PDF de programación - Entrega 31 - Curso sobre Controladores Lógicos Programables (PLC)

Curso sobre Controladores Lógicos
Programables (PLC).

Por Ing. Norberto Molinari.

Entrega Nº 31.

Capitulo 6.

Sistemas SCADAs

6.3 El Sistema de Comunicaciones
La columna vertebral de un sistema SCADA es su sistema de comunicaciones.
Este es un recurso esencial, que debe ser muy confiable. El sistema de
comunicaciones vincula a las RTUs con la Estación Maestra; se pueden utilizar
una variedad de medios de comunicación, incluyendo:

• Línea dedicada
• Línea telefónica
• Fibra óptica
• Telefonía celular
• Radio VHF (Very Hligh Frequency)
• Radio UHF (Ultra High Frequency)
• Microonda
• Comunicación satelital

La selección del sistema de comunicaciones depende de varios factores:
distancias involucradas, tipo de terreno (llanura, montaña, etc.), velocidad de
comunicaciones requerida, y costo. La disponibilidad de infraestructura de
comunicaciones existente puede ser un factor determinante en la selección.

Desde este punto de vista es interesante mencionar que los Sistemas SCADA aplicados
a Sistemas de Transporte de Energía Eléctrica utilizan las mismas líneas de alta tensión
como medio físico, superponiendo señales de comunicaciones a la energía eléctrica
transportada, por medio de la tecnología FSK (Frequency Shift Key).

Las velocidades típicas de comunicaciones varían entre los 600 a 2400 bit/s,
dependiendo de las dificultades que se produzcan en la transmisión. Una característica
deseable del sistema de comunicaciones es la posibilidad de variar en forma automática
la velocidad de transmisión según la dificultad que se tiene para transmitir.

6.4 Clasificación de sistemas SCADA
Los Sistemas SCADA se caracterizan por una gran diversidad, dependiendo del proceso
que controlan, la tecnología utilizada, etc. Es así que toda la clasificación encuentra
abundantes excepciones. A continuación los agruparemos según su distribución
geográfica, ya que los Sistemas SCADA comparten ciertas características en común
desde este punto de vista.

Las descripciones generales del hardware y el software básico utilizados en cada
sistema son en general válidas, encontrándose diferencias mayores en el software de
aplicación, que se adapta a cada caso.

6.4.1 Sistemas lineales
Agruparemos aquí a los sistemas con un desarrollo lineal, tales como:

• Oleoductos
• Gasoductos
• Poliductos
• Acueductos
• Redes de ferrocarriles y subterráneos
• Redes de distribución de energía eléctrica

Estos sistemas están asociados al transporte de elementos, a lo largo de grandes
distancias. Las distancias cubiertas llevan a grandes problemas en el mantenimiento, por
lo que una pequeña mejora en el mantenimiento de los equipos utilizados (estén
asociados al proceso o al SCADA) puede justificar una importante inversión.

Las RTUs pueden estar asociadas a distintos equipos: estaciones compresoras,
estaciones reguladores de presión, válvulas de control y bloqueo, estaciones de
medición, repetidoras del sistema de comunicaciones, etc. La diversidad de estos
equipos lleva a la coexistencia de RTUs de distintos tamaños, según la complejidad del
equipo que supervisan.

Cada una de estas aplicaciones presenta diferentes requerimientos:

• En los poliductos es necesario detectar la interfase entre los distintos fluidos

transportados, su enrutamiento a distintos tanques.

• En acueductos, oleoductos y poliductos se debe controlar el envío de dispositivos de

limpieza denominados scrappers (raspadores, también llamados pig).

• En sistemas ferroviarios, de subterráneos, etc., se debe estimar y verificar la

posición de los trenes a lo largo de la línea.

• En algunos casos el sistema debe integrar funciones administrativas.

Por ejemplo, algunos poliductos cumplen la función de transporte de líquidos de
diversos tipos para distintas empresas. En este caso es necesario determinar
programaciones y prioridades de acceso al servicio de transporte, facturación del
servicio, etc. Los datos básicos para estas prestaciones son suministrados por el
sistema SCADA, a través de las RTUs. En estos casos, el tipo de Estación Maestra
utilizada resulta de la convergencia entre las necesidades del sistema SCADA y el
sistema administrativo.

6.4.2 Sistemas ramificados:
En este caso, el proceso abarca una superficie importante, como por ejemplo:

• Yacimientos
• Redes de distribución de gas, agua o electricidad

Los sistemas asociados a estos procesos dependen en forma importante de sus
características particulares. En las próximas secciones se presentarán ejemplos
asociados a estos casos.

6.5 Ejemplos
A título descriptivo, incluiremos a continuación tres descripciones típicas de sistemas
SCADA. Estas descripciones no son una especificación de lo que un sistema SCADA
debe ser para una aplicación. Más bien, son una descripción general, que guarda
similitud con aplicaciones de la realidad.

