Estos sistemas proveen la información generada por cualquier proceso productivo para permitir su gestión, interpretación y almacenamiento
Un SCADA es un sistema compuesto por computadoras (servidores – IHM’s ), Hardware de comunicación, servicios de tiempo real, históricos, PLC’s o RTU’s , protocolos de comunicación e incluso podemos considerar a las personas que lo operan como parte de la estructura. A su vez, provee la información generada por cualquier proceso productivo para permitir su gestión, interpretación y almacenamiento.
El ciclo de comunicación de un sistema SCADA comienza (sin ser forzoso el orden) en el momento en el que un instrumento de campo envía un dato a un PLC o RTU, una vez recibido, el PLC a través de un canal de comunicación y un protocolo industrial mandan el dato a un servidor de tiempo real, el cual interpretará ese dato y lo pondrá a disposición del operador por medio de un gráfico en una IHM, a partir de ese momento el dato tiene dos destinos: puede ser desechado sino es considerado como importante o puede ser enviado a los servicios históricos para convertirlo en información.
Hay que recordar que existe una gran diferencia entre dato e información, un dato es un simple valor generado en un momento indistinto, mientras que la información es la utilidad que le damos a ese dato.
Este artículo busca dar una idea clara y concreta de cada uno de los aspectos fundamentales de un sistema SCADA que a simple vista no juegan un papel principal en la definición del concepto; sin embargo, son puntos clave que hacen a estos sistemas parte fundamental en la industria petrolera.
Conectividad Abierta y Flexible
Deberá ofrecer amplia interacción con estándares de conectividad (es decir, permitir conexiones por medio de ODBC, XML, SQL) para aumentar la rentabilidad en todos los sentidos y ayudar a la reducción de gastos operativos. Cuando existe este tipo de conectividad, realizar importaciones y exportaciones de datos de una forma libre hacia cualquier fuente externa (Excel, Lotus, Access, Reporting Services) resulta muy sencillo. Hoy en día, si el SCADA permite conexión a sistemas como SAP, añade un valor agregado muy significativo.
Redundancia
Depender de una sola base de datos, de una sola vía de comunicación o de un solo centro de control pone en riesgo de manera exponencial la disponibilidad de cualquier sistema.
Deberá constar de un sistema de base de datos redundante, dualidad de esquemas de redes (dispositivos y medios) y centros de control principal y alterno, de esta forma el sistema está preparado ante cualquier eventualidad.
Así, si la base de datos es corrompida, es interrumpida una conexión (fibra óptica, satelital, etc.) o el sitio de control principal resulta inaccesible (por manifestantes, marchas o eventos climatológicos), el sistema contará con una vía alterna que permitirá agilizar las funciones críticas, facilitar las funciones de soporte y mantener la administración efectiva, lo anterior siempre tiene que ser transparente, imperceptible y rápido para el usuario final, cuando el sistema alcanza esta funcionalidad, logra un toque elegante.
Seguridad
La resistencia de los SCADA para permitir una mezcla entre redes industriales y administrativas fue perdiendo terreno poco a poco con el paso de los años, y es que en la era moderna y con la impetuosa necesidad y disponibilidad de la información, hizo que este escenario fuera eminente cada vez.
En la actualidad un sistema SCADA tiene que ofrecer la interoperabilidad entre ambas redes, sin permitir que sea un punto crítico de la operación, admitiendo que múltiples usuarios puedan conectarse desde su casa, oficina o desde un dispositivo móvil en el momento que lo crean conveniente.
Para ello pueden implementarse medidas de seguridad complementarias como expedición de certificados, huellas únicas digitales, inclusión de dispositivos (firewalls, pixs), ya que no debemos olvidar que una arquitectura SCADA sólida debe estar soportada por un controlador de dominio que dicte los permisos y autoridades de cada usuario del sistema.
Un error común que las personas cometen, es pensar que una vulnerabilidad de la seguridad siempre es cometida desde el exterior del sistema, esto sí puede ser real; sin embargo, también es cierto que un evento puede ejercerse desde adentro del sistema (un usuario malintencionado, enojado o “creativo”).
Arquitectura Distribuida
Una arquitectura distribuida permite la replicación de datos históricos y de tiempo real, apoyándose en una arquitectura flexible y redundante, los sistemas están relacionados entre sí creando una relación de confianza como si fuera uno solo, con las mismas capacidades de operación y control, lo que hace que la información fluya de manera eficaz.
Un claro ejemplo de esto es cuando un sistema SCADA cuenta con un centro de control principal y otro sitio alterno; basados en la filosofía Hot Stand By, cuando un sitio que está en HOT (Principal) cede sus operaciones al sitio alterno (Stand by) la información en ambos sitios debe ser integral y completa, de esta forma el cambio resulta transparente y la operación no es afectada, este proceso es conocido como conmutación de sitios.
Redes de Comunicación Robustas
Entiéndase por “robusta” aquella estructura que admite la redundancia dual sólida y auto generable. En un sistema, ante la falla de cualquier componente de red (switch, router tarjeta de red, IP flotantes) el dispositivo asociado (o redundante) tomará el control sin que el sistema lo note, esto no exime al SCADA de alertar al usuario de dicha falla.
IP Flotante y Teaming son conceptos que pueden ser incluidos en un sistema SCADA. El Teaming es, por su significado al español: “hacer equipo” o “equipo” y es utilizado principalmente por tarjetas de red en servidores y/o computadoras, éste permite que dos tarjetas de red puedan compartir una dirección IP Fija, así, ante la falla de una, la otra continúa trabajando sin problema.
Una IP Flotante es utilizada por servidores redundantes que ofrecen un mismo servicio, es decir, cuando la IP es asignada al Servicio y no al equipo físico.
Los Switches Cascadeados no son más que un par de switches conectados uno con el otro, permitiendo una ventaja en la comunicación, al mismo tono que las tarjetas de red, si uno de las dos fallas, la otra toma la batuta.
Directorio Activo
Es una herramienta para la organización y gestión de recursos de un sistema, desde equipos en solitario, equipos dentro de sistemas completos, hasta usuarios y permisos. Un directorio activo es una parte muy importante de este tipo de sistemas, ya que para los usuarios se pueden definir de manera clara y precisa las responsabilidades y alcances de cada uno de ellos, se pueden crear políticas de acceso, restricciones del uso de recursos, habilitación de servicios, etc. Dependiendo de la complejidad del sistema, sería posible considerar la existencia de un directorio activo redundante.
Interfaz de Usuario Amigable
Proporcionar una interfaz gráfica lo más amigable y simple posible, hace de cualquier SCADA una herramienta imprescindible. Una interfaz gráfica es concebida con el propósito de mostrar la información más crítica o importante, de ser amigable a la vista, de respetar estándares o filosofías de colores, de fácil acceso y navegación, para que con ello el usuario final pueda identificarse y sentirse a gusto con ella.
Deberá contener por lo menos: una barra de herramientas, una zona de sumarios o resúmenes, una zona de alarmas, una barra de estado y una zona de visualización de pantallas personalizadas, los demás elementos siempre suman un plus a la aplicación.
Editor de Interfaces
Para obtener lo mencionado en el párrafo anterior, si no se cuenta con un editor de gráficos potente, deberá ser capaz de desarrollar sus propias pantallas e interfaces. Actualmente existen programas de diseño lo suficientemente buenos para la construcción y modelado de interfaces, no obstante, muy pocas de ellas prestan la funcionalidad de ser programadas. La programación orientada a objetos permite que cada ventana cumpla con un objetivo específico.
Otro aspecto a considerar dentro del desarrollo de interfaces es el tamaño de cada archivo y el consumo de memoria que requiere cada uno, recordando que cada interfaz consume recursos de memoria de la máquina o servidor donde están alojados, por lo que una sobrecarga de recursos puede ocasionar que el rendimiento del equipo se vea afectado.
Sumarios
Los sumarios dentro de un sistema SCADA deben proporcionar información general de las partes del sistema que así lo requieran: estados de comunicación, valores de señales, estado de remotas, alarmas, eventos, etc. Cada sistema debe considerar que la presentación oportuna y rápida de información, provee una facilidad para el análisis de la información que puede llevar a la toma de una decisión de forma oportuna.
Alarmas
Las alarmas son un aspecto medular dentro de su funcionalidad, considerando que estos sistemas son utilizados para el monitoreo de instalaciones industriales, cualquier anomalía o situación que esté fuera de los lineamientos normales de operación, debe ser perceptible en cualquier momento, para ello y utilizando la zona de alarmas podemos obtener de manera inmediata un vistazo de las condiciones de nuestra instalación.
Independientemente de la visualización de las alarmas, deberá permitir ejercer acciones sobre ellas. Como punto adicional a la funcionalidad de las alarmas, debe existir un medio auditivo que permita la identificación de una situación, aun cuando el operador no esté cerca de su estación de trabajo.
Reconocimiento de Alarmas
Poder reconocer aquellas alarmas de las cuales un operador está consiente que sucedieron o están sucediendo, permite indicarle a cualquier persona que opere un sistema SCADA lo que está pasando en ese momento. No debemos olvidar que el reconocimiento de una alarma debe hacerse por medio de una persona con los niveles de autorización adecuada.
Servicios de Tiempo Real
Es aquél que ejecuta todas las funciones de adquisición de datos. La lectura de RTU’s o PLC, control y supervisión de señales, optimización en la calidad de datos, representación de información por citar algunos, son las tareas principales realizadas por este servicio. Lograr una comunicación con los dispositivos de campo a través de múltiples protocolos de comunicación, apertura de puertos y soporte de distintas líneas de comunicación (satelital, microondas, seriales, etc.) como sea necesario, fortalece la columna vertebral de cualquier sistema.
Un servicio de tiempo real debe adquirir los datos de manera secuencial de cada uno de los canales de comunicación al mismo tiempo y sin interrupciones, debe permitir la gestión de la velocidad de adquisición de los datos y, sobre todo, la selección de qué paquetes de datos pueden ser adquiridos o no.
En ocasiones, los datos recibidos en tiempo real deben ser conjugados con otros parámetros para poder determinar el estado de un equipo; si un sistema SCADA cuenta con la capacidad de calcular estados con base en valores de tiempo real recibidos de forma separada, agregará sin lugar a dudas una funcionalidad envidiable.
Servicios Históricos
Todo dato que pasa a través de un sistema de tiempo real, debe ser convertido en un dato histórico, sea cual sea el tiempo que haya permanecido en él. En cualquier ámbito, algo que acaba de suceder, es considerado como parte del pasado y dependiendo de su importancia puede considerarse como un recuerdo que valga la pena almacenar o simplemente desechar.
En los sistemas SCADA, una funcionalidad crítica es la forma en la que la información es almacenada, la manera como esto es llevado a cabo pondrá los cimientos para una correcta presentación de la misma.
Almacenar datos por muestreo o por cada cambio que realicen tiene de forma particular pros y contras, almacenar un dato por muestreo puede ayudar a que los requerimientos de espacio de almacenamiento sean más óptimos, aunque cuando un evento es generado a la mitad del periodo de muestreo, esto puede ocasionar que no sea almacenado y que ante una auditoría quede rastro de lo sucedido.
¿Qué sí y qué no conviene almacenar? Dependerá de la criticidad del proceso, todo tiene que ir historizado, lo que hay que aprender es cada cuándo hacerlo.
Tendencias
Los datos históricos y de tiempo real pueden representarse en curvas, barras, círculos o dispersiones, todo va de acuerdo con el enfoque en el que es aprovechada la información. El sistema deberá ofrecer una flexibilidad en cuanto a la representación de la información, así como ser dinámico, actualizable en tiempo real, capaz de soportar largos periodos de consulta y, sobre todo, amigable a la vista del usuario final.
Conclusiones
Como se ha descrito, para que un sistema SCADA se vea reflejado como un instrumento de valor agregado dentro de la industria, deberá hacer valer cada una de sus fortalezas de la mejor manera, ya que si la propia industria no le da el uso o la participación que merece, dificultará su operación perdiendo de vista el objetivo de hacer más productivo y seguro el negocio.
En la práctica puede verse el efecto benéfico y productivo que tienen las grandes empresas petroleras a nivel mundial, al poner a disposición la adquisición de datos, el control de su instrumentación de manera remota y la creación de reportes ejecutivos (por citar algunos ejemplos).
