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Qué es un sistema SCADA
El término SCADA significa “Supervisory Control And Data Acquisition”. Esta definición describe claramente sus funciones y objetivos: supervisión, control y adquisición de datos.
Un sistema SCADA generalmente está compuesto por los siguientes elementos:
Uno o más equipos interconectados entre sí, encargados de las funciones de supervisión y, en particular, de la interfaz hombre-máquina
Una serie de unidades periféricas (RTU, módulos de I/O o PLC) que se comunican directamente con el proceso (maquinaria, planta, etc.) mediante sensores y actuadores
Una red de comunicación, caracterizada por una multiplicidad de medios de transmisión y protocolos de comunicación, capaz de garantizar el correcto intercambio de datos entre los equipos de supervisión y las unidades periféricas
Por software SCADA se entiende el entorno de desarrollo integrado que pone a disposición todas las herramientas necesarias para crear aplicaciones SCADA destinadas a ejecutarse en los equipos de supervisión, con el fin de cumplir las funciones propias de los sistemas SCADA: supervisión, control y adquisición de datos.
Supervisión
La supervisión debe permitir al operador observar el estado de un proceso y seguir su evolución en el tiempo mediante el análisis de la sucesión de estados.
En la práctica, la supervisión se realiza a través de una interfaz hombre-máquina (HMI), cuya eficacia depende de su capacidad para proporcionar una representación clara e inmediata del proceso, su evolución y las anomalías respecto al comportamiento esperado.
Por ello, la forma en que se visualiza la información resulta fundamental, ya que los datos sobre el estado del proceso deben transmitirse al operador humano con claridad y precisión.
Por ejemplo, un cambio de estado en una bomba puede representarse mediante un icono que cambia de color, los valores de presión a lo largo del tiempo pueden visualizarse con un gráfico, y la activación de una alarma puede mostrarse en una ventana emergente.
Control
La función de control de un sistema SCADA proporciona al operador la capacidad de intervenir en los procesos, ya sea manualmente o mediante comportamientos preprogramados.
Es importante señalar que un sistema SCADA no realiza el control de proceso en tiempo real, que corresponde en cambio a los controladores PLC. En este contexto, el control se refiere a la modificación intencionada del comportamiento del proceso; por ejemplo, puede enviarse al proceso una receta de producción diferente.
Como ejemplo más práctico, podemos imaginar un proceso que requiere un rango específico de temperatura; la capa de control en tiempo real acciona los actuadores para mantener la temperatura, mientras que el sistema SCADA determina el punto de consigna deseado, que puede provenir de la entrada del operador, de una receta o incluso ser calculado por el programa a partir de otras variables.
Adquisición de datos
Por adquisición de datos se entiende principalmente la transferencia de información desde los dispositivos periféricos hacia el equipo de supervisión, aunque también en sentido inverso; cabe destacar que sin esta comunicación bidireccional no sería posible el control del proceso por parte del sistema de supervisión, ya que este requiere enviar comandos al proceso además de recopilar sus datos.
De las tres características de los sistemas SCADA, la adquisición de datos es la función principal, ya que, al poner en comunicación el proceso con la supervisión, proporciona toda la información sobre el estado del proceso necesaria para hacer posible su observación.
El objetivo de la adquisición de datos es garantizar la transferencia fiable y precisa de información entre el proceso y el sistema de supervisión, en un contexto caracterizado por una multiplicidad de medios de transmisión y protocolos de comunicación diferentes.
Que es el Software SCADA
Por software SCADA se entiende un entorno de desarrollo que permite crear aplicaciones de supervisión SCADA HMI. Existen distintos software SCADA, de diversos fabricantes, con diferencias significativas de precio y prestaciones. Sin embargo, todos los software SCADA, independientemente de su complejidad, presentan características comunes que cubren los siguientes aspectos: comunicación, interfaz hombre-máquina, información de proceso, informes y arquitectura.
