Sistemas de Control Industrial ICS/SCADA

SISTEMAS ICS/SCADA

El término “Sistemas de Control Industrial” (ICS) se aplica a una variedad de sistemas utilizados para la monitorización y el control de procesos industriales de diversa complejidad. Pueden ser tan localizados y sencillos como la ventilación de un edificio, tan complicados como la producción de energía en una central nuclear, o tan geográficamente extensos como el tratamiento y abastecimiento de agua a una ciudad. Se utilizan en sectores industriales muy distintos, como pueden ser el de la fabricación (industria farmacéutica, alimentaria, química, aeroespacial, automovilística, papel, generación de energía…), el de la distribución (electricidad, canalización de agua, aguas residuales, petróleo, gas…),  el de los transportes (aviación, navegación, estaciones espaciales...), o el equipamiento de instalaciones (ventilación, calefacción, y seguridad en edificios), incluyendo las infraestructuras críticas presentes en cualquiera de estos sectores.

Tradicionalmente se han diferenciado tres tipos principales de ICS según su topología:

• Programmable Logic Controller (PLC)

Son dispositivos capaces de realizar operaciones lógicas básicas y algunos cuentan con temporizadores. Se usan para controlar procesos y equipos dentro de una instalación.

Los PLC se usan como componentes dentro de ICS de mayor tamaño, como el caso de los DCS y SCADA que se verán a continuación, pero en instalaciones pequeñas pueden ser independientes y por ello se les categoriza como un tipo de ICS.

• Distributed Control Systems (DCS)

En ellos los elementos de control están dispersos a lo largo de todo el sistema, en contraposición con los sistemas de control centralizado. Suelen estar formados por una jerarquía de controles conectados por redes de comunicación para poder monitorizarlos. La interacción humana es reducida.

• Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA)

Históricamente se han diferenciado de otros tipos de ICS en que supervisan procesos de gran envergadura que incluyen múltiples emplazamientos y grandes distancias. Se usan cuando la recopilación de datos y la supervisión son tan importantes como el control, y consisten en un sistema centralizado compuesto por unidades remotas de telemetría, controladores, servidores de adquisición de datos y de almacenamiento de información histórica, interfaces hombre-máquina, y la infraestructura de comunicaciones necesaria para conectar los elementos del sistema. Son, por tanto, los más complejos en cuanto a arquitectura.

No obstante, la diferencia entre DCS y SCADA es cada vez más sutil ya que, aunque existan elementos de control independientes en los DCS, se tiende hacia sistemas que recopilen sus datos, los monitoricen e incluso les den instrucciones desde un control centralizado.  Es por ello que comúnmente se utiliza “SCADA” para referirse a todo el conjunto de ICS. En este trabajo se utilizarán indistintamente ambos términos.

El Instituto Nacional de Seguridad (INCIBE) ofrece la siguiente definición:

“Se denomina sistema SCADA a aquel conjunto de redes, equipos y programas informáticos que monitorizan en tiempo real procedimientos industriales y tareas complejas, a partir de la información obtenida a través de sensores, comunicándose con los dispositivos actuadores para transmitirles las órdenes adecuadas, pudiendo controlar el proceso de forma automática por medio de un software especializado.” (Pérez, Álvarez, de la Fuente, García y Gutiérrez, 2012a, p. 17)

Y con respecto a su relación con los DCS apunta que “un DCS podría considerarse como un conjunto de sistemas SCADA locales, que conforman un único sistema de monitorización sin ningún puesto de control central” (Pérez, Álvarez, de la Fuente, García y Gutiérrez, 2012b).

Podemos clasificar los componentes que forman los ICS en:

• Medidores

Sensores capaces de medir magnitudes físicas, como la temperatura, presión, nivel de un líquido en un depósito, etc., que envían esa información a los controladores para que ellos tomen las decisiones oportunas en base a ella.

• Controladores

Interpretan las señales provenientes de los sensores y, basándose en la lógica que tienen programada, transmiten las órdenes pertinentes a actuadores tales como válvulas, bombas, interruptores, motores, etc., que intervienen directamente sobre el proceso.

Asimismo convierten esas señales, a menudo analógicas, en información digital y son capaces de enviarla al sistema supervisor así como de recibir órdenes de dicho sistema para, por ejemplo, cambiar los ajustes sobre los que trabaja su programación o enviar una orden inmediata a un actuador.

Existen cuatro tipos principales de controladores:

• Remote Terminal Units (RTU) - Son los controladores más simples y sólo tienen implementadas ciertas operaciones lógicas sencillas.

• Programmable Logic Controller (PLC) - Tienen funcionalidades avanzadas y pueden llevar a cabo un cierto control local sin tener que comunicarse con el sistema SCADA o DCS, lo que también facilita la protección de los elementos que tienen bajo su gestión en caso de pérdida de la comunicación con el sistema centralizado.   Pueden ser programados en determinados lenguajes y a menudo sustituyen a las RTU como dispositivos de campo porque son más versátiles, configurables e incluso económicos. En muchas ocasiones incluyen un servidor web embebido para acceder a su configuración.

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Figura 1: PLC (Klick y Marzin, 2013)

• Programmable Automation Controller (PAC) – Proporciona funciones similares a un PLC pero difieren en cómo hacen las cosas, y usan una arquitectura abierta y modular.

• Intelligent Electronic Device (IED) – Igualmente, realizan funciones similares a los PLC pero se utilizan principalmente en el sector eléctrico. Como necesitan funcionar con altos voltajes, suelen ser construidos con la protección adecuada para estos entornos. No obstante, desde la perspectiva de la funcionalidad son iguales a PLC y RTU: recopilan datos, tienen implementada lógica de control, y reciben y transmiten órdenes.

• Actuadores

Son los elementos físicos que intervienen directamente en el proceso, como válvulas, bombas, interruptores, motores, etc. Son manejados de forma automática mediante las órdenes de los controladores y muchos de ellos también pueden ser accionados manualmente.

• Comunicaciones

Los sistemas ICS generalmente utilizan redes WAN, líneas telefónicas, ondas de radio y la comunicación vía satélite como medio físico para envían datos entre sus dispositivos (medidores, actuadores, controladores  y sistemas de supervisión). Dependiendo de la extensión del sistema, puede limitarse al uso de una red de área local o hacer uso de comunicaciones que permiten cubrir grandes distancias.

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