17/10/2015

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PLCs

SISTEMAS SCADA

Programa del Curso

PLCLD

FBD IL SFC

ST

IEC 61131

Comunicaciones

Sistema Supervisor / SCADA

Proyectos / Aplicaciones

Lenguajes:

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Caso de Aplicación

1 km

500m

Aplicación - Requerimientos1. Controlar en forma automática el

encendido/apagado de varias bombas en función delnivel del tanque elevado

2. Apagar las bombas ante bajo nivel de agua en lasperforaciones

3. Indicar el caudal de agua elevado por perforación4. Reportar fallas en las bombas (rele térmico, etc.)5. Supervisar y controlar la operación desde la Estación

Central6. Registrar a largo plazo el nivel del tanque y los

caudales de las perforaciones

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Caso de Aplicación

?

1 km

500m

Sistema SCADAn Supervisory Control And Data Acquisitionn Tecnología que permite al usuario recolección

de datos y control de plantas e instalacionesremotas

n Evita disponer de operarios junto a lainstalación en operación normal

n El término se suele utilizar para el softwareutilizado, pero incluye todo el sistema

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Uso de Sistemas SCADAn Cambio de setpoints, abrir/cerrar válvulas, supervisar

alarmas, recolectar informaciónn Gran ahorro de costos para instalaciones cubriendo

grandes distancias (kms, cientos de kms, miles dekms)

n Objetivos de un sistema SCADAn Mantener el proceso operando normalmenten Retornar el proceso a condiciones normales ante

paradas/desviaciones

Ejemplosn Control y supervisión:

n Red de agua potablen Red de distribución de energía eléctrican Proceso industrial

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ComponentesUn sistema SCADA consta de 5 grupos de componentes:

La instrumentación de campo

Las estaciones remotas

La red de comunicaciones

La estación central de supervisión

Sensores: convierten magnitud física (caudal, velocidad, voltaje) enmagnitud eléctrica leída por estación remota

Actuadores: dispositivos que actúan sobre equipos de la planta

Se instalan en la planta, conectadas a la instrumentación de campo

Puede ser: PLC; RTU (Remote Terminal Unit): un sistema de móduloscomunicado en un plano distinto que el sistema SCADA

Medio para la transmisión de información desde la estación remota

Enlace cableado (fábricas); enlace telefónico, celular o radio (grandesáreas geográficas)

Unidad maestra del sistema SCADA. Funciones:

Comunicación con unidades remotas

HMI (Human Machine Interface)

Unidades maestras pueden estar dispuestas en redEl software que se ejecuta en la estación central de supervisión

Caso de Aplicación

1 km

500mProceso

Operador

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ComponentesOperador

Proceso

Instrumentación de Campo

Red de Comunicación

Unidades Remotas

Estación Central

Software SCADA

SistemaSCADA

ComponentesOperador

Proceso

Instrumentación de Campo

Red de Comunicación

Unidades Remotas

Estación Central

Software SCADA

SistemaSCADA

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Instrumentación de Campon Sensores:

n on/off: presostato, nivel on/offn Continuos: transmisor de presión, nivel continuo

n Actuadores:n on/off: motor con marcha directa, válvula on/offn Continuos: motor con variador de velocidad,

válvula de control

n Conexión:n Cableado “duro” (24 VDC, 4..20 mA, etc.)n Comunicación digital (MODBUS, Profibus, etc.)

ComponentesOperador

Proceso

Instrumentación de Campo

Red de Comunicación

Unidades Remotas

Estación Central

Software SCADA

SistemaSCADA

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Unidades Terminales Remotasn Conexión de señales de entrada/salidan Adquisición de señales y ejecución de comandosn Capacidad de comunicaciónn Capacidad de almacenar eventos/datos a la espera

de la comunicación (deseable)n Puede requerir registro de eventos rápidos (ms), SOEn Puede requerir sincronismo de reloj por fuente

externa (GPS, etc.)n Puede o no tener capacidad de ejecutar lógica (PLC o

RTU)

PLC vs RTU

n Normalmente una RTU no ejecutalógica, maneja fechado de eventos,dispone de reporte por excepción

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ComponentesOperador

Proceso

Instrumentación de Campo

Red de Comunicación

Unidades Remotas

Estación Central

Software SCADA

SistemaSCADA

Redes de Comunicaciónn Plantas Industriales

n Redes LAN, cable, fibra óptican Alta velocidad de transmisiónn Gran volumen de datos

n Sistemas de Telemetría/Instalaciones Remotasn Fibra Óptica / Cable / Radio / Satélite, etc.n Usualmente baja velocidad de transmisiónn Mayormente protocolos Maestro/Esclavon Tiempo de Scan de RTUsn Reporte por Excepción

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Comunicación por Radio

ComponentesOperador

Proceso

Instrumentación de Campo

Red de Comunicación

Unidades Remotas

Estación Central

Software SCADA

SistemaSCADA

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Estación Central / Maestran Master Terminal Unit (MTU)n Computadora / PLC Maestron Comunicación con unidades remotasn Ejecutar instrucciones de controln Registrar informaciónn Proporcionar interfaz con el operador

(HMI)

Estación Central / Maestran Interfaz de Operador (HMI):

n “ventana hacia el proceso”n Información en tiempo realn Envío de comandos al proceson Computadora con Software SCADA / Panel

de Operador

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Arquitectura SCADASoftware SCADA

MODBUS/RS485 MODBUSIEC 870-5-101DNP3.0

MODBUS/Radio Línea TelefónicaDiscada / Dedicada

PLC’s RTU’s

Caso de Aplicación

?

