Introducción Redes y Seguridad

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DESARROLLO

Lee atentamente la información que se presenta. Analízala de acuerdo con los contenidos revisados en la semana y desarrolla la actividad evaluativa.

Imagina que trabajas en una planta de producción de madera, y has sido informado que es necesario integrar la línea de producción 1 con un Sistema de Control Distribuido, aprovechando los sistemas de control que ya se encuentran instalados en la línea 2.

El proyecto separó la automatización de la línea 1 en varias áreas y debe comenzar por el área “A”, en la cual se utilizará un controlador, enlazado a la red de control, solo para esa área y tendrá conectado los siguientes elementos:

• Una tarjeta de bus de campo local con protocolo Profibus H1 donde están conectado:

• Un transmisor indicador de temperatura (Inteligente)
• Un transmisor indicador de flujo (Inteligente)
• Válvula controladora de flujo (Inteligente)

• También están conectados localmente al controlador los siguientes dispositivos:

• Pulsador de partida
• Pulsador de parada

• Además, una posee los siguientes equipados con tecnología lo T:

• Un transmisor indicador de presión
• Un transmisor indicador de caudal
• Válvula controladora de presión

El proceso ya contaba con un controlador PLC con HMI local de marca ABC para control de temperatura de una extrusora, un PLC marca DEF para control de la cámara de vacío, un PLC marca HMN para el carro de arrastre y un sistema SCADA-

Es importante mencionar que contarás con todo el apoyo financiero de la gerencia para poder invertir en otros dispositivos necesarios que no fueron tomados en cuenta en el inicio del proyecto.

A partir de lo solicitado en el caso, completa las siguientes actividades:

• Construye un mapa conceptual donde identifiques los niveles o capas requeridas para transmitir información en una red, luego responde ¿Qué dificultades se encontrarían si no tuvieran una comunicación organizada en capaz?

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• SCADA = Significa “Control de Supervisión y Adquisición de Datos”. Sus funciones y objetivos son:

• Supervisión
• Control
• Adquisición de Datos

• Un sistema SCADA es parte de una arquitectura que incluye:

• Uno o más ordenadores, conectados entre sí, que realizan las funciones de supervisión e implementar la interfaz hombre-máquina. (HMI).

• Una serie de dispositivos periféricos (RTU, módulos de E/S, PLC) que interactúan con el proceso (maquinaria, planta, etc.) a través de sensores y actuadores.

• Una red de comunicación con una variedad de medios de transmisión y protocolos de comunicación, capaz de garantizar el correcto intercambio de datos entre dispositivos periféricos y computadoras de supervisión.

• Un software SCADA es un entorno de desarrollo integrado, que proporciona todas las herramientas necesarias para crear aplicaciones SCADA, diseñadas para ejecutarse en computadoras de supervisión y realizar las funciones típicas de un sistema  SCADA (supervisión, control y adquisición de datos).

• La Supervisión: Es la función que permite al operador tener una visión inmediata del estado del proceso y controlar cómo evoluciona el proceso con el tiempo mediante el análisis de la secuencia de estados operativos. La tarea principal de la supervisión es realizar la interfaz hombre-máquina (HMI). Para ser eficaz, la HMI debe proporcionar al operador una imagen rápida y completa de todo el proceso, destacando el estado, la evolución y las desviaciones inesperadas (alarmas). Para una HMI efectiva, la representación gráfica es de gran importancia, ya que traduce información relevante para el proceso en un lenguaje visual de fácil comprensión para el operador. Por ejemplo, puede mostrar el estado de una bomba a través de un símbolo gráfico con diferentes colores, el cambio del valor de una presión a través de una tendencia gráfica. La aparición de una alarma a través de una ventana emergente.

• El Control: Consiste en la capacidad del sistema de control para interactuar con el proceso controlado, con el fin de modificar su evolución de acuerdo con reglas preestablecidas o decisiones tomadas por el operador. Es importante subrayar que, con “CONTROL DE UN SISTEMA SCADA”, no nos referimos al “CONTROL DE PROCESOS EN TIEMPO REAL”, generalmente la prerrogativa del PLC, sino más bien la capacidad de modificar la evolución del proceso, por ejemplo, enviando una receta de trabajo diferente. Para aclarar el concepto, podemos decir que, con referencia a una temperatura de proceso particular, la tarea de un control en tiempo real es mantener esta temperatura sin cambios (actuando sobre los actuadores apropiados), mientras que la tarea del control SCADA es fijar la temperatura a la que debe funcionar el proceso (enviando el punto de ajuste apropiado).

