Sistemas SCADA: un papel fundamental en la supervisión y control de los procesos industriales

Los sistemas para la adquisición y supervisión de los datos en sistemas productivos siguen siendo herramientas indispensables en cualquier planta de producción moderna. Sin embargo, la irrupción de tecnologías y recursos 4.0 los elevan y enlazan cada vez más con la capa IT convirtiéndose en parte relevante de cualquier estrategia orientada al uso del dato. Hablamos así de utilizar SCADA's en la nube y/o construidos sobre estándares abiertos. La opinión de varios expertos, a continuación.

PREGUNTAS

1. ¿Cuáles son las funciones principales de un sistema SCADA moderno?

2. ¿Son adecuados para cualquier tipo de proceso industrial?

3. ¿Son sistemas fácilmente escalables?

4. ¿Aseguran la funcionalidad sobre cualquier tipo de hardware de control?

5. ¿Cuáles son las características más relevantes de los sistemas SCADA's que comercializa su compañía?

1. Las funcionalidades principales (y remarco la palabra ‘principales’) de los sistemas SCADA modernos siguen manteniéndose intactas: comunicación bidireccional con elementos de campo, proporcionar las herramientas de supervisión de cara al usuario mediante la interfaz gráfica (HMI), la historización de series temporales de datos en tiempo real y su visualización, la gestión de alarmas, la modelización de assets y uso de reglas de negocio, y en general proporcionar a los usuarios las herramientas para la operativa del proceso. Ahora bien, todas estas funcionalidades principales en los sistemas SCADA de última generación han pasado a sustentarse en tecnologías actuales como: interfaces gráficas basadas en web nativa, uso de web-widgets, protocolos de comunicación encriptados y seguros, el uso de gráficos con consciencia situacional, la integración de sistemas y APIs de terceros de forma transparente, las arquitecturas híbridas con elementos en la nube, entre otras. Desde mi punto de vista, hablar de un SCADA moderno no va ligado a SCADA en la nube ni construido con herramientas open-source, de hecho, esto podría tener un impacto negativo sobre los procesos industriales que es necesario tener en cuenta.

2. En primer lugar, los SCADA puramente basados en la nube tienen un problema importante, y es que no están teniendo en cuenta que una de las necesidades principales en los sistemas de control es la disponibilidad y el tiempo de reacción. Con las tecnologías actuales y la inercia del entorno industrial, veo complicado que a corto plazo se consiga mover los elementos principales de las aplicaciones SCADA que controlan procesos industriales a la nube. Ahora bien, otra cosa son los SCADA que aplican a entornos IoT, donde el objetivo principal no es el control a tiempo real del proceso y no existe una criticidad por falta de disponibilidad. 

Una alternativa muy viable son las arquitecturas híbridas on-premise y cloud. Este es un ejemplo que ya se ha implantado en algún caso con nuestra tecnología y que sí ha sido un éxito, y consiste en mantener los servicios core del SCADA on premise (motor de runtime, historización de primer nivel y clientes de supervisión locales) y poder hibridarlo con clientes de supervisión que estén alojados en el cloud y con históricos de segundo nivel replicados en el cloud. También es posible mover algún servicio core al cloud, siempre y cuando esté redundando en local y el sistema SCADA tenga la capacidad de aplicar la redundancia nativa por software, y también siempre y cuando se asegure una comunicación con redes de baja latencia y con canales redundantes.

3. Es necesario que los SCADA modernos tengan como funcionalidad principal la escalabilidad. Ofrecer la capacidad de ampliar los servicios de runtime, el número de clientes, los drivers de comunicación… y poder distribuirlos en distintas máquinas de forma fácil se convierte en algo clave para el desarrollo de un proyecto. Esto es una funcionalidad que debería ir ligada al software SCADA, y es independiente de si el sistema está desplegado on premise o en el cloud. No obstante, trabajar con arquitecturas que tengan elementos en el cloud siempre es más flexible, puesto que desaparece la variable de recursos de hardware físicos (CPU, RAM y espacio de almacenamiento de los servidores) y los recursos pasan a ser un recurso externo que contratamos como servicio.

4. Éste es un punto muy importante a tener en cuenta. En primer lugar, recomendaría arquitecturas híbridas donde siempre haya elementos en el Edge que sean capaces de comunicar con protocolos industriales (mediante drivers de comunicación industriales) con los distintos fabricantes de hardware de control.

La adquisición de datos es clave en los sistemas SCADA y, a día de hoy, ni los SCADA 100% Cloud, ni los SCADA open-Source están preparados para abordar la funcionalidad sobre cualquier tipo de hardware de control, es por ello que normalmente acostumbran a utilizar drivers de comunicación estándar en el Edge como los de Kepware o AVEVA, para la parte de adquisición de datos agnóstica.

5. Nuestra compañía es Becolve Digital y somos el partner en exclusiva para Iberia del porfolio de soluciones de AVEVA, que es el líder de software industrial tanto en España como en el resto del mundo (hasta ahora se nos conocía como Wonderware Iberia). Las principales características de nuestra plataforma de tiempo real SCADA AVEVA System Platform con su cliente Intouch OMI son:

• Software abierto y estándar, con más de 170 integradores de sistemas en España certificados y capaces de desarrollar proyectos. 
• Comunicación e integración con cualquier elemento/software tanto de la capa de control (protocolos industriales) como de la capa IT (IoT, web Services, SAP, bases de datos, ESBs...). 
• Robustez, alta disponibilidad y flexibilidad en las arquitecturas (redundantes, distribuidas, elementos remotos y locales…). 
• Escalabilidad: capacidad de implementación desde proyectos pequeños (de centenares o pocos miles de IO) hasta proyectos multi-site de millones de variables de IO. 
• Arquitectura desacoplada (Back end – Front end). Con un backend que se centra en el modelado de assets (con modelado de plantillas) para permitir la reutilización de componentes y la re-ingeniería.
• Con un Front end que incorpora una filosofía de desarrollo SCADA única basada en layouts y contenidos, en lugar de tener que programar cientos de pantallas como en los SCADA tradicionales. De esa forma, la visualización se centra en el contexto del asset en el que se está navegando y se aumenta así la consciencia situacional (Situational Awareness) del operador. Además, todos los contenidos son visualizables desde múltiples formatos como web, móvil, escritorio y multi-pantalla para centros de control con videowalls. 
• Historial de series temporales de datos incorporado en la solución SCADA, con capacidad de almacenamiento del orden de millones de variables. 
• Integración nativa con todo el portfolio de AVEVA como soluciones MES, Batch, gestión de recetas, planificación y secuenciación, workflows avanzados, GMAO, entre otras muchas. Lo que permite abordar cualquier tipo de proyecto y escalar la solución hacia otras muchas funcionalidades añadidas. 
   

1. ▪ Reporte de datos y visualización en recintos de control.

▪ Reporte de datos, visualización y control a pie de máquina, en ocasiones remplazando al Operador Hombre Máquina.

▪ Reporte de datos y supervisión utilizando internet o ‘la nube’ como medio concentrador de múltiples máquinas, líneas e incluso plantas geográficamente distantes.

▪ Seguridad e integridad de los datos y control es mandatorio en todos los casos.

2. La bondad de un SCADA para ser utilizado en diferentes procesos industriales dependerá de la flexibilidad del mismo, debiéndose de tener en cuenta factores como el tiempo de reacción o la tolerancia a fallos de comunicación en caso de tratarse de sistemas basados en la nube.

3. Cada vez más los SCADAS pueden ir desde un simple ‘SCADA de máquina’, que se asemejaría mucho a la de un Interface Hombre Máquina, pero con algunas funciones típicamente relacionadas con la recopilación de datos y reportes mejoradas, hasta aplicaciones puramente SCADA con sistemas redundantes y gran número de tags.

4. Es una tendencia de merado el utilizar SCADAS con drivers para múltiples plataformas, siendo OPC-UA uno de los protocolos abiertos con mayor crecimiento y que permite la utilización de la misma aplicación SCADA conectada a diferentes plataformas de control.

5. Solución escalable: un único editor de Windows 10 (Win32/64) a Windows CE:

▪ Los proyectos son archivos XML sencillos que se pueden abrir y editar con cualquier otro editor

▪ Gestión de datos en tiempo real

▪ Drivers, OPC UA y conectividad DA

▪ Editor potente y sencillo

▪ Informes, tendencias y análisis de datos

▪ Gráficos vectoriales escalables

▪ Máximo nivel de protección

▪ HTML5 compatible con Internet

▪ Preparado para CFR 21 parte 11

1. En la actualidad, un sistema SCADA moderno sigue desempeñando un papel fundamental en la supervisión y control de los procesos industriales, brindando funciones como la adquisición y el registro de datos en tiempo real. Las necesidades de movilidad y un uso normalización de smartphones hacen viable que los sistemas SCADA actuales puedan extenderse a dispositivos móviles para la supervisión de nuestras instalaciones de una forma segura desde cualquier lugar de la planta, incluso más allá de las salas de control tradicionales. Además de satisfacer las necesidades del personal y los operarios de planta, los sistemas SCADA actuales han adquirido importancia a nivel corporativo, ya que existe una creciente demanda de acceso a los datos de manera comprensible. Para ello, es crucial que los sistemas SCADA faciliten la integración con los sistemas MES, lo que permite interpretar el conjunto de la información recopilada durante los procesos productivos y optimizar los rendimientos. Asimismo, se busca la utilización de las herramientas que permitan la integración con el ERP, brindando una visión más amplia y mejorada de nuestro negocio, recopilando e interpretando los datos proporcionados por los diferentes departamentos y utilizándolos como base para la toma de decisiones estratégicas, con el objetivo de mejorar nuestras operaciones y maximizar el rendimiento del negocio.

2. Las características y capacidades específicas del SCADA pueden variar según el proveedor y las necesidades del sistema o la industria en particular, pero debería ser válido, accesible y fácil de implementar para cualquier tipo de proceso, distribución o cantidad de señales. Además, es fundamental que el SCADA pueda adaptarse a los diferentes requerimientos y estándares impuestos en la industria, como la normativa ‘CFR21 Part 11’ de la FDA, que es de obligado cumplimiento en la industria farmacéutica. Esos requisitos incluyen aspectos como la trazabilidad, el registro de operaciones y una auditoria detallada del sistema de producción, preferiblemente a través de herramientas versátiles.

A la hora de poder diseñar un SCADA eficaz y satisfactorio, es de vital importancia comprender el sector, sentarse con el cliente y escuchar y entender sus problemas, objetivos y necesidades. Preferiblemente, se deben utilizar herramientas estandarizadas en lugar de soluciones a medida. Esto es debido a que las soluciones personalizadas suelen ser difíciles de mantener, nos vuelven más dependientes del integrador, pueden tener una continuidad cuestionable y, a medio y largo plazo, suponen una mayor inversión y unos costes de mantenimiento elevados.

3. Un sistema SCADA debe ofrecer la facilidad de ser escalable tanto en términos de capacidad como de tamaño, y ser lo suficientemente versátil como para poder adaptarse a los requisitos cambiantes de un proceso industrial a medida que crece en tamaño y complejidad.

Además, el coste de estas ampliaciones no debería de ser un obstáculo que cuestione la viabilidad del proyecto desde una perspectiva económica. En la actualidad, todavía siguen aplicándose modelos con incrementos de coste basándose en el número de tags, perfiles de usuario o clientes. Sin embargo, y afortunadamente estas prácticas, están siendo reemplazadas por propuestas como Ignition, que establece un estándar basado en una ‘tarifa plana’. Esto significa que los usuarios de Ignition pueden disfrutar de posibilidades de conexión ilimitadas, así como de un número ilimitado de clientes, tags, perfiles de desarrollador, proyectos, informes y conexiones con dispositivos. Esto ofrece una nueva perspectiva completamente diferente al modelo tradicional, que a menudo fomentan proyectos y ampliaciones costosas. 

4. Para ello, es recomendable utilizar un sistema SCADA basado en estándares abiertos. Optar por este tipo de enfoque nos brinda una mayor flexibilidad y facilita enormemente la interoperabilidad con una amplia gama de dispositivos, sistemas y protocolos utilizados en la industria. 

Una herramienta que cumple con estos requisitos es Ignition de Inductive Automation. Ignition se basa en estándares abiertos y no está limitado a proveedores, marcas o fabricantes específicos. Esto nos ofrece una mayor libertad de elección y reduce las restricciones de hardware y software de los grandes fabricantes.