1 km

500m

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Aplicación - Requerimientos1. Controlar en forma automática el

encendido/apagado de varias bombas en función delnivel del tanque elevado

2. Apagar las bombas ante bajo nivel de agua en lasperforaciones

3. Indicar el caudal de agua elevado por perforación4. Reportar fallas en las bombas (rele térmico, etc.)5. Supervisar y controlar la operación desde la Estación

Central6. Registrar a largo plazo el nivel del tanque y los

caudales de las perforaciones

Caso de Aplicación

Componentes Implementación

Instrumentación deCampo

Sensor de nivel de tanqueSensor de nivel de perforaciónSensor de caudal de perforaciónComando de motor de bomba(contactor/térmico)

Estaciones Remotas PLC por sitio con entradas/salidas acorde

Red de Comunicación Enlaces de radio frecuencia: antenas, radiomodem, puertos de comunicación

Estación Central deSupervisión

Computadora, PLC Maestro

Aplicación de software Software SCADA

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Caso de Aplicación

ComponentesOperador

Proceso

Instrumentación de Campo

Red de Comunicación

Unidades Remotas

Estación Central

Software SCADA

SistemaSCADA

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Software de Unidad CentralEl software se denomina igual que el sistema: “softwareSCADA” o “SCADA”

Software multitarea

Organizado verticalmente en capas

Cada capa brinda servicios a la capa por encima

El acceso a los servicios de una capa se realiza por la interfaz a la capa

Arquitectura del software SCADA

Capa física de la planta Red de comunicaciones

Plataforma de adquisición de datos Manejo de entrada salida de datos de la planta

Plataforma datos

HMI

Almacenamiento de datos (histórico)

SCAN: Procesamiento de datos

Control automático de proceso (algoritmos)

Reportes

Visualización

Control de supervisión

Alarmas Se asocian a cada dato porconfiguración

Adapta los datos a formato de la base de datos

Muestra datos en tiempo real

Permite modificar parámetrosde la planta

Exportación de datos históricos

I/O Driver

Histórico

SAC

View

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Interfaces del software SCADA

Capa física de la planta

Plataforma de adquisición de datos

Plataforma datos

HMI

I/O Driver

SAC Histórico

View

Driver Image Table

Hardware: protocolo físico

Software: protocolo lógico

Imagen de las memorias de las unidades remotas;actualizada cíclicamente

Casilleros se denominan “poll records”

Cada dato tiene un registro asociado

Cada registro tiene muchos campos

Se configura por bloques lógicos

Base de datos

Arquitectura SCADASoftware SCADA

MODBUS/RS485

PLC’s

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I/O Driver

Tagsn Registros de la base de datosn Señales externas o calculadasn Dimensiona el sistema

Tipos de Tags:Configuración de Tags:

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Base de Datos

Gráficos

Data Link

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Ejemplo: Red de Agua Potable

Ejemplo: Red de Agua Potablen Sistema de telemetría por enlace de radio para

control de bombas en perforaciones, y tanquesn Estación Central en Usina La Paloma

n PC con SCADAn Tablero con PLC Maestro Modbusn Antena en torre de 30 m

n 7 x Estaciones Remotas (La Pedrera, La Virazón)n Tableros con PLCs Esclavos Modbusn Control de Bombas, Tanques, Variadores, Arranque Suaves

n 2 x Estaciones Separadas (UPA, La Palma)n Enlace independiente Maestro-esclavo

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Arquitectura

Mapeo de Variables

Variable enUnidad Remota

Variable enMaestro

Variable ensoftware SCADA

COM COM

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Pantalla de Supervisión

Pantalla de Supervisión

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Sistema Stand-Alone

PLCs

Estación Central

Sistema Distribuido

Servidores

Clientes

Un Cliente no puede operar sin Servidores

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Redundancia

Redundanciade Red

Redundanciade Servidores

Red Cliente/Servidor

Red de Control

Bus de Campo

Red de Planta

Controladores

Servidores

Router

Dispostivos de Campo

Firewall

Internet

Servidor Estaciones deTrabajo

Estaciones deTrabajo

Arquitectura

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Software SCADAn Funcionalidades Básicas:

n Pantallas de Operaciónn Alarmasn Registro Históricon Tendenciasn Reportesn Seguridad de Acceso

Pantallas de Operación

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n Manejo de Situaciones AnormalesLinea de Alarmas Banda de Alarmas

Indicación en Gráficos de ProcesoLista de Alarmas

Alarmas

Tendencias

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Reportes

Seguridad de Acceso

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Sistemas de Informaciónn Necesidad de intercambiar datos de un

sistema SCADA con sistemas de informaciónde la empresa

n Ej: reportar la producción de un proceso, elconsumo de energía eléctrica, etc.

n Existen mecanismos abiertos paraintercambiar datos

ERP: Enterprise Resource Planning

MES: Manufacturing Execution System

Pirámide de AutomatizaciónISA-95

weeks

days

minutes

msec