El SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) es un sistema altamente notable en la supervisión y control de procesos industriales, permitiendo la adquisición de datos en tiempo real. Su integración con PLCs y RTUs optimiza la eficiencia operativa y mejora la seguridad industrial.
La integración de sistemas SCADA requiere normas como ISA-95 e IEC 62264, que aseguran la interoperabilidad entre sistemas SCADA, MES y ERP. La convergencia IT/OT, es esencial para la industria 4.0, pero plantea desafíos en ciberseguridad y compatibilidad de redes que requieren estrategias de protección avanzadas.
¿Cómo definimos SCADA?
Debido a la considerable variación en términos de cómo se diseñan los sistemas SCADA en diversas regiones, industrias y entornos, la ISA (The International Society of Automation) llegó a un consenso sobre la definición.
Tras el debate, el comité adoptó la siguiente definición en una reunión presencial celebrada el 5 de mayo de 2017 en Raleigh, NC, Estados Unidos.
SCADA en el modelo ISA-95
SCADA es un sistema de supervisión de Nivel 2, ubicado entre los controladores de campo (Nivel 1) y la gestión de operaciones (MES en Nivel 3). Su función es recopilar datos en tiempo real del proceso y enviarlos a los sistemas MES y ERP (Nivel 4) para análisis y toma de decisiones estratégicas.
IEC 62264 (Integración Empresa-Control)
IEC 62264 es la versión internacional de ISA-95, que estandariza la integración entre SCADA, MES y ERP. Define cómo SCADA intercambia datos para garantizar interoperabilidad y coherencia en la gestión de operaciones. Aplicar estas normas permite un flujo de datos continuo desde la planta hasta la alta dirección.
Componentes principales de un sistema SCADA
Normalmente se compone de varios elementos clave que trabajan en conjunto para supervisar, controlar y recopilar datos de procesos industriales. Cada componente cumple una función esencial dentro de la infraestructura de automatización, asegurando la eficiencia operativa y la toma de decisiones en tiempo real.
A continuación, se detallan los principales componentes de un sistema SCADA y su función dentro de la automatización industrial.
Interfaz Hombre-Máquina (HMI)
Es una visión de conjunto clara que ofrece a los operarios la información que necesitan en el momento y lugar adecuados. Es decir, permite al operador visualizar en tiempo real el estado del proceso y enviar comandos de control.
Básicamente funciona como un panel de control virtual que reemplaza los antiguos paneles físicos de botones, brindando una visualización amigable del sistema. A través de sus pantallas el operador puede monitorear variables, ver alarmas y estados de fallas, y operar dispositivos. Por ejemplo; iniciar o detener equipos, cambiar modos automático/manual, entre otras acciones.
Controladores y Dispositivos de Campo
Los controladores lógicos programables (PLC) y las unidades terminales remotas (RTU) son los dispositivos de control en campo que interactúan con sensores y actuadores. Estas unidades recopilan datos de los sensores (por ejemplo, mediciones de presión, nivel, temperatura) y envían esa información al sistema SCADA, al tiempo que ejecutan la lógica de control local para accionar actuadores según las condiciones del proceso.
En esencia, los PLC/RTU actúan como el nexo entre la instrumentación de campo y la capa de supervisión. Están conectados a los sensores y ayudan a los técnicos e ingenieros a obtener los resultados confiables. Gracias a estos controladores robustos, el sistema SCADA puede automatizar operaciones en planta incluso en sitios remotos, garantizando la recolección de datos y la ejecución de órdenes en el nivel de campo.
Redes y Protocolos de Comunicación
Para enlazar los dispositivos de campo con la estación central SCADA se emplean redes de comunicación industrial y protocolos especializados.
Según la aplicación, pueden usarse medios para transmitir datos.
- Físicos cableados como Ethernet, fibra óptica y buses seriales.
- Inalámbricos como radio, o redes celulares.
Sobre estos medios operan protocolos los cuales estandarizan la comunicación entre los PLC/RTU y el software SCADA.
- Modbus: por puerto serial o sobre TCP/IP
- OPC (OLE for Process Control)
- EtherNet/IP
Por ejemplo, EtherNet/IP es un protocolo abierto sobre Ethernet que permite la interoperabilidad entre equipos de distintos fabricantes y su uso, garantiza que las mediciones, alarmas y comandos circulen de forma confiable y en tiempo real a través del sistema SCADA.
Estación Maestra / Servidor SCADA
Es el centro de control del sistema, donde se aloja el software de supervisión y la base de datos. Generalmente, está compuesto por uno o varios computadores industriales, que recopilan información en tiempo real desde los PLC y RTU ubicados en el campo, asegurando la coordinación del sistema.
Este servidor recibe datos sobre el estado de las máquinas, valores de sensores y alarmas, los procesa y los almacena. Luego, presenta esta información a los operadores a través de la Interfaz Hombre-Máquina (HMI), permitiéndoles realizar acciones como:
- Monitoreo del rendimiento del sistema.
- Ajuste de setpoints para optimizar la operación.
- Diagnósticos para detectar posibles fallas.
- Arranques y paradas controladas de los equipos.
Gracias a esta infraestructura, el sistema SCADA permite una supervisión eficiente y un control preciso de los procesos industriales.
Arquitectura de los sistemas SCADA
¿Sabías que los sistemas SCADA típicamente se organizan en forma de pirámide jerárquica?
En la base del sistema o nivel 0 se encuentran los dispositivos de campo, como sensores y actuadores, encargados de medir variables del proceso y ejecutar acciones sobre el sistema.
En el nivel 1, los controladores locales (PLC/RTU) procesan la información de los sensores, ejecutan la lógica de control y envían comandos a los actuadores, además de comunicarse con el siguiente nivel para transmitir datos clave.
En el nivel 2, el servidor SCADA central recopila la información de los PLC/RTU y supervisa el sistema en tiempo real. A su vez, este servidor se conecta con las estaciones HMI en la sala de control, donde los operadores pueden visualizar el estado del proceso y realizar ajustes manuales cuando sea necesario.
Modelos de despliegue SCADA
Pueden ser centralizado o distribuido. En las primeras generaciones, todo el control se concentraba en un único computador central (arquitectura centralizada), a menudo con un segundo computador de respaldo para evitar un punto único de falla.
En cambio, las arquitecturas modernas son distribuidas: varias estaciones en red comparten las funciones (comunicaciones, base de datos histórica, interfaces gráficas), lo que mejora la escalabilidad y la resiliencia ante fallas. Por ejemplo:
Sistemas standalone: Usado en pequeñas aplicaciones con una PC operando como servidor SCADA y HMI al mismo tiempo.
Sistemas cliente-servidor: Implementado en grandes plantas con uno o mas servidores SCADA redundantes y múltiples clientes. Esta redundancia aporta alta disponibilidad, de hecho, los SCADA industriales suelen diseñarse tolerantes a fallas, con componentes redundantes para asegurar la continuidad del control.
Fracttal Sense y su aplicación con sistemas SCADA
La gestión eficiente del consumo energético es primordial para las fábricas con equipos de alto consumo, como los compresores industriales. Sin un monitoreo detallado, es difícil identificar ineficiencias que generen costos innecesarios y afecten la disponibilidad operativa.
A continuación, se explica la implementación del Fracttal Sense Energy+ con un sistema SCADA, para la supervisión en tiempo real de los parámetros eléctricos críticos.
El problema
Una empresa importante de procesamiento de proteína en Latinoamérica opera compresores industriales de alto consumo energético, esenciales para sus procesos de producción de alimentos. La empresa necesitaba optimizar el consumo eléctrico para reducir costos, pero los métodos tradicionales de medición no proporcionaban datos detallados para identificar ineficiencias o problemas de mantenimiento.
Se buscaba una solución avanzada que permitiera mejorar la eficiencia operativa y respaldara iniciativas de ahorro energético.
Implementación
Se implementó el sistema de monitoreo IoT Fracttal Sense Energy+, integrado con un analizador de redes trifásico Eastron SDM630MCT-RC en cada compresor. La conexión a la red eléctrica se realizó mediante sensores de bobina Rogowski, permitiendo una medición precisa de los parámetros eléctricos sin intervención invasiva.
Cada bobina se instaló alrededor de un conductor de fase y se conectó a las entradas del analizador para medir las corrientes por fase en tiempo real. Adicionalmente, el analizador captura los voltajes de línea, estableciendo conexiones con el neutro y cada fase para proporcionar un monitoreo completo del sistema eléctrico.
Para la comunicación con el sistema de monitoreo, se implementó un enlace Modbus RTU (RS-485), estableciendo la conexión entre Fracttal Sense Energy+ y los terminales del analizador, asegurando una transmisión de datos estable y confiable.
Gracias a esta integración, el sistema monitorea en tiempo real los principales parámetros eléctricos de cada compresor, incluyendo: voltajes por fase, corrientes, potencia activa, potencia reactiva, potencia aparente y consumo energético acumulado (kWh).
Todos los datos recopilados son enviados a la nube de Fracttal, donde los ingenieros pueden supervisar el rendimiento en tiempo real, analizar tendencias históricas y optimizar la eficiencia operativa de los compresores.
Beneficios
Esta implementación ha proporcionado a la compañía un control preciso del consumo energético de sus compresores, optimizando la eficiencia y reduciendo costos. El monitoreo en tiempo real ha permitido detectar operaciones ineficientes, como funcionamiento en vacío o fuera de horarios óptimos, facilitando correcciones inmediatas.
Los compresores ahora operan dentro de su rango óptimo, minimizando pérdidas y evitando sobrecargas. Además, cualquier anomalía eléctrica genera alertas de mantenimiento predictivo, previniendo fallas y asegurando la disponibilidad del sistema.
El análisis del factor de potencia (activa vs. reactiva) ha permitido corregir ineficiencias, optimizando el uso de la energía y evitando penalizaciones por bajo rendimiento eléctrico.
Los sistemas SCADA son esenciales en la industria moderna, permitiendo la supervisión, control y optimización de procesos en tiempo real. Cuando se alinean con estándares como ISA-95 e IEC 62264, garantizan una integración fluida entre la operación en planta y los sistemas empresariales, mejorando la eficiencia, trazabilidad y toma de decisiones.