Las funciones de comunicación se logran mediante herramientas de desarrollo y bibliotecas de drivers para intercambiar datos con dispositivos industriales (PLC, reguladores, multímetros, etc.) de distintos fabricantes del sector de la automatización industrial. La transferencia de datos se realiza mediante variables configurables y es posible gracias a protocolos de comunicación como OPC, Siemens, Omron, Allen Bradley, Modbus RTU, Modbus TCP, KNX, Bacnet, etc.
La interfaz hombre-máquina consiste en herramientas de desarrollo y bibliotecas gráficas para crear sinópticos estáticos y animados. Cabe destacar que la forma en que se muestra la información resulta fundamental para el éxito de una aplicación SCADA.
Los módulos de información de proceso proporcionan herramientas de desarrollo utilizadas para comunicar al operador humano el estado actual (datos en línea) del proceso y su evolución (datos históricos). Dos componentes clave de esta funcionalidad son la gestión de alarmas y la representación gráfica (tendencias) de las variables registradas a lo largo del tiempo.
Las funciones de informes proporcionan herramientas de desarrollo para registrar, organizar y procesar datos. Esto se logra mediante la creación de archivos de informes destinados a la revisión de producción y al control de calidad. Los informes pueden describir un lote de producción específico, destacar sus características y verificar su conformidad con los requisitos establecidos.
El aspecto de arquitectura describe un conjunto de herramientas y principios de diseño para construir un sistema complejo de aplicaciones interconectadas. Estas aplicaciones deben poder comunicarse entre sí a través de redes locales (LAN) o públicas (Internet) y ser accesibles para múltiples operadores, tanto local como remotamente a través de un navegador web.
Ventajas del software SCADA
Las aplicaciones SCADA se utilizan ampliamente en la mayoría de los sectores industriales y aportan un valor significativo a empresas de todos los tamaños, independientemente de su sector de actividad. El software SCADA es simple e intuitivo y está diseñado como el entorno de desarrollo ideal para crear aplicaciones SCADA complejas.
Las aplicaciones SCADA aportan varias ventajas; entre ellas, pueden aumentar la productividad al realizar tareas repetitivas y monótonas sin intervención humana, reaccionar más rápido y de forma más consistente ante las alarmas y reducir los riesgos ambientales al permitir una detección y respuesta más rápida a condiciones anormales de funcionamiento. En general, los sistemas SCADA proporcionan las siguientes capacidades clave:
Proporcionan una gran cantidad de información del proceso. Todos los datos obtenidos de sensores y dispositivos de control en tiempo real (PLC) se recopilan, almacenan y procesan posteriormente para el control de calidad, el diagnóstico de eficiencia y la optimización de la producción.
Ofrecen una visión clara e intuitiva de la planta. La interfaz hombre-máquina (HMI) proporciona una representación gráfica de todo el proceso, su evolución y las anomalías en el comportamiento esperado. Esto garantiza que los datos del estado del proceso se presenten al operador de forma clara y precisa.
Escalan fácilmente y se adaptan al crecimiento de los sistemas. La arquitectura modular y flexible del software SCADA permite adaptarse a los cambios en entornos industriales en expansión y responder eficazmente a los retos de un mercado globalizado.
Permiten el control centralizado de sistemas distribuidos. Muchos sistemas industriales, como los servicios públicos (agua, electricidad, etc.), están distribuidos geográficamente en amplias zonas, lo que tradicionalmente requiere personal permanente in situ o visitas periódicas de técnicos de mantenimiento. Las aplicaciones SCADA permiten la supervisión remota de los equipos de campo y el acceso a la información del sistema desde cualquier lugar mediante un navegador web.
Tipos de software SCADA
Una primera distinción se refiere al tipo de plataforma de software:
Se trata de plataformas dedicadas, formadas por software desarrollado "ad hoc" para supervisar una máquina o una instalación concreta. Pueden ser desarrolladas por el mismo fabricante que suministra la máquina que se va a supervisar, o bien por una empresa de software a partir de las especificaciones proporcionadas por el cliente, por ejemplo, para supervisar una planta. Aunque normalmente el operador puede modificar los parámetros de configuración y las recetas de producción, este tipo de software de supervisión tiene una limitación fundamental: no puede crecer ni adaptarse a condiciones de uso distintas de las previstas inicialmente.
Las plataformas abiertas están diseñadas para ofrecer versatilidad, proporcionando al usuario un entorno de desarrollo integrado para crear una aplicación SCADA, es decir, las herramientas necesarias para gestionar las funciones típicas de una aplicación SCADA (protocolos de comunicación con los dispositivos de campo, bibliotecas gráficas para los sinópticos, etc.). El software se estructura en dos niveles: un primer nivel común a todos los usuarios, constituido por la plataforma SCADA, y un segundo nivel, específico de la máquina o instalación a supervisar, constituido por la aplicación SCADA desarrollada por el usuario. La gran ventaja de la plataforma abierta frente a la cerrada es dejar al usuario la total posibilidad de ampliar o modificar el proyecto.
Un sistema SCADA puede consistir en un único PC de supervisión conectado a dispositivos de campo. Es la configuración más común, aunque no necesariamente la más simple. Estos sistemas pueden supervisar múltiples plantas, a veces distribuidas a grandes distancias o en vastas áreas geográficas; la complejidad depende también del número de variables a gestionar (desde unas pocas hasta decenas de miles), del número de dispositivos de campo conectados y de los protocolos de comunicación empleados. El caso más simple es un único PC conectado a una única máquina, normalmente a través de un solo PLC; se conoce como SCADA-HMI.
Un sistema SCADA puede consistir también en múltiples PCs interconectados entre sí, que pueden interactuar a través de redes locales (LAN) o públicas (Internet), organizados en una jerarquía de varios niveles. La arquitectura más común presenta un único PC central, al que se conectan varios PCs de segundo nivel; estos PCs de segundo nivel pueden organizarse por criterios geográficos (cada PC se ocupa de un área distinta) o funcionales (cada PC tiene asignada una función distinta); el PC principal permite acceder a todos los datos del sistema desde una ubicación centralizada.
Finalmente, una tercera distinción se refiere a los requisitos en tiempo real:
Los sistemas SCADA clásicos no tienen requisitos específicos de tiempo real. Su función principal sigue siendo adquirir información del proceso para ofrecer una visión resumida del estado, señalar rápidamente la aparición de alarmas, registrar toda la información y generar informes destinados a los responsables de producción y calidad. El envío de datos hacia el campo suele limitarse a la configuración de la instalación o al envío de recetas de proceso; incluso cuando el SCADA se encarga del control del proceso, se acepta que puedan producirse retrasos superiores a un segundo.
Otros sistemas SCADA requieren restricciones de tiempo real más estrictas. Estos sistemas suelen consistir en múltiples microcontroladores conectados a un PC supervisor mediante una red local y dependen de un funcionamiento determinista con tiempos de respuesta de milisegundos. En estos casos se habla más propiamente de sistemas DCS que, debido a su elevado coste, solo se justifican en instalaciones de gran tamaño que requieren niveles excepcionales de fiabilidad, precisión y seguridad.
Elección del Software SCADA
La elección del software SCADA depende de múltiples factores, incluidas las preferencias personales, la complejidad de la aplicación, las funcionalidades requeridas, el presupuesto disponible y las restricciones del cliente. Otro aspecto relevante es el tiempo necesario para aprender a usar el software, que aumenta con su complejidad. El uso de software más complejo suele justificarse en sistemas industriales grandes y complejos cuyo coste supera en varios órdenes de magnitud incluso al de los sistemas SCADA más caros, haciendo que los costes de licencia y desarrollo sean secundarios. Para sistemas más pequeños y económicos, suele preferirse un software más simple y asequible, con menor tiempo de formación. Suponiendo que el proyecto requiere una aplicación sencilla, con un único PC conectado a múltiples dispositivos y sin requisitos estrictos de tiempo real, deben considerarse los siguientes puntos:
Tamaño del proyecto: el primer aspecto a considerar es el número de variables requeridas (tag) que deben compartirse con los dispositivos externos. La elección de la licencia, los tiempos de respuesta del sistema y el tiempo de desarrollo dependen del número de tags.
Compatibilidad con dispositivos de campo: es fundamental verificar que el software SCADA proporcione todos los protocolos de comunicación requeridos por los dispositivos de campo; alternativamente, se puede instalar un servidor OPC compatible en el PC de supervisión. Un servidor OPC actúa como intermediario entre la aplicación SCADA y los dispositivos de campo, exponiendo sus datos a través de la interfaz OPC estándar.
Integración con otros software: si la aplicación debe interactuar con otros sistemas empresariales como MES o ERP, esta capacidad debe verificarse. Esto se logra normalmente mediante los protocolos OPC UA Client/Server.
Accesibilidad mediante navegador: si se requiere acceso remoto a la aplicación a través del navegador desde dispositivos de escritorio o móviles, esta capacidad debe verificarse.
Compatibilidad con DBMS externos: si la aplicación debe interactuar con bases de datos externas (MySQL, etc.) para registrar datos o ejecutar consultas mediante API (SELECT, INSERT, UPDATE, etc.), esta capacidad debe verificarse.
Mantenimiento remoto: si la aplicación debe permitir la configuración de dispositivos remotos (PLC) sin acceso directo a la red (IP fija o DNS), esta capacidad debe verificarse.
La elección del software SCADA y de su licencia debe equilibrar siempre la funcionalidad deseada con los costes, así como los tiempos de desarrollo y aprendizaje. A veces, el software más potente no es la mejor solución, ya que algunas funciones pueden no ser necesarias. Un software con menos funcionalidades puede ser más barato, más fiable, menos complejo y más fácil de usar. El soporte técnico rápido y eficaz es un aspecto a menudo subestimado que influye significativamente en el resultado final y debe tenerse en cuenta.
SCADA, IoT e Industria 4.0
IoT (Internet of Things) e IIoT (Industrial Internet of Things) se refieren a cualquier tecnología utilizada para conectar objetos (sensores, actuadores, vehículos, módulos domóticos, etc.) a internet y enviar sus datos a la nube mediante protocolos de comunicación ligeros como MQTT.
Para responder a la creciente demanda de aplicaciones en la nube, los sistemas SCADA han evolucionado para integrar y potenciar el Internet Industrial de las Cosas. La combinación de ambas tecnologías ha permitido que la recopilación de datos de los procesos industriales sea más rápida, más precisa e incluso más segura (ciberseguridad).
Debido a su arquitectura, estos sistemas son especialmente adecuados para:
mantenimiento remoto, diagnóstico remoto y control remoto
monitorización y control de las condiciones de funcionamiento de las máquinas
monitorización del consumo de energía y agua y reducción de emisiones
control de calidad de los sistemas y procesos de producción
Estos sistemas implementan las principales tecnologías habilitadoras (Key Enabling Technologies – KET) de la Industria 4.0 (SCADA, IoT, cloud, big data, ciberseguridad) y se ajustan perfectamente a las directrices establecidas en el Plan Nacional Industria 4.0 de Italia, introducido en virtud de la Ley de Presupuestos de 2017.
Ejemplos de aplicaciones SCADA
El desarrollo de aplicaciones SCADA tiene su origen en la automatización industrial como respuesta a la necesidad de sistemas de control centralizados capaces de acceder a toda la información del proceso de forma unificada, con especial atención a la fiabilidad de la planta mediante la gestión de alarmas y el soporte de mantenimiento.
Las aplicaciones SCADA se utilizan ampliamente en sectores de automatización industrial como plástico, madera, alimentación, cerámica, textil y embalaje, apoyando la optimización de la producción mediante funciones automatizadas como control de calidad, cumplimiento normativo, monitorización de eficiencia e informes.
Con el tiempo, los sistemas SCADA han trascendido la automatización industrial para expandirse al monitoreo remoto de redes de servicios públicos (electricidad, agua, ferrocarriles, etc.), la automatización de edificios y la domótica.
A continuación se presentan algunos ejemplos de aplicaciones SCADA:
