IMPACTO DE ALGUNAS TECNOLOGÍAS EN EL DESARROLLO DE LOS SISTEMAS SCADA

Martínez, Lourdes 
Santos, Hanoi 
Otero, Eduardo

Manuscrito finalizado en La Habana, Cuba el 2004/10/21, recibido el 2004/11/15, en su forma final (aceptado) el 2005/06/25.

Los Ingenieros Lourdes Martínez Corbillón, Hanoi Santos Hung y Eduardo Otero Quevedo desempeñan sus actividades en el Instituto Central de Investigación Digital (ICID), Calle 202, Nº 1702, Siboney 11600, La Habana, Cuba, siendo sus correos electrónicos lmtnez@icid.edu.cu, hanoi@icid.edu.cu y eduardo@aerovaradero.avianet.cu. respectivamente.

Resumen: Este trabajo tiene como objetivo presentar cómo influye la asimilación de diferentes tecnologías de la información como ActiveX, OPC, Servidores Web, Visual Basic y Windows CE, en el desarrollo de los sistemas de supervisión, control y adquisición de datos (SCADA). Para ello se realizó una revisión de las posibilidades de los sistemas actuales. En el análisis de cada tecnología se muestra como ha permitido un incremento en las funcionalidades de estos sistemas añadiendo posibilidades de interconexión, adaptación y un mayor nivel de apertura. En la discusión y resultados se hace énfasis en como lo anterior facilita la labor de los integradores de sistemas y le brinda al usuario final un producto con una interfaz familiar, que al mismo tiempo es poderosa y con características avanzadas.

Palabras clave: Automatización/ SCADA/ Sistemas de supervisión.

IMPACT OF SOME TECHNOLOGIES IN THE DEVELOPMENT OF SCADA SYSTEMS

Abstract: The purpose of this paper is to present the effect of the assimilation of different technologies of the information, such as ActiveX, OPC, Web Servers, Visual Basic and Windows CE on the development of the supervision systems, control and acquisition of data (SCADA). For this purpose a revision of the possiilities of the current systems was required.The analysis of each technology has shown an increase of the functionalities of these systems including interconnection and adjustment possibilities, as well as a bigger opening. In the discussion and the results is placed particular emphasis on how all these technologies contribute to the success of the efforts of the system integrators and give the final user a product with a powerful familiar interface and advanced characteristics.

Key words: Automation/ SCADA/ Supervisory Systems.

I. INTRODUCCIÓN

Las nuevas exigencias de la calidad con el menor costo posible han llevado, cada vez más, a la informatización de los procesos tecnológicos actuales. Los procesos son más accesibles y su seguimiento y control es posible mediante los llamados sistemas SCADA.

SCADA es el acrónimo de “Supervisory Control and Data Acquisition” (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) [1]. Se trata de una aplicación software especialmente diseñada para supervisar y controlar a distancia la actividad tecnológica en una instalación de cualquier tipo (Ej: Planta Biotecnológica, Central Termoeléctrica, Instalación Hotelera, etc) por medio de la comunicación con controladores lógicos programables (PLC) u otros dispositivos de campo.

La supervisión especializada de un proceso tiene su base en la forma de sistematizar su seguimiento automatizando tareas como el estudio de datos que provienen del proceso, detección de fallas y generación de alarmas, diagnósticos y toma de decisiones ante situaciones anormales, haciendo uso para ello de toda la información disponible.

Los sistemas SCADA han hecho en los últimos años un progreso sustancial en lo que a funcionalidad, adaptación, rendimiento e interconexión se refiere. Este desarrollo está marcado por la utilización creciente de interfaces de comunicación abierta para la comunicación entre aplicaciones y dispositivos, como es el caso de OPC (OLE for Process Control), la programación en VBA (Visual BASIC for Applications), la utilización de servidores Web para acceso utilizando Internet, el uso creciente de la tecnología ActiveX y el uso de dispositivos industriales y PC de bolsillo equipados con el sistema operativo Microsoft Windows CE, que se van incorporando de manera acelerada al mundo de la supervisión y el control de procesos. Ver un ejemplo en la Figura 1.

El presente trabajo se propone mostrar el impacto que han tenido en la evolución de los sistemas SCADA dichas tecnologías, partiendo de un análisis individual de su asimilación por estos sistemas. En los resultados se exponen las ventajas que esto trae tanto para integradores como para el usuario final. Para ello se realizó una revisión de los sistemas actuales mediante una investigación bibliográfica en revistas, libros y en Internet, de las facilidades que ellos ofrecen en función de cómo varía la tecnología y las necesidades de los usuarios. En este trabajo también se ha tomado como referencia la experiencia práctica de los autores con sistemas de este tipo.

