor),
modems, radios, minicomputadoras, software de supervisión e interfase con el operador,
software de detección de pérdidas, etc.

Puesto que el diseño de estos componentes no es coordinado por un único proveedor, su
distinta velocidad de evolución tecnológica puede generar incompatibilidades. Por lo
tanto es importante que los distintos proveedores adhieran a normas de facto o de jure.

6.1 Remote Terminal Units, RTU

Las funciones básicas de la RTU son la recolección de la información suministrada por
los sensores conectados al proceso, el comando de elementos finales de control que
actúan sobre el mismo (tales como válvulas y motores), y la comunicación con la
Estación Maestra.

En los primeros sistemas SCADA (alrededor de los años '70) las RTUs sólo aceptaban
un reducido número de funciones prefijadas La introducción de los microprocesadores
en su diseño significó una nueva generación de RTUS, con mayor inteligencia local,
capacidad, y funcionalidad.

En resumen, una RTU debe cumplir con las siguientes funciones:

• Actualizar el valor de las entradas/saldas a intervalos prefijados. El proceso de
actualización se realiza en un cielo de barrido o sean, similar al descripto en la
sección 4.4.1. Consiste en leer la información de las señales de entrada, digitalizarla,
procesar- la (por ejemplo, linealizarla), y volcarla a la memoria de la RTU.
Inversamente, la información de la memoria será volcada a las salidas de la RTU.

Fig. 6.1 Partes de un sistema SCADA

Responder a los requerimientos de la Estación Maestra. Por ejemplo, la Estación
Maestra puede enviar un mensaje solicitando se le informe el estado de las entradas, a lo
que la RTU responde con un mensaje que contiene esta información.

Detectar estados dé alarma de procesos, y acumularlos en la memoria para reportarlos a
la Estación Maestra cuando le sean solicitados.

Algunas funciones adicionales que pueden estar disponibles son:

• Capacidad de control regulatorio, secuencial, y lógico.

• Capacidad de cálculo local, por ejemplo, compensación de caudal de gas por presión
y temperatura según la norma AGA3. En este caso, la RTU podría reportar el caudal
de gas compensado por presión y temperatura, en lugar de reportar la presión
diferencial, la presión manométrica y la temperatura. Se disminuye así la carga de la
Estación Maestra, y el tráfico en el sistema de comunicaciones.

• Posibilidad de tomar acciones definidas en caso de falla de las comunicaciones.

Las RTUs se pueden clasificar según distintos criterios.

6.1.1. Clasificación de RTUs por su capacidad

En alguna medida, las funciones arriba detalladas permiten agruparlas en RTUs "tontas"
e "inteligentes":

• RTUs "tontas": no poseen capacidad alguna, más allá de la capacidad de

actualización de las variables de proceso, la comunicación con la Estación Maestra,
y la modificación de salidas en función de comandos de la Estación Maestra.

• RTUs "inteligentes": Poseen capacidad de control y/o cálculo, almacenamiento de

variables de proceso, etc.

Esta clasificación refleja el estado de la técnica a comienzos de los '80, cuando
aparecieron las primeras RTUs inteligentes. Actualmente, la gran mayoría de
las RTUs tienen algún grado de inteligencia, difiriendo principalmente en su
capacidad de procesamiento y su capacidad de almacenamiento de datos
históricos.

6.1.2. Clasificación de RTUs por la cantidad de E/S

Como todas las clasificaciones basadas en la cantidad de E/S, son frecuentes las
excepciones. Aún así, se pueden establecer tres grupos, con características distintivas:

• RTUs pequeñas: Tienen hasta 100 entradas/salidas. Las borneras de conexión,

CPU, memoria, modem, radio, etc., están integrados en una única plaqueta, en una
arquitectura rígida no modular (Fig. 6.2.). Como consecuencia, tienen una estructura
fija de entradas / salidas. Puede incluir en forma opcional la capacidad de control
regulatorio, secuencial, algoritmos AGA de compensación de mediciones de caudal,
etc.

• RTUs medianas: Con una cantidad de hasta 500 E/S, estas RTUs cuentan con una
arquitectura modular que permite ajustar la cantidad y tipo de E/S a las necesidades
del proyecto. Generalmente tienen capacidad de control PID y lógico.

• RTUs grandes: Con más de 500 E/S, estas RTUs generalmente tienen mayor

capacidad de cálculo, y redundancias a distintos niveles (Fig. 6.3.).

Fig. 6.2 RTU monoplaca.

6.1.3 Otras características de las RTUs

Normalmente las RTUs se instalan en lugares apartados, debiendo soportar las
inclemencias del tiempo. Por tal motivo, hay aspectos que deben ser tenidos en cuenta:

• Los gabinetes deben ser aptos para intemperie (por ejemplo, según normas NEMA 4
o IEC IP55). En general, es preferible montarlos en áreas calificadas desde el punto
de vista eléctrico como de "de propósito general". Si esto no es posible, deberán
utilizarse gabinetes adecuados para la clasificación de seguridad eléctrica del área,
pudiendo requerirse que sean a prueba de explosión.

• El sistema de alimentación deberá ser confiable. En algunos lugares se dispone de
una alimentación eléctrica que no es confiable. En este caso, se utiliza una batería
para permitir la operación de la RTU en caso de falla de la alimentación. También es
posible que no exista electricidad en la localización de la RTU. Se utilizan entonces
paneles solares como fuente de alimentación. En este caso se requiere que el
onsumo de la RTU sea bajo, de otra manera, serían necesarios paneles solares

grandes y costosos. Para una RTU pequeña, el consumo puede ser inferior a 2 W.

• La electrónica deberá soportar temperaturas extremas. En lugares fríos en los que se

dispone de energía eléctrica, pueden utilizarse calefactores eléctricos. De lo
contrario, la electrónica deberá soportar bajas temperaturas. En lugares cálidos, la
electrónica debe soportar altas temperaturas. Algunas RTUs soportan
especificaciones de temperaturas ambiente tan extremas como -20 a + 80º C.

• Los indicadores locales permiten identificar el estado de la RTU. Estos pueden ser

simples leds, o indicadores numéricos de 7 segmentos.

Fig. 6.3 RTU del tipo Modular

La comunicación de variables de proceso entre las RTUs y la Estación Maestra es un
objetivo básico de los sistemas SCA.DA.

Para ello es necesario implementar un protocolo de comunicaciones, que sigue
usualmente el esquema maestro-esclavo. Un protocolo que se utiliza con bastante
frecuencia en los sistemas SCADA es el Modbus, de Modicon. Este protocolo presenta
la ventaja de ser un standard de facto, al cual adhieren numerosos proveedores. Como
contrapartida, no tiene algunas características que son deseables en muchos sistemas, y
que se describirán a continuación.

Estas características son ofrecidas por diversos proveedores, como parte de sus
protocolos propietarios.

Reporte por excepción: Esta característica hace al buen aprovechamiento del canal de
comunicaciones. Una RTU sin esta característica recibe (y responde)
mensajes del tipo "transmitir el estado de todas las variables". De este modo,
variables cuyo estado no se alteró desde la última consulta son transmitidas a
la Estación Maestra. En un reporte por excepción, la consulta toma la forma
"transmitir el estado de las variables cuyo estado cambió desde la última
consulta".

Así se disminuye el tráfico de la red en forma significativa. En el caso de variables
discretas, la RTU transmite el valor de aquellas variables que pasaron de 0 a 1,