SISTEMAS SCADA. PLCs. Programa del Curso 17/10/2015. Sistema Supervisor / SCADA. Comunicaciones. Lenguajes: LD FBD PLC SFC IEC 61131

Transcripción

1 PLCs SISTEMAS SCADA Programa del Curso Sistema Supervisor / SCADA Lenguajes: LD FBD PLC IL Comunicaciones SFC ST IEC Proyectos / Aplicaciones 1

2 Caso de Aplicación 1 km 500m Aplicación - Requerimientos 1. Controlar en forma automática el encendido/apagado de varias bombas en función del nivel del tanque elevado 2. Apagar las bombas ante bajo nivel de agua en las perforaciones 3. Indicar el caudal de agua elevado por perforación 4. Reportar fallas en las bombas (rele térmico, etc.) 5. Supervisar y controlar la operación desde la Estación Central 6. Registrar a largo plazo el nivel del tanque y los caudales de las perforaciones 2

3 Caso de Aplicación 1 km? 500m Sistema SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Tecnología que permite al usuario recolección de datos y control de plantas e instalaciones remotas Evita disponer de operarios junto a la instalación en operación normal El término se suele utilizar para el software utilizado, pero incluye todo el sistema 3

4 Uso de Sistemas SCADA Cambio de setpoints, abrir/cerrar válvulas, supervisar alarmas, recolectar información Gran ahorro de costos para instalaciones cubriendo grandes distancias (kms, cientos de kms, miles de kms) Objetivos de un sistema SCADA Mantener el proceso operando normalmente Retornar el proceso a condiciones normales ante paradas/desviaciones Ejemplos Control y supervisión: Red de agua potable Red de distribución de energía eléctrica Proceso industrial 4

5 Componentes Un sistema SCADA consta de 5 grupos de componentes: La instrumentación de campo Sensores: convierten magnitud física (caudal, velocidad, voltaje) en magnitud eléctrica leída por estación remota Actuadores: dispositivos que actúan sobre equipos de la planta Las estaciones remotas Se instalan en la planta, conectadas a la instrumentación de campo Puede ser: PLC; RTU (Remote Terminal Unit): un sistema de módulos comunicado en un plano distinto que el sistema SCADA La red de comunicaciones Medio para la transmisión de información desde la estación remota Enlace cableado (fábricas); enlace telefónico, celular o radio (grandes áreas geográficas) La estación central de supervisión Unidad maestra del sistema SCADA. Funciones: Comunicación con unidades remotas HMI (Human Machine Interface) Unidades maestras pueden estar dispuestas en red El software que se ejecuta en la estación central de supervisión Caso de Aplicación Operador 1 km Proceso 500m 5

6 Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación Sistema SCADA Unidades Remotas Instrumentación de Campo Proceso Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación Sistema SCADA Unidades Remotas Instrumentación de Campo Proceso 6

7 Instrumentación de Campo Sensores: on/off: presostato, nivel on/off Continuos: transmisor de presión, nivel continuo Actuadores: on/off: motor con marcha directa, válvula on/off Continuos: motor con variador de velocidad, válvula de control Conexión: Cableado duro (24 VDC, ma, etc.) Comunicación digital (MODBUS, Profibus, etc.) Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación Sistema SCADA Unidades Remotas Instrumentación de Campo Proceso 7

8 Unidades Terminales Remotas Conexión de señales de entrada/salida Adquisición de señales y ejecución de comandos Capacidad de comunicación Capacidad de almacenar eventos/datos a la espera de la comunicación (deseable) Puede requerir registro de eventos rápidos (ms), SOE Puede requerir sincronismo de reloj por fuente externa (GPS, etc.) Puede o no tener capacidad de ejecutar lógica (PLC o RTU) PLC vs RTU Normalmente una RTU no ejecuta lógica, maneja fechado de eventos, dispone de reporte por excepción 8

9 Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación Sistema SCADA Unidades Remotas Instrumentación de Campo Proceso Redes de Comunicación Plantas Industriales Redes LAN, cable, fibra óptica Alta velocidad de transmisión Gran volumen de datos Sistemas de Telemetría/Instalaciones Remotas Fibra Óptica / Cable / Radio / Satélite, etc. Usualmente baja velocidad de transmisión Mayormente protocolos Maestro/Esclavo Tiempo de Scan de RTUs Reporte por Excepción 9

10 Comunicación por Radio Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación Sistema SCADA Unidades Remotas Instrumentación de Campo Proceso 10

11 Estación Central / Maestra Master Terminal Unit (MTU) Computadora / PLC Maestro Comunicación con unidades remotas Ejecutar instrucciones de control Registrar información Proporcionar interfaz con el operador (HMI) Estación Central / Maestra Interfaz de Operador (HMI): ventana hacia el proceso Información en tiempo real Envío de comandos al proceso Computadora con Software SCADA / Panel de Operador 11