• La Adquisición de Datos: No sólo significa la transferencia de información de los dispositivos periféricos a los ordenadores de supervisión, sino también la transferencia de información en sentido contrario con el fin de permitir que el sistema de supervisión controle el proceso, es decir, dirigir su evolución modificando los valores de las variables que condicionan su funcionamiento. En otras palabras es la función principal entre las realizadas por los sistemas SCADA. De hecho, al poner el proceso en comunicación con la supervisión, la adquisición de datos hace posible que el sistema de supervisión obtenga toda la información sobre el estado del proceso que es necesaria para permitir la observación del proceso en sí. L a tarea de la adquisición de datos es garantizar la transferencia de información sin errores entre el proceso y la supervisión, en un contexto caracterizado por una variedad de medios de transmisión y diferentes protocolos de comunicación.

• El Software SCADA: Es un entorno de desarrollo integrado que permite la creación de aplicaciones SCADA HMI. Varios software SCADA de varios fabricantes están disponibles con diferencias significativas en precio y rendimiento. La elección del software SCADA más adecuado para la aplicación a desarrollar depende de varios factores, así como de las preferencias personales, pero generalmente se basa en la complejidad del proyecto, las prestaciones requeridas, las limitaciones impuestas por el cliente y el presupuesto disponible. También debe considerar el tiempo de aprendizaje, que suele ser mayor en el caso de un software SCADA más complejo. La elección de un software SCADA complejo se justifica cuando el proyecto involucra una planta grande y de alto costo, para la cual el costo de software y el tiempo de aprendizaje ya no son relevantes, en el caso de proyectos pequeños a medianos con un presupuesto limitado es recomendable avanzar hacia un software SCADA que tenga un costo menor y requiera un tiempo de aprendizaje más corto.

Sin embargo, todo el software SCADA, independientemente de su complejidad, debe tener características comunes con respecto a los siguientes temas:

• Comunicación: Un conjunto de herramientas de desarrollo y controladores de comunicación para interactuar con la mayoría de los dispositivos electrónicos (PLC, controladores, medidores, etc.) de varios fabricantes que operan en el mercado de automatización industrial. Permite construir la BD de las variables a intercambiar con dispositivos externos e incluye los protocolos de comunicación más comunes como OPC, Siemens, Omron, Alen Bradley, Modbus RTU,Modbus TCP, KNX, Bacnet, etc.

• Human Machine Interface (HMI): Un conjunto de herramientas de desarrollo y bibliotecas gráficas para crear plantillas estáticas y animadas. Es importante subrayar la importancia de los gráficos en el desarrollo de una aplicación SCADA. De hecho, la interfaz hombre-máquina (HMI) es tanto más eficaz cuanto más capaz es proporcionar al operador una imagen.

• Información de Proceso: Conjunto de herramientas de desarrollo que permiten al operador disponer de toda la información que describe el estado actual del proceso (datos online) y su evolución en el tiempo (datos históricos). Por ejemplo para permitir que el operador sea notificado rápidamente en caso de mal funcionamiento o para analizar las tendencias gráficas de las variables de proceso monitoreadas y registradas.

• Informes: Un conjunto de herramientas de desarrollo para ordenar y procesar la información adquirida del proceso con el fin de generar informes para los gerentes de producción y calidad. Los informes suelen referirse a un lote de producción específico, destacando sus características y certificando su cumplimiento con los requisitos.

• Arquitectura: Un conjunto de herramientas y reglas para construir arquitecturas complejas en caso de que múltiples aplicaciones interactúen entre sí a través de redes locales (LAN) o públicas (Internet) y puedan interactuar con múltiples operadores tanto locales como remotos (a través del navegador).