6.5.1 Aplicación en un yacimiento de petróleo
Un yacimiento consta de varios pozos, en los que se extrae el petróleo por medio de
diversos equipos. El petróleo es transportado por cañerías hasta las baterías, en las que
recibe un tratamiento inicial, para eliminar la arena, el gas, etc.. Estas baterías tratan el
petróleo de varios pozos. Luego, es transportado por pequeños oleoductos hasta la
planta de tratamiento, en donde recibe nuevos tratamientos (Fig. 6.9).

Fig. 6.9 Sistema SCADA aplicado a un yacimiento.

Las baterías y los pozos están distribuidos en un importante área geográfica. El
mantenimiento de los equipos allí instalados demanda que personal de mantenimiento
los recorra en forma diaria, para inspeccionar su funcionamiento. En estas recorridas se
obtiene la información asociada al proceso, y al estado de los equipos.

La implementación de un sistema SCADA disminuye la frecuencia requerida de estas
recorridas, permitiendo disponer de información en forma instantánea y precisa, tanto
relativa al proceso como a los equipos. Estos sistemas SCADA constan de pequeñas
RTUs, alimentadas con paneles solares, ya que las baterías y los pozos no cuentan
usualmente con energía eléctrica.

Las RTUs se comunican con la Estación Maestra por medio de radios VHF, a
velocidades de 300 a 1200 baudios. Es usual que la actualización de todas las variables
de un yacimiento grande tome 10 minutos, o más.

La Estación Maestra está basada en una PC, que corre un software para control de
procesos apropiado, como el descripto en el Capítulo 8. En algunos casos, se cuenta con
Estaciones de Operación adicionales, distribuyendo la función de interfase al operador.

El petróleo y el gas obtenido son llevados a una Planta de Tratamiento, en donde se los
lleva a una especificación adecuada para su transporte. Esta planta suele contar con un
DCS o un OIS, que puede o no integrar en su red a la Estación Maestra del Sistema
SCADA del yacimiento.

6.5.2 Lectura Automática de Mediciones
(Automated Metering Reading, AMR)
Estos sistemas se aplican en redes de distribución, para facilitar la facturación del
servicio a grandes usuarios del servicio (gas, agua, etc.). Un sistema de AMR consta de
numerosas RTUS, cada una asociada a un usuario (Fig. 6.10).

Cada RTU es básicamente un medidor; pudiendo utilizarse RTUs de propósito general,
o equipos específicamente diseñados para esta función. La RTU almacena la
información del consumo del servicio, a intervalos especificados.
También es responsable de los cálculos que sean requeridos para la determinación del
consumo, por ejemplo, AGA 3 en el caso de gas natural. Se pueden incluir alarmas
asociadas a diversos eventos:

Fig.6 10 Sistema de lectura Automáticas de Mediciones (AMR)

• Falta de energía
• Modificación de la configuración
• Apertura del gabinete que contiene la RTU
• Falla de la RTU o los sensores
• Violación de límites contractuales en el consumo, dentro de bandas
horarias y/o estaciones prefijadas

Esta información es transmitida en forma periódica a la Estación Maestra. Esta puede
ser una PC o workstation, que es parte de la red administrativa de la compañía de
servicios. Puesto que la comunicación se establece en forma diaria, por un corto
período, se pueden utilizar teléfonos celulares como sistema de comunicaciones.

La información disponible en la Estación Maestra es utilizada con fines administrativos,
principalmente, la facturación del servicio al usuario. De esta forma, se elimina la
necesidad de recorrer los medidores de los usuarios para determinar su consumo, y se
disminuye el tiempo entre el consumo del servicio, y su facturación. Se logran así
importantes ahorros financieros y operativos.

El sistema logra una mayor simplicidad aún si el envío de la factura se implementa por
medio de un Intercambio Electrónico de Datos (Electronic Data Interchange, EDI). En
este caso, se eliminan por completo las numerosas operaciones manuales que la emisión
de esta factura requiere (lectura del medidor, ingreso de este dato al sistema,
determinación del consumo, aplicación de las tarifas estacionales, etc.),
transformándolas en unas pocas operaciones electrónicas.

6.5.3 Aplicación en un oleoducto
Describiremos el sistema SCADA de un oleoducto de unos 1000 km. de longitud.
Consta de una estación cabecera (en la que se bombea el petróleo al oleoducto), varias
estaciones intermedias de rebombeo, y una estación terminal (en la que se recibe el
petróleo y se lo almacena en tanques) (Fig. 6.11).

A efectos de bloquear el oleoducto por causas operativas o de emergencia, se cuenta con
válvulas de bloqueo en distintos puntos de la línea.

Se podría tratar de un oleoducto antiguo, que fue actualizado por etapas. Por lo tanto,
actualmente las distintas estaciones podrían contar con sistemas de control de distintas
tecnologías.

Por ejemplo, en la Estación Cabecera y una de las Estaciones de Rebombeo podrían
tener sendos OIS, recientemente instalados.

Otra Estación de Rebombeo utilizaría un PLC para el control lógico, y controladores
unilazo para los lazos de control regulatorio; disponiéndose de una