Los sistemas SCADA, al detalle

En esta ocasión dedicamos el espacio de nuestro informe a los sistemas SCADA, cuyo uso se conoce desde hace más de 30 años, razón por la que ya no hablamos de un producto de reciente aparición sino más bien de una nueva generación en este tipo de soluciones. El término SCADA procede del inglés y es acrónimo de ‘Supervisory Control And Data Acquisition’. Simplificando, se trata de programas de software cuya finalidad última es la supervisión remota de una instalación habitualmente industrial, aunque su uso se extiende a otros tipos de emplazamientos. Además, integran en un único sistema datos recogidos desde diferentes sensores, autómatas y equipos de control mediante buses y protocolos múltiples.

1. ¿Qué tipo de arquitecturas SCADA proponen la/s solución/es de su compañía?

Proponemos una arquitectura “muy flexible” basada en MultiCliente-Servidor, con opción de servidores redundantes, responde a esta pregunta Josep Lario, EMEA Software PMM de Omron, mientas que Daniel Benítez Almarza, Technology Consultant en Rockwell Automation afirma que la solución de SCADA llamada “FactoryTalk View” que proponen consiste en un conjunto de servicios que comparten la tecnología “FactoryTalk Services”. “Esta tecnología”, continúa, “nos permite implementar un sistema SCADA distribuido con múltiples usuarios y múltiples servidores redundantes sobre una red Ethernet. Esta tecnología, basada en servidores redundantes, acepta tanto clientes dedicados como estáticos, por ejemplo, salas de control con multipantallas como clientes móviles sobre equipos que tengan capacidad de hablar HTML5.

La novedad más destacable de nuestro scada FactoryTalk View es la capacidad de comunicación mediante CIP Security. El CIP Security está basado en la segmentación lógica de zona y conductos en línea con la norma internacional ISA-99/IEC62443-3-2

Desde ABB proponen dos tipos de arquitecturas. Por una parte, Compact HMI: La arquitectura es cliente/servidor basada en la tecnología de Sistema ABB 800xA DCS con su plataforma de ingeniería orientada a objetos. “Puede ser utilizado en una gran variedad de sectores industriales, desde una simple estación de operación con 50 señales, hasta sistemas con gran número de estaciones de operación y miles de señales”, asegura Mariano de Bernardo Garces, Bid and Proposal Engineer, Energy Industries Division de ABB en España. Mientras, S+ Operations SCADA “es un sistema completamente basado en servidores, donde cada servidor tiene su propio cliente incluido. Adicionalmente, está habilitado para tener redundancia de múltiples niveles y sistemas, por lo que podría también ser empleado en arquitecturas sin servidor”. “Hasta ahora, los sistemas SCADA disponían de un tipo de arquitecturas orientadas a la comunicación de la propia aplicación. Sin embargo, la nueva plataforma de Siemens llamada WinCC Unified, se ha rediseñado por completo y usa tecnologías web nativas tales como HTML5, SVG y JavaScript”, añade, por su parte, César Fernández Ramírez, Responsable de producto HMI/SCADAs de Siemens S.A. Según sus palabras, esto permite el acceso a la visualización desde cualquier explorador web moderno, sin la necesidad de tener que instalar Plug-In adicionales. Gracias a esta innovación, las arquitecturas pasan a ser ilimitadas y similares al acceso a nuestra página web favorita en internet. “Desde la operación directamente en la máquina hasta la integración de sistemas IT en la automatización, WinCC Unified encaja y está preparado para satisfacer no sólo los requisitos actuales sino también los que vendrán en el futuro”, explica el responsable. Y añade: “Debido a su moderna arquitectura será posible ejecutar funcionalidades de WinCC Unified en diferentes escenarios. Junto a las clásicas aplicaciones de usuario "OnPremise", WinCC Unified también se podrá ejecutar en ámbitos Edge o Cloud”.