Figura 1. Ejemplo de arquitectura y conexión entre aplicaciones. SCADA Genesis-32 de IconicsII.

II. DESARROLLO

1. OPC

OPC es la forma abreviada de “OLE for Process Control” y significa tecnología OLE, para el control de procesos [2]. OPC es un conjunto de especificaciones técnicas que definen una interfaz estándar basada en los requerimientos de la tecnología OLE/COM y DCOM de Microsoft que facilita el intercambio de datos en forma estandarizada entre aplicaciones de control y automatización, entre dispositivos y sistemas de campo y entre aplicaciones administrativas y de oficinas. Además existen herramientas que permiten el uso de tecnología OPC sobre sistemas UNIX o Linux, específicamente para programar servidores, de forma tal que se amplia el rango de posibilidades en cuanto al intercambio de información entre plataformas completamente diferentes.

La especificación OPC se mantiene a través de la OPC Foundation, es de dominio público y está disponible para el que desee usarla. Antes de la existencia de OPC, como se muestra en la Figura 2, los fabricantes de SCADA tenían que desarrollar drivers específicos para cada tipo de hardware, para cada familia de controladores al que querían acceder. Para intercambiar datos entre aplicaciones, se utilizaba el DDE (Dynamic Data Exchange) o bien protocolos específicos para cada pareja de aplicaciones.

Figura 2. Diagrama de comunicación aplicación-dispositivos de hardware y aplicación-aplicación antes de la existencia de OPC.

Al adoptar los SCADA el estándar OPC y convertirse en aplicaciones cliente OPC, los fabricantes de hardware sólo tendrán que preparar un conjunto de componentes de software para que los clientes los utilicen en sus aplicaciones. Un sistema OPC constará de servidores y clientes, ver Figura 3. Cada cliente, es decir, cada SCADA o aplicaciones de usuarios interroga al servidor que contiene los datos que necesita. Los datos estarán disponibles para todas las aplicaciones que acceden vía OPC, lo que provoca que los SCADA no sólo puedan utilizar estos datos sino también compartirlos con terceros.

Figura 3. Diagrama de comunicación aplicación-dispositivos de hardware y aplicación-aplicación después de la existencia de OPC.

En estos momentos los servidores OPC se encuentran divididos en Servidores de Datos (OPC Data Access), Servidores de Alarma (OPC Alarm and Events) y Servidores de Datos Históricos (OPC Historical Data Acces) según el tipo de información que suministran.

En la Figura 4 se presenta un listado de algunos servidores OPC desarrollados por diferentes fabricantes, así como una gráfica donde se muestra el incremento sustancial de su utilización. En la actualidad los fabricantes de sistemas SCADA no encuentran en la adopción de OPC una opción, es simplemente una necesidad por lo que su uso se ha generalizado rápidamente, encontrando entre los lideres a Genesis32 de Iconics, FactoryLink 7 de USDATA, Simatic WinCC de Siemens, Intellution Dinamics de Intellution, entre otros.

Figura 4. Servidores OPC desarrollados por diferentes fabricantes y gráfica de la utilización de los mismos

Los suministradores tanto de software como de hardware puedan brindar productos con una elevada capacidad de conexión y compatibilidad. Los usuarios tienen más posibilidades para construir la mejor solución que satisfaga sus requerimientos.

2. Visual Basic for Application (VBA) Una de las características más ventajosas y comunes en los nuevos productos que ofrecen los desarrolladores de SCADA es el uso integrado de Microsoft VBA. VBA es el lenguaje de programación incorporado a las aplicaciones de Microsoft Office que se ha extendido y ha sido aceptado por la mayoría de los usuarios. Simatic WinCC de SIEMENS es un ejemplo de ello al integrar VBA, en el WinCC Graphics Designer. Por otro lado Genesis32 de Iconics no sólo integra esta característica a su editor gráfico, sino que ofrece el módulo ScriptWorX32 que es una poderosa herramienta para crear y ejecutar programas en VBA, que pueden correr simultáneamente basados en intervalos de tiempos o de eventos [3].

El uso de un lenguaje común también facilita la integración de objetos suministrados por terceros. Además permite interactuar directamente con las aplicaciones de Office (Access, Excel y Word) y con otros productos compatibles. Por ejemplo existen bibliotecas de funciones para obtener y cambiar datos que se encuentran en los servidores OPC, ver Figura 5.

Figura 5. Fragmento de código en VBA para mostrar el valor de una variable de un servidor OPC en una hