UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

“Francisco García Salinas”

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA SCADA EN CONTROL INDUSTRIAL

TESIS DE LICENCIATURA

Que presentan:

Jairo Gabriel González EsquivelEdgardo Ortega Méndez

A la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de acuerdo con los requerimientos de la Universidad para obtener el título de

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

Asesores de tesis:

Dr. Rafael Villela Varela

M. I. Aurelio Beltrán Telles

Zacatecas, Zac., Septiembre 2013.

INDICE

Lista de figuras

Lista de tablas

Lista de acrónimos

Capítulo 1. Introducción

1.1. Antecedentes y justificación

1.2. Identificación del problema

1.3. Hipótesis

1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivo general

1.4.2. Objetivos específicos

Metodología

Resumen de la tesis

Capítulo 2. Descripción del sistema SCADA

2.1. ¿Qué es el SCADA?

2.2. Historia del sistema SCADA

2.3. Partes del SCADA

2.3.1. Sistemas DCS

2.3.2. HMI o MMI

2.3.3. Unidad central (MTU, Master Terminal Unit)

2.3.4 Unidad remota (RTU)

2.3.5. Arquitectura tradicional

2.3.6. Sistemas de comunicación

2.3.7. Alarmas y eventos

2.3.8. Seguridad

2.3.9. Necesidad de un sistema SCADA

2.3.10. Funciones de un sistema SCADA

2.3.11. Ventajas

2.4. Investigaciones previas

Capítulo 3. Protocolos de comunicación de un sistema SACADA.

3.1. Protocolo de comunicación DNP3

3.1.1. Detalles técnicos

3.1.2. Nivel de enlace

3.1.3. Nivel de transporte

3.1.4. Nivel de aplicación

3.2. Protocolo de comunicación ICCP

3.2.1. Características del protocolo ICCP

3.2.2. Objetos de asociación del servidor ICCP

3.3. Protocolo de comunicación MODBUS

3.3.1. ¿Qué es la comunicación serial?

3.3.2. ¿Qué es el protocolo RS-485?

3.3.3. MODBUS sobre conexión RS-485

3.3.4. Comunicación Maestro-Esclavo en MODBUS

3.3.5. Representación de datos en MODBUS

3.4. Protocolo de comunicación OPC

3.4.1. Beneficios de OPC

3.4.2. Perspectiva general del acceso de datos OPC

3.4.3. Tipos de interfaces OPC

3.5. Protocolo de comunicación PROFIBUS

3.5.1. Perfiles de PROFIBUS

3.5.2. Funciones de PROFIBUS

3.5.3. PROFIBUS-FMS

3.5.4. PROFIBUS-DP

3.5.5. PROFIBUS-PA

Capítulo 4. Sistema SCADA básico

4.1. Introducción

4.2. Programación del PLC

4.2.1. El PLC

4.3. Programación de S220 PC-Access

4.4. Creación de HMI en LabView

4.5. Programación de ARDUINO

4.6. Programación de HMI ScadaBR

4.7. Circuitería

Conclusiones

Apéndices (opcionales)

1. Características del software SCADA

2. Datos técnicos de los módulos de comunicación

Referencias

Capítulo 1

Introducción.

Damos el nombre de SCADA (Supervisory control And Data Acquisition o Control con Supervisión Y Adquisición De Datos) a cualquier software que permita el acceso a datos remotos de un proceso y permita, utilizando las herramientas de comunicación necesarias en cada caso, el control del mismo (ver figura 1.1).

No se trata de un sistema de control, sino de una utilidad software de monitorización o supervisión, que realiza la tarea de interface entre los niveles de control (PLC) y los de gestión, a nivel superior.[libro cap 2 pag 19]

Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas.

El sistema SCADA proporciona una gestión con datos en tiempo real sobre las operaciones de producción, implementa paradigmas de control más eficientes, mejorando plantas y personal en seguridad y reduce los costos de operación. Estos beneficios son posibles por el uso de hardware y software estándar en sistemas SCADA combinados con protocolos de comunicación mejorada y una mayor conectividad a redes, incluida Internet. Sin embargo, estos beneficios se adquieren en el precio de mayor vulnerabilidad a los ataques o acciones erróneas de una variedad de fuentes externas e internas.

Con estos sistemas se obtienen unos análisis y resultados con los cuales se puede realizar una retroalimentación del proceso o de la actividad, que bien podrá realizar una persona o bien directamente desde el propio proceso. Así, en un proceso de planta industrial se podrá controlar desde un ordenador, el estado de llenados de depósitos, si están activadas o no las electroválvulas, si un motor está funcionando y un sinfín de variables de proceso. De igual modo, además de la observación, se podrán generar órdenes para activaciones a esos elementos del proceso, por ejemplo, desde un botón de pantalla en el ordenador, o mediante una programación horaria.

En el caso de la domótica, se puede utilizar un SCADA para poder tener información y control en todo momento de la iluminación, climatización, puertas automáticas, cortinas de aire, electrodomésticos… siendo una solución muy efectiva para el ahorro energético.

Existen diferentes marcas comerciales de los diferentes fabricantes para sistemas SCADA´s, tales como Wincc, Cx-Supervisor, Citec, Intouch..., aunque se puede implementar un sistema SCADA como desarrollo propio.

Figura 1.1. Sistema SCADA para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales.

1.1. Antecedentes y justificación

La automatización como una disciplina de la ingeniería es más amplia que un sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que incluyen sensores y transmisores de campo, sistemas de control y supervisión, sistema de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para supervisar y controlar las operaciones de plantas o procesos industriales.

En procesos industriales, el uso de equipos de medición facilitan la obtención de datos eléctricos pero su principal desventaja es que su capacidad de lectura se reduce a pocos parámetros, razón por la que el hombre con ayuda de la ciencia y tecnología ha desarrollado equipos que permiten obtener una innumerable gama de datos eléctricos.

Este hecho unido a la utilización de programas de control y adquisición de datos (SCADA) ha permitido llevar a ejecución grandes y eficaces sistemas de uso racional y ahorro de energía.

Las nuevas tecnologías concebidas especialmente para tareas de automatización y control, han conducido a la optimización y mejoramiento en los sistemas de monitoreo de energía, a través de redes industriales. También han beneficiado a los grandes cambios en el sector eléctrico especialmente en el control, supervisión y adquisición de datos que nos ayuda a realizar un estudio más versátil de procesos industriales.

En algunas industrias no se tiene información sobre el sistema SCADA, debido a su importancia y por este motivo debe permanecer clasificada, por medio de ésta guía los futuros operadores tendrán el beneficio de tener un conocimiento amplio sobre que operaciones son las que se realizan en campo, sus complementos y cada una de las funciones que se deben llevar a cabo, así dando un gran aporte para todas aquellas

personas que se capacitan para realizar trabajos de controles industriales con el beneficio del sistema.

Con la realización de ésta guía no solo los estudiantes y maestros de la escuela tendrán la oportunidad de poner en práctica estos conocimientos, sino los estudiantes de otras escuelas podrán utilizar ésta para que puedan hacer uso en campo o en distintas instalaciones industriales.

Basándonos en la ley universal del mínimo esfuerzo, conocida sobradamente por todos, podríamos enfocar los logros tecnológicos como la consecuencia de no querer cansarnos más de lo necesario. En el caso de la informática, su nacimiento y su evolución se deberían a la necesidad de querer automatizar el cálculo matemático y no querer contar con los dedos.

Alrededor de los años sesenta la tendencia en automatización era la de que cada fabricante debía resolver sus problemas de control por sí solo. Quien se encontraba ante un problema de automatización desarrollaba un elemento electrónico específico para solventarlo.

En el año ochenta se introdujo el micro PLC (Controlador Lógico Programable). Estos permitían realizar controles modulares que se adaptaban a las necesidades de momento y venían provistos ahora de sistemas de programación genéricos [2], lo que les deparo un éxito de inmediato en todo ámbito industrial.

A mediados de los noventas aparece una versión de Visual BASIC que permite crear, con gran facilidad, controles gráficos e interfaces de usuario gracias a utilidades ya definidas. Colocar un botón en la pantalla era simplemente eso, picar y arrastrar el botón, ya confeccionado, hasta el lugar deseado.

Se le da nombre de SCADA a cualquier software que permita el acceso a datos remotos de un proceso y permita, utilizando las herramientas de comunicación necesarias en cada caso, el control del mismo [3].

Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción, proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc.

En este tipo de sistemas usualmente existe un ordenador, que efectúa tareas de supervisión y gestión de alarmas, así como tratamiento de datos y control de procesos. La comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN (red de área local) [4].Todo esto se ejecuta normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de planta la posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos.

Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA [5].

1.2. Identificación del problema

El sistema SCADA es un sistema poco conocido entre alumnos y maestros de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica, a pesar de ser ampliamente utilizado en la industria moderna, y no se toma en cuenta para su implementación de campo escolar.

1.3. Hipótesis

Con el fin de encontrar una solución al problema planteado, la propuesta de esta tesis es elaborar un sistema SCADA básico que sea fácilmente entendible por estudiantes y maestros de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica.

Diseñar un sistema SCADA con el equipo de control existente en los laboratorios de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica.

Implementar el sistema para controlar un proceso productivo de alguna empresa de zacatecas.

1.4. Objetivos

1.4.1. Objetivo General

Elaborar un sistema básico que trate sobre los sistemas SCADA para que sirva como guía y que sea fácilmente entendible por los estudiantes y maestros de la unidad Académica de Ingeniería Eléctrica y así poder implementarlo en la unidad.

1.4.2. Objetivos Específicos

Aplicar el sistema SCADA para controlar algún proceso usando el equipo de laboratorio.

Realizar pruebas de acuerdo con un diseño experimental para validar los resultados entregados por el programa.

Generar un MANUAL DE OPERACIÓN PARA EL CONTROL DE UN SISTEMA SCADA para el laboratorio de PLC de UAIE.