• Las Aplicaciones SCADA se utilizan hoy en día en la mayoría de los campos industriales y son una ayuda indispensable para todas las empresas, independientemente de su tamaño y sector de actividad. El software SCADA es el entorno de desarrollo más adecuado para la creación fácil e intuitiva de aplicaciones SCADA complejas. Las aplicaciones SCADA aportan varios beneficios, pero habiendo que destacar uno en particular, podemos decir que sustituyen al hombre en la realización de muchas tareas rutinarias y tediosas, lo que aumenta la productividad, proporciona una gestión más rápida de las alarmas y reduce el riesgo de situaciones potencialmente peligrosas para el medio ambiente. De manera más general, podemos decir que las aplicaciones SCADA:

• Proporciona una gran cantidad de información. Toda la información de estado del sistema, tanto adquirida de los sensores de campo como proporcionada por dispositivos de control en tiempo real (PLC), se recopila, guarda y pone a disposición para su posterior procesamiento con el objetivo de controlar la calidad, aumentar la eficiencia y optimizar la producción.
• Proporcionar una imagen sintética y clara de la planta de producción, una serie de plantillas, que forman parte de la interfaz hombre-máquina (HMI), proporcionan al operador una imagen gráfica de todo el proceso, su evolución en el tiempo y las desviaciones inesperadas (alarmas). De esta manera, toda la información relevante para el proceso se traduce a un lenguaje visual de fácil comprensión para el operador.

• Puede crecer y adaptarse fácilmente al crecimiento de la empresa, la estructura modular y flexible del software SCADA permite adaptarse a las diferentes situaciones que surgen cuando la empresa necesita crecer o cambiar para responder a los desafíos de un mercado globalizado. El software SCADA incluye por ejemplo, todas las herramientas de desarrollo que permiten modificar la aplicación SCADA para proporcionar comunicación con nuevos dispositivos en un contexto caracterizado por una variedad de medios de transmisión y diferentes protocolos de comunicación.

• Permite el control centralizado de unidades remotas. Muchas empresas, especialmente aquellas que gestionan redes de servicios públicos (agua, electricidad, etc.) Se caracterizan por una estructura distribuida por todo el territorio, que tradicionalmente requiere la presencia fija o programada de personal técnico para su operación y mantenimiento. La aplicación SCADA garantiza el control remoto de las unidades periféricas y permite al personal técnico acceder a toda la información con un simple navegador.

• Tipos de Software SCADA:

Una primera diferencia se refiere al tipo de plataforma de software:

• Plataformas dedicadas: que consisten en software desarrollado “ad Hoc” para supervisar una máquina en particular o una planta en particular. Pueden ser desarrollados por el mismo fabricante que también suministra la máquina a supervisar o por una empresa de software sobre la base de las especificaciones proporcionadas por el cliente para llevar a cabo, por ejemplo, la supervisión de una planta. Incluso si el operador tiene la posibilidad de modificar los parámetros de configuración y las recetas del proceso, este software de supervisión encuentra su principal limitación en la imposibilidad de crecer o adaptarse a las diferentes condiciones de uso no previstas inicialmente.

• Plataformas abiertas: Consisten en un software que proporciona al usuario un entorno de desarrollo integrado para crear aplicaciones SCADA, es decir poner a disposición las herramientas necesarias para gestionar las funciones típicas de una aplicación SCADA (protocolos para comunicarse con dispositivos de campo, bibliotecas gráficas para crear plantillas, etc.). En este caso el software se estructura en dos niveles: (Primer Nivel: común a todos los usuarios formado por la plataforma SCADA. Segundo Nivel: Propio de la máquina o planta a supervisar, formado por la aplicación SCADA creado por el usuario. La gran ventaja de la plataforma abierta sobre la plataforma cerrada es que le da al usuario total libertad para expandir o modificar el proyecto.

Una segunda diferencia se refiere a la arquitectura del sistema SCADA:

• Sistema que consiste en un único PC de supervisión: Conectado a los dispositivos de campo. Se pueden tener sistemas SCADA muy complejos con varias plantas a supervisar que se distribuyen en zonas geográficas distintas entre sí, así como la complejidad del sistema se ve afectada por el número de variables a gestionar (desde unas pocas unidades hasta decenas de miles de tags), la variedad de dispositivos de campo conectados, los diferentes protocolos de comunicación. En los más sencillos, cuando el sistema SCADA consiste en un único PC conectado a una única máquina (normalmente controlado por un único PLC), también hablamos de SCADA-HMI.

• Sistemas formados por múltiples PC de supervisión: Conectados entre sí a través de una red local (LAN) o red pública (Internet) y distribuidos en múltiples niveles jerárquicos. El sistema más común se caracteriza por múltiples PC en el mismo nivel jerárquico conectado a una PC central: Los PC de segundo nivel difieren en función de las características geográficas (cada PC pertenece a una zona geográfica diferente) o funcionales (cada PC gestiona una función particular); el PC central hace que toda la información esté disponible desde una sola ubicación.

 Finalmente, una tercera diferencia se refiere a los requisitos en tiempo real:

• Sistemas SCADA clásicos sin requisitos particulares en tiempo real: La función principal es adquirir información del proceso, con el fin de proporcionar una vista resumida del estado, informar rápidamente la ocurrencia de alarmas, registrar toda la información y generar informes para los gerentes de producción o calidad. El envío de datos a los dispositivos de campo suele limitarse a la configuración del sistema o al envío de recetas de procesamiento incluso cuando el software SCADA realiza funciones de control de procesos, es aceptable que puedan ocurrir retrasos de más de un segundo.

• Sistema SCADA caracterizados por estrictos requisitos en tiempo real: Por lo general, se trata de sistemas formados por varios micro controladores conectados entre sí y al PC supervisor a través de una red local, con sistemas operativos deterministas capaces de garantizar tiempo de respuesta del orden de milésimas de segundo. En estos casos, hablamos más propiamente de sistemas (Sistema de Control Distribuido sigla DCS), mucho más caros tanto en términos de costos de desarrollo como de costos de operativos, cuyo uso se justifica solo en el caso de grandes plantas que requieren un rendimiento excepcional en términos de confiabilidad y seguridad.

• Elección del Software SCADA: Depende de varios factores, así como de las preferencias personales, pero en general está  condicionada por la complejidad de la aplicación a desarrollar, las prestaciones requeridas, las limitaciones impuestas por el cliente y el presupuesto disponible. También es necesario tener en cuenta el tiempo de aprendizaje, que es mucho más largo, cuanto más complejo es el software SCADA. En general, podemos decir que el uso de un software SCADA complejo está justificado cuando se trata de sistemas a gran escala, con un costo tan alto que hace que el costo de las licencias y los tiempos de desarrollo sean casi relevantes, en el caso de plantas pequeñas o medianas y de costo no particularmente alto, es mejor avanzar hacia un software SCADA de menor costo que requiera menos tiempo de aprendizaje. Limitando nuestro análisis al caso de una aplicación no particularmente compleja, con un solo PC de supervisión conectado a varios dispositivos de campo sin estrictos requisitos en tiempo real, enumeramos los puntos a analizar para elegir el software SCADA más adecuado:

• Dimensiones del proyecto: El primer punto a establecer es el número de variables a gestionar (Tags), donde “Tags” significa una variable externa, es decir, una variable intercambiada con los dispositivos de campo. El número de tags es importante porque afecta la elección de licencias, los tiempos de respuestas del sistema y los costos de desarrollo.

• Interfaz con dispositivos de campo: Es necesario o verificar que el software SCADA soporta todos los protocolos de comunicación con dispositivos de campo. O, alternamente, que un servidor OPC esté disponible para ser instalado en el PC, con el fin de permitir la comunicación a través del protocolo OPC.

• Conectividad con otro software: Compruebe si la aplicación es necesaria para interactuar con otro software como MES o ERP, en estos casos, la interfaz generalmente se obtiene a través del protocolo OPC.

• Accesibilidad a través del navegador: Solicite que los operadores remotos puedan acceder a la aplicación del servidor a la aplicación del servidor a través del navegador desde dispositivos fijos (escritorio) o móviles (teléfonos inteligentes).

• Interfaz con DBMS externos: Compruebe si la aplicación tiene que interactuar con DBMS externos (MySQL) para registrar tablas de datos (función Datalogger) o para interactuar a través de instrucciones particulares (API) que permiten la ejecución de consultas genéricas (SELECT, INSERT, UPDATE).

• Mantenimiento remoto: Posibilidad de que el operador acceda a dispositivos remotos (típicamente PLCs) utilizando el SCADA como “puente”, para programar los dispositivos remotos sin tener una conexión directa (IP fija, DNS u otra).

La elección del software SCADA siempre debe hacerse equilibrando el rendimiento deseado con los costos generales, tanto en términos de costo de licencias como tiempos de aprendizajes y desarrollo. Los puntos enumerados anteriormente no siempre son todos necesarios y los productos de mejor rendimiento no siempre son los más adecuados. A veces, un producto de menor rendimiento puede ser más confiable y más fácil de administrar, así como más barato. Por último, siempre es recomendable comprobar la capacidad y disponibilidad del proveedor de software SCADA para ofrecer un soporte técnico rápido y adecuado.

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