Por último, Steve Ward, Director, Application Engineering EMEA Machine Automation Solutions de Emerson Automation Solutions, apunta que “soportamos una arquitectura cliente-servidor. El servidor es responsable de la recopilación de datos, su registro y la generación de alarmas y ejecuta scripts y cálculos centrales. El cliente permite al usuario ver los datos en pantallas mediante objetos gráficos animados, curvas de tendencias y ventanas de alarma, también permite ejecutar scripts y cálculos locales”. Según considera, la arquitectura cliente-servidor se amplía con el registro en base de datos. El software SCADA escribe datos en una base de datos SQL actuando como servidor. Luego, sus propios clientes acceden al servidor de base de datos SQL, que pueden incluir el propio SCADA (para análisis de históricos y de tendencias) y otros clientes, como, por ejemplo, otras aplicaciones que generan informes. “Aunque nos referimos a la arquitectura cliente-servidor, en un sistema pequeño todas estas aplicaciones se pueden combinar en un único ordenador. En aplicaciones más grandes, varios clientes y servidores pueden trabajar juntos para proporcionar la funcionalidad requerida”, concluye.

2. ¿Es su SCADA una solución abierta a trabajar con buses y sistemas de control de diferentes fabricantes?

Sí, responde tajante desde Omron Josep Lario, “la arquitectura interna está basada en OPC-UA, siendo este uno de los posibles buses externos disponibles, adicionalmente existen paquetes de Drivers multi-marca”. También obtenemos una respuesta afirmativa desde Rockwell Automation: “Sí, el SCADA “FactoryTalk View” comunica de forma nativa con el protocolo EtherNet/IP (CIP), con el cual puede optimizar las comunicaciones con los controladores Logix de Rockwell Automation. Esta optimización permite subir un escalón en las comunicaciones industriales al usar la versión CIP Security para realizar la autentificación del origen y destino de la comunicación, mantener la integridad de los datos y la confidencialidad de estos ante ataques de hackers a la infraestructura de comunicaciones. Los protocolos avanzados como OPC UA, OPC DA y otros protocolos más comunes como ModbusTCP, ModbusRTU y protocolos propietarios de terceras empresas, son igualmente válidos para el SCADA “FactoryTalk View”.

Desde Emerson también nos contestan que “sí”, “aunque creo que la industria se está moviendo hacia la adopción del estándar OPC UA, sigue en uso una gran cantidad de sistemas existentes que no pueden comunicarse mediante este protocolo”, opina Steve Ward. Por lo tanto, “también admitimos el protocolo Modbus TCP como protocolo abierto estándar de facto junto con controladores nativos para los PLC de muchos competidores, así como para los nuestros. Los controladores de protocolo OPC UA de terceros también son compatibles y ofrecemos un conjunto de herramientas que nos permite a nosotros y también a los usuarios desarrollar controladores adicionales”.

“Compact HMI es una plataforma abierta, que soporta los protocolos siguientes: conectividad mediante OPC (DA, HDA, AE), conexión a bases de datos OLEDB, enlaces directos con los protocolos Comli, SattBus, Modbus Serial and Modbus TCP y clentes de entornos de oficina basados en escritorios ®Smart Client”, responde Mariano de Bernardo Garces, “mientras que S+ Operations SCADA cuentas con los siguientes protocolos integrados: OPC DA, AE, HDA, Modbus, Modbus TCP, IEC 870-5-101/103/104, DNP 3.0, General Electric GSM (Mark V/VI), SPABUS, Text y ComLi”.

Y César Fernández Ramírez, tomando el relevo, afirma que “las redes de comunicación son un componente fundamental de una solución de automatización SCADA, desde Siemens, queremos ofrecer todas las posibilidades para cumplir con los requerimientos de la instalación, tanto usar protocolos de diferentes fabricantes integrados ya en la propia herramienta como pueden ser Profinet, Modbus TCP, Ethernet IP etc. como la utilización de nuevos protocolos abiertos (OPC UA, MQTT, etc.) para dar una solución totalmente abierta”. Según explica, OPC UA (Unified Architecture) es una tecnología no ligada a una plataforma. La interfaz OPC permite interconectar de forma homogénea dispositivos y aplicaciones de distintos fabricantes. Además, el sistema puede ser tanto cliente como servidor OPC UA.

3. ¿Cuáles son los estándares de comunicación elegidos por el mercado para la comunicación entre diferentes equipos y sistemas?

Para Josep Lario de Omron OPC-UA es, sin duda, “uno de los estándares que está creciendo a mayor velocidad, pero no por ello se han de obviar soluciones ampliamente implantadas como ModBus, EtherNet/IP, ProfiNet, BacnetIP o MQTT”, mientras que para Rockwell Automation, en estos momentos el estándar EtherNet/IP es el usado por su tecnología para comunicaciones de alto nivel ya sean Scada-Controlador o Controlador-Controlador. “EtherNet/IP es unas de las mejores redes en su clase que provee al usuario todas las herramientas del estándar Ethernet (IEEE 802.3 con la suit TCP/IP) en aplicaciones industriales a la vez que habilita las comunicaciones para la conectividad a internet y la conectividad con la empresa. Esto permite tener datos en cualquier momento en cualquier lugar de cualquier equipo de nuestra planta industrial. De hecho de que respete al 100% el estándar Internet y del estándar Ethernet hace que la EtherNet/IP sea una red probada, completa y lista para la Industria 4.0 y el IIoT de hoy día y del mañana”, considera Benítez y añade que, en lo relativo a sensórica “el protocolo IO-Link está tomando relevancia respecto a los tradicionales buses 4-20ma, Hart, FieldBus y MosbusRTU”.

Para Siemens, los estándares de programación los podríamos diferenciar desde dos puntos de vista diferentes, el primero sería la capacidad que el sistema tiene para poder desarrollarse a nivel de ingeniería, fuera de la plataforma propietaria y hacer uso de APIs en lenguajes Abiertos de alto nivel (C# .NET). En el caso de WinCC Unified se llama TIA Portal Openness, que permite, por un lado, conseguir una ingeniería automatizada y, por el otro, simplificar el intercambio de datos durante las operaciones. “Adicionalmente hemos incorporado el sistema Open Pipe. WinCC Unified Open Pipe es un sistema de Openness basado en la tecnología Pipe que permite conectar una aplicación del cliente a WinCC Unified RT. La prioridad de WinCC Unified Open Pipe es permitir conectar una aplicación ya existente a WinCC Unified RT sin complicaciones y sin depender del lenguaje de programación programación (NodeJS, Phyton, PowerShell)”, agrega el responsable de Producto HMI/SCADAs, Y puntualiza: los comandos disponibles permiten comunicarse con WinCC Unified Runtime a través de variables y avisos”. “OPC UA es nuestro protocolo recomendado y es compatible con nuestro HMI / SCADA y nuestros controladores”, finalizan desde Emerson, “OPC UA incluye soporte para certificados para permitir la firma y encriptación de mensajes. Se implementa como cliente para comunicaciones con los PLC´s y también como servidor para permitir comunicaciones igual-a-igual con otros sistemas. También recomendamos Modbus TCP para controladores existentes que no son compatibles con OPC UA”.

4. ¿Cuál es su propuesta para la recogida, tratamiento y almacenamiento de datos en tiempo real?

Según contestan desde Omron, los datos se recogen en un controlador Sysmac, que puede llegar a tener una resolución de 125 us con un timestamp inferior a los 10 us. Una vez recogidos pueden ser enviados directamente a un servidor local o en la nube directamente por el controlador, o bien enviados al SCADA vía OPC-UA, EtherNet/IP, registro directo en Base de datos, etc… “El soporte de protocolos multimarca posibilita también recolectar datos desde otros controladores o dispositivos no Omron”, concluyen. Por su parte, el Technology Consultant en Rockwell Automation explica que, para la recogida de datos, el software FactoryTalk Linx (servicio FactoryTalk que puede trabajar en redundancia de hardware) es el suministrador de datos al sistema scada FactoryTalk View y al FactoryTalk Historian. El FactoryTalk Historian es el responsable de gestionar el almacenamiento de las series de datos de forma optimizada para evitar que una consulta del SCADA a datos históricos resulte en una ralentización del sistema global. El FactoryTalk Historian permite su distribución en diferentes centros productivos y la agregación automática de los datos provenientes de todos ellos. “En el caso de que los datos estén distribuidos en múltiples localizaciones con un bajo ancho de banda”, puntualiza, “el FactoryTalk Edge Gateway nos permite contextualizar los datos de la instalación antes de ser enviados a su almacenamiento en la nube”. Y añade: “El tratamiento inteligente de los datos lo realizamos con herramientas como el VantagePoint o Thingworx, que extrae los datos de cualquier sistema historizador y de cualquier otra base de datos para realizar informes empresariales donde se relacionen los datos propios de la/s diferentes planta/s con información propia de las capas MES (pedidos, materiales, horarios personal, costes materia prima…)”.

En el caso de ABB, Compact HMI dispone de funcionalidades propias integradas para el almacenamiento y el tratamiento de la información, como registros y tendencias con capacidades avanzadas, base de datos en tiempo real o cálculos con los datos almacenados, los introducidos por el operador, etc.; mientras que S+ Operations SCADA tiene integrada completamente la funcionalidad de un sistema de históricos. “Se emplea para el almacenamiento de datos de proceso, alarmas y eventos, registros y cálculos de rendimientos y soporta clientes dedicados y también clientes basados en Web browsers”, explica Mariano de Bernardo. “Los sistemas WinCC Unified utilizan SQLite como tipo de base de datos predeterminado”, considera César Fernández Ramírez desde Siemens, “eso significa que podemos hacer uso de una base de datos opensource con bajos o medios requerimientos de archivación”. Para una cantidad superior de variables de registro o la necesidad de una archivación a largo plazo es necesaria la opción Database Storage. La opción Databased Storage habilita un registro basado en SQL Server de Microsoft. Asimismo, “cuando hablamos de tratamiento de los datos, lo más importante es no solo guardarlos de una manera eficiente, sino sacar valor de ellos. Y para eso existen opciones dentro del sistema que me permiten calcular, analizar y guardar indicadores específicos importantes de la planta, máquinas o líneas de producción completas. Con WinCC Unified Performance Insight podemos mostrar KPIs y desviaciones en los procesos de producción y derivar optimizaciones potenciales, generando un beneficio para la instalación”.

Finalmente, Steve Ward explica que en el caso de Emerson los datos de los controladores se recopilan utilizando el protocolo adecuado. Los datos brutos se pueden escalar y alisar, luego se mantienen en una base de datos en tiempo real dentro del software SCADA. Los datos de la base de datos en tiempo real se utilizan para animar los objetos de la pantalla para proporcionar a los usuarios una vista en vivo de la planta o de la aplicación y se muestran en los gráficos de curvas de tendencias. “Los datos también se comparan con los límites de alarma (absoluto, ratios de cambio, relativo) para poder actualizar una base de datos de alarmas en tiempo real separada. La información de alarma se puede ver en listas de alarmas para que los operadores puedan tomar medidas”, explica y añade que los datos “también están disponibles en un motor de scripts donde se pueden utilizar en scripts y cálculos; los resultados se pueden volver a escribir en la base de datos en tiempo real o se pueden utilizar para generar más acciones”. Además, con fines históricos, “los datos y las alarmas se pueden almacenar en una base de datos SQL o mediante OPC UA en un Historian de alta velocidad. Los datos y las alarmas de la base de datos SQL se pueden volver a leer en la aplicación SCADA para visualizarlos en pantallas, en tendencias históricas, en listas de alarmas históricas, o se pueden utilizar en una aplicación externa. Los datos SQL también se pueden utilizar para informes. Y las aplicaciones externas pueden realizar análisis avanzados, incluidos AI y ML”.

5. ¿Cuáles son las novedades más destacables que propone su producto?

“Nuestra propuesta de SCADA está claramente orientada al futuro, por lo que la tecnología utilizada permite que el SCADA pueda crecer de forma flexible con su aplicación, ya sea aumentando el número de clientes dedicados, sino también los más livianos clientes basados en tecnología Web (HTML, SVG), posibilitando la filosofía abierta BYOD, y haciendo de la interacción con la máquina/proceso una experiencia más cercana a la realidad de cada persona”, responden desde Omron, mientras que la novedad más destacable del SCADA FactoryTalk View de Rockwell Automation es la capacidad de comunicación mediante CIP Security. El CIP Security está basado en la segmentación lógica de zona y conductos en línea con la norma internacional ISA-99/IEC62443-3-2. Además, desde la compañía explican que la integración del CIP Security en controladores, servocontroladores y variadores, como parte de la comunicación EtherNet/IP, permite de forma muy simple identificar y autentificar los participantes de una comunicación, mantener la integridad y la autentificación de los datos y, por último, mantener la confidencialidad tal y como indica la defensa en profundidad promovida por la norma IEC62443-3-3.

Desde ABB proponen dos tipos de arquitecturas: Compact HMI y S+ Operations SCADA

Por otra parte, Compact HMI de ABB es un HMI que permite tener funcionalidades de DCS (Ingeniería simple e integrada, gestión avanzada y flexible de alarmas de proceso, editor de gráficos de última tecnología en ciberseguridad industrial. Asimismo, es altamente escalable. El otro producto que ofrece ABB es S+ Operations SCADA, una estación de operación de alto rendimiento con libros electrónicos de cambios y turnos, interface con sistemas de gestión CMMS, un sistema central de auditorías de seguridad y paquetes para cálculos de rendimiento avanzados.

“WinCC Unified es apto para las aplicaciones HMI y SCADA actuales, pero también está listo para escenarios futuros en el contexto de la digitalización, como por ejemplo, Realidad Aumentada o Edge”, indica el responsable de producto HMI/SCADAs de Siemens S.A. Los hitos más importantes de SIMATIC WinCC Unified son:

• Escalabilidad desde el panel al centro de control.
• Interfaz de usuario moderna basada en tecnologías web.
• Scripting avanzado basado en JavaScript.
• Automatización de las tareas de ingeniería con TIA Portal Openness.
• Jerarquía tecnológica para ingeniería orientada a objetos.
• Fácil colaboración entre los sistemas WinCC Unified.
• Opción de Calendario e Información de Producción basada en KPIs.
• WinCC Unified como plataforma de integración para aplicaciones externas.

Finalmente, Emerson ofrece una gama de capacidades modernas que incluyen:

• Soporte para los últimos sistemas operativos de Microsoft y de código abierto como Linux
• Gráficos vectoriales escalables para admitir múltiples resoluciones de pantalla sin tener que volver a dibujar la pantalla
• Gráficos 3D WPF/XAML
• Clientes HTML5 web y móviles (Apps iOS y Android nativas)
• Arquitectura cliente-servidor abierta basada en OPC UA
• Cliente y servidor OPC UA
• Seguridad integrada (FD CFR21 Part 11, IEC62443-3-3
• Conectividad integrada (OT, IT, IoT)
• GeoSCADA para integrar servicios de mapeo y geolocalización
• Realidad aumentada (RA) integrada para trabajadores móviles
• Opciones para gestión de eficiencia energía, para gestión de edificios y para gestión de eficiencia productiva (OEE)