12 Arquitectura SCADA Software SCADA MODBUS/Radio Línea Telefónica Discada / Dedicada MODBUS/RS485 MODBUS IEC DNP3.0 PLC s RTU s Caso de Aplicación 1 km? 500m 12

13 Aplicación - Requerimientos 1. Controlar en forma automática el encendido/apagado de varias bombas en función del nivel del tanque elevado 2. Apagar las bombas ante bajo nivel de agua en las perforaciones 3. Indicar el caudal de agua elevado por perforación 4. Reportar fallas en las bombas (rele térmico, etc.) 5. Supervisar y controlar la operación desde la Estación Central 6. Registrar a largo plazo el nivel del tanque y los caudales de las perforaciones Caso de Aplicación Componentes Instrumentación de Campo Estaciones Remotas Red de Comunicación Estación Central de Supervisión Aplicación de software Implementación Sensor de nivel de tanque Sensor de nivel de perforación Sensor de caudal de perforación Comando de motor de bomba (contactor/térmico) PLC por sitio con entradas/salidas acorde Enlaces de radio frecuencia: antenas, radio modem, puertos de comunicación Computadora, PLC Maestro Software SCADA 13

14 Caso de Aplicación Componentes Operador Software SCADA Estación Central Red de Comunicación Sistema SCADA Unidades Remotas Instrumentación de Campo Proceso 14

15 Software de Unidad Central El software se denomina igual que el sistema: software SCADA 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 Plataforma datos HMI View SAC Histórico Reportes Visualización Control de supervisión Permite modificar parámetros de la planta SCAN: Procesamiento de datos Adapta los datos a formato de la base de datos Alarmas Exportación de datos históricos Muestra datos en tiempo real Se asocian a cada dato por configuración Control automático de proceso (algoritmos) I/O Driver Plataforma de adquisición de datos Almacenamiento de datos (histórico) Manejo de entrada salida de datos de la planta Capa física de la planta Red de comunicaciones 15

16 Interfaces del software SCADA HMI View Base de datos Cada dato tiene un registro asociado Plataforma datos SAC Driver Image Table Cada registro tiene muchos campos Se configura por bloques lógicos Histórico Imagen de las memorias de las unidades remotas; actualizada cíclicamente Casilleros se denominan poll records Plataforma de adquisición de datos I/O Driver Software: protocolo lógico Hardware: protocolo físico Capa física de la planta Arquitectura SCADA Software SCADA MODBUS/RS485 PLC s 16

17 I/O Driver Tags Registros de la base de datos Señales externas o calculadas Dimensiona el sistema Configuración de Tags: Tipos de Tags: 17

18 Base de Datos Gráficos Data Link 18

19 Ejemplo: Red de Agua Potable Ejemplo: Red de Agua Potable Sistema de telemetría por enlace de radio para control de bombas en perforaciones, y tanques Estación Central en Usina La Paloma PC con SCADA Tablero con PLC Maestro Modbus Antena en torre de 30 m 7 x Estaciones Remotas (La Pedrera, La Virazón) Tableros con PLCs Esclavos Modbus Control de Bombas, Tanques, Variadores, Arranque Suaves 2 x Estaciones Separadas (UPA, La Palma) Enlace independiente Maestro-esclavo 19

20 Arquitectura Mapeo de Variables Variable en Unidad Remota COM Variable en Maestro COM Variable en software SCADA 20

21 Pantalla de Supervisión Pantalla de Supervisión 21

22 Sistema Stand-Alone Estación Central PLCs Sistema Distribuido Clientes Servidores Un Cliente no puede operar sin Servidores 22

23 Redundancia Redundancia de Servidores Redundancia de Red Arquitectura Estaciones de Trabajo Internet Firewall Red de Planta Router Servidor Estaciones de Trabajo Red Cliente/Servidor Servidores Red de Control Controladores Bus de Campo Dispostivos de Campo 23

24 Software SCADA Funcionalidades Básicas: Pantallas de Operación Alarmas Registro Histórico Tendencias Reportes Seguridad de Acceso Pantallas de Operación 24

25 Alarmas Manejo de Situaciones Anormales Linea de Alarmas Banda de Alarmas Lista de Alarmas Indicación en Gráficos de Proceso Tendencias 25

26 Reportes Seguridad de Acceso 26

27 Sistemas de Información Necesidad de intercambiar datos de un sistema SCADA con sistemas de información de la empresa Ej: reportar la producción de un proceso, el consumo de energía eléctrica, etc. Existen mecanismos abiertos para intercambiar datos Pirámide de Automatización weeks ISA-95 days minutes msec ERP: Enterprise Resource Planning MES: Manufacturing Execution System 27