5. Ignition de Inductive Automation es una de las propuestas más potentes y flexibles disponibles en el mercado actual. Su versatilidad le permite satisfacer las necesidades de supervisión y control en una amplia gama de sectores industriales, que destaca principalmente por su propuesta innovadora y su capacidad de escalar, conectar y facilidad de uso. Abarca un sinfín de funcionalidades de una manera intuitiva desde un mismo entorno de trabajo. Ofrece las siguientes características:

• Ofrece una integración nativa entre los mundos de OT e IT, abarcando desde las comunicaciones iniciales con los equipos de campo hasta la integración directa con bases de datos y sistemas de gestión corporativos de distintos proveedores.
• Su estructura modular permite comenzar con los módulos de software esenciales para un proyecto y agregar módulos adicionales a medida que surjan nuevas necesidades con el tiempo. 
• Además de las funciones principales de un SCADA moderno, como la monitorización, el control, las alarmas y el registro, también incluye módulos específicos para la generación dinámica de informes, la gestión MES, el cálculo de OEE, la implementación de lógica y automatismos, la integración con bases de datos y las comunicaciones avanzadas para la IIoT mediante MQTT, entre otros.
• Es un sistema totalmente escalable, sin limitaciones en el número de tags, equipos conectados o bases de datos enlazadas.
• Es compatible con múltiples proveedores de hardware gracias a sus drivers OPC-UA, que facilitan la comunicación con los PLCs y los equipos de campo más comunes del mercado.
• Cuenta con una potente herramienta de diseño de interfaces HMI, que se puede utilizar tanto en equipos de escritorio como en dispositivos móviles, sin importar su tamaño, resolución o sistema operativo.
• Permite la implementación de sistemas validables compatibles con las normativas más exigentes, como por ejemplo la CFR21 Part 11.
•  Permite la implementación de nodos redundantes, con sincronización en tiempo real y cambio automático y transparente entre los nodos principal y secundario.

En términos generales, el SCADA de Ignition destaca en cuanto a posibilidades de escalabilidad, conectividad y facilidad de uso. Proporciona a la industria una solución robusta y adaptable para supervisar y controlar los procesos, mejorar la eficiencia operativa y facilitar la toma de decisiones informadas.

1. En la misma definición de la palabra SCADA vienen incluidas sus tres principales funciones que no han cambiado desde su origen, y que engloban tres áreas: la supervisión, el control y la adquisición de datos. Todos los cambios que se han ido desarrollando a lo largo de los años se pueden clasificar en una de estas tres áreas, que también podríamos generalizarlas un poco más (y de paso adaptarlas a la actualidad) y hablar de monitorización, operación y conexión de datos.

• Monitorización: yo diría que ésta es la función más importante de todas, la que permite a una persona visualizar digitalmente cómo está funcionando su instalación. Aporta un valor imprescindible para el manejo de nuestros equipos porque nos está dando la información de lo que está pasando en tiempo real, y a partir de ahí podemos actuar en consecuencia. El aspecto de las pantallas que nos ofrece un SCADA moderno es muy diferente al original, como bien se puede entender por toda la evolución constante de la informática. Hemos pasado de los monitores monocromo a gráficos vectoriales a lo largo de su historia. Y aunque no ha cambiado la capacidad del SCADA de mostrar información y facilitar a las personas las tomas de decisiones, sí que ha cambiado la forma de hacerlo, aparte del aspecto. Y viene más por el cambio que experimentamos nosotros mismos: ya no nos conformamos con tener esas pantallas en un puesto de operación en una ubicación física concreta dentro de la planta, sino que también queremos poder acceder a esas pantallas desde una sala de control, o desde una tablet o smartphone o desde cualquier sitio en remoto. Ante estos requisitos, el SCADA se ha ido adaptando a los tiempos, aprovechando todas las tecnologías nuevas, como podría ser HTML5, y al mismo tiempo protegiéndose de cualquier vulnerabilidad que tiene el exponerse a estar conectado en red, tanto interna como a Internet.
• Operación: hoy en día, un SCADA es capaz evidentemente de realizar la parte de control automática de procesos, pero no es lo más habitual, esta tarea la han asumido con éxito los PLCs/PACs y los controladores. Lo más frecuente es ver que el SCADA permite que las personas operen con las máquinas, por ejemplo, enviándoles consignas y órdenes. Podríamos decir que permite al operario tomar el control manual de la máquina o lo que es lo mismo operar con ella. Por eso prefiero cambiar la palabra control por operación.
• La evolución de la manera de hacerlo viene ligada con la parte de monitorización, puesto que es desde el mismo entorno desde donde se realizan las acciones. En este punto el cambio más importante y lo que tiene que ofrecer un SCADA moderno es que se puede operar remotamente, pero de forma segura, sabiendo quién lo está haciendo y desde dónde para darle o no permisos a realizar determinadas acciones.
• Conexión de datos: este apartado sí que ha cambiado el concepto tradicional. Cuando nació el SCADA se necesitaba guardar ciertos datos para después poder realizar un análisis, sobre todo visual, mediante gráficas de tendencias en el mismo software. Esta necesidad sigue estando hoy en día y está resuelto guardando los datos tanto en el mismo ordenador donde está instalado el software, como guardándolos en bases de datos remotas. Pero aquí sí que ha ido ampliando sus funciones. Se le está pidiendo que tenga conexión con los protocolos standard de comunicaciones, especialmente con OPC UA y MQTT. El SCADA se ha convertido, de facto, en el equipo que enlaza datos de OT con sistemas de IT y muchas veces en ambos sentidos. Desde siempre ha habido esta necesidad de convergencia entre redes IT y OT para el flujo de datos, y una de las primeras soluciones más o menos segura fue conectar el SCADA con dos tarjetas, una hacia cada red. De esta manera el propio SCADA hacía de firewall entre las dos redes y permitía conectar y mover datos entre ellas. Cuando apareció el concepto de Cloud y de Edge, una de las posibilidades era seguir los mismos pasos, que el SCADA fuese el equipo en el Edge que conectase con el Cloud.
• Tecnológicamente es posible, no hay ningún impedimento en hacerlo, pero hay que analizar con mucho detenimiento las implicaciones de ciberseguridad. 

Desde nuestra experiencia, la opción que nos encontramos más extendida en fábricas es que el SCADA de operación está dedicado a la tarea propia de monitorización y operación y que, para todo el tema de datos que se necesiten compartir con otras aplicaciones, se instalan software dedicados a esa tarea, que ya conectan con el SCADA y con los controladores. Incluso para enviar los datos necesarios al Cloud.

Eso es si hablamos de fábrica, en cambio, si hablamos de máquina, la tendencia es a poner un único equipo que lo haga todo. Es decir, que tenga la funcionalidad de SCADA y además todo lo que actualmente requiere el IIoT. Y, como hemos comentado anteriormente, esta funcionalidad la puede realizar perfectamente el propio SCADA.

Y hablando de Cloud, existe el debate de si se puede instalar o no el SCADA en la nube. Y la respuesta es muy parecida. Técnicamente no hay problema y tiene sus ventajas. Aunque siempre hay un ‘pero’: ¿qué pasa si se cae Internet? ¿Puedo permitirme el lujo de operar sin SCADA? ¿o tengo que parar la producción? Y aquí entra el plan de contingencia. ¿Vale la pena tener un SCADA en local con lo mínimo y en paralelo al de la nube por si pierdo la red? ¿Me compensa tener que mantener los dos? Es un debate que se tiene que abordar de forma particular con cada fábrica y circunstancia, no hay una solución ideal para todos. Hay que revisar las necesidades concretas. Por ejemplo, una opción es usar el SCADA en planta para la operativa de la instalación y usar aplicaciones nativas en la nube que permiten recibir y almacenar los datos, ofrecen al usuario unos dashboards con el estado de su instalación (monitorización de activos), gráficas de datos históricos, incluso KPIs como el OEE de las diferentes máquinas, y muchas otras funcionalidades.

El SaaS es una tendencia imparable, pero hay que estudiar la criticidad de cada aplicación. De las tres funciones principales del SCADA, diría que la supervisión (o monitorización) y la adquisición de datos (o conexión de datos) sí tiene sentido trabajar en aplicaciones en la nube. La parte de control (operación) la considero más crítica.

No todo el mundo necesita estas tres funciones principales, pero un SCADA moderno debe garantizarlas, permitiendo que el usuario elija qué quiere usar, cómo lo quiere usar y dónde lo quiere instalar.

2. Cualquier proceso industrial que requiera la interacción entre una persona y una máquina se beneficiará mucho usando un SCADA. Aparte de ver en todo momento cómo está el proceso, nos avisa o alerta de cualquier posible incidencia que se detecte, de tal manera que podamos actuar rápido para corregir la situación. En algunos sectores de la industria no se puede concebir un proceso de fabricación sin SCADA. Estoy pensando por ejemplo en la industria farmacéutica, donde determinadas acciones que se realicen deben quedar registradas con información de quién la hizo, qué se hizo, cuándo, por qué y desde dónde. De eso se encarga el SCADA. En otros sectores como tratamiento de agua o distribución, tener un SCADA nos permite controlar de forma remota la válvulas, depósitos e instalaciones sin tener que estar físicamente en el lugar.

3. Lo han de ser por naturaleza. Hay fábricas y procesos que viven en continuo cambio, se van adaptando a lo que pide el mercado. Si la solución de SCADA escogida no permitiese ir adaptándose a los cambios sería un problema. Tanto a nivel de arquitectura (servidores, redundancia, puesto de operación, cliente con acceso remoto) como a nivel de funcionalidad, para adecuar la inversión a lo que realmente se está necesitando en cada momento. La flexibilidad y escalabilidad tiene el peligro de convertir al SCADA en un cajón de sastre, que se encargue él de todo lo relativo a OT. Quizá hay que mirar si hay otras soluciones diseñadas específicamente para tareas que, con un poco de imaginación, las podría realizar el SCADA: por ejemplo, gestión de energía, OEE, IIoT, etc.

4. Hoy en día, el SCADA comunica con todos los dispositivos de control y, en gran parte, gracias a Rockwell Automation y otras 4 empresas, que en 1994 se sentaron y crearon el consorcio OPC Foundation para poner un poco de sentido entre todos los diversos protocolos y buses de campo que existían en aquella época. Actualmente, cualquier fabricante de sistema de control permite comunicaciones vía OPC y cualquier SCADA que se precie también. Aparte de comunicación por OPC hay SCADA, como los de Rockwell Automation, que tienen comunicación nativa con el hardware de la misma firma y ofrecen ventajas muy importantes a nivel de prestaciones y rendimiento, por ejemplo, como que las alarmas se definan en el propio controlador en lugar de definirlas en el SCADA.

5. Actualmente, en Rockwell Automation tenemos dos líneas paralelas de trabajo con SCADA. Tenemos la línea que empezamos en el año 1997 y que ha derivado en el actual FactoryTalk View y una nueva línea que acabamos de lanzar al mercado llamada FactoryTalk Optix.

FactoryTalk View es la solución más potente que ofrece Rockwell Automation para la supervisión. Su flexibilidad es tal que el mismo software sirve para tener un único ordenador conectado a los equipos y desde los que realizar la monitorización, hasta tener una arquitectura servidor-cliente con más de 200 estaciones trabajando al mismo tiempo. Comunica con cualquier sistema de control, pero si es de la familia Logix de Allen-Bradley tiene una serie de funcionalidades exclusivas, como por ejemplo:

• Lee directamente los tags del PLC/PAC, sin necesidad de crear y mantener ninguna tabla en el SCADA apuntando a direcciones de memoria.
• Se suscribe a las alarmas que se definan en el controlador, sin necesidad de definirlas en el SCADA.
• Existen una librería de objetos PlantPAX (solución especializada para la Industria de proceso) que se componen de instrucciones personalizadas de controlador con pantallas en el SCADA.

En la parte visual, el FactoryTalk View permite usar ActiveX y controles .NET que, junto al VBA nativo, permite personalizar el SCADA con funciones avanzadas.

Quien utiliza FactoryTalk View sabe que puede realizar cambios en la aplicación de forma online, sin tener que mover ficheros ni parar nada, que es muy de agradecer, así como definir objetos globales al proyecto y después ir creando instancias de éste por las pantallas. Cuando se modifica un objeto global, automáticamente se aplica ese cambio en todos los objetos de todas las pantallas.

Está validado para entornos regulados como farmacia, que necesitan cumplir con la 21CFRPart11.

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Este artículo aparece publicado en el nº 548 de Automática e Instrumentación págs. 40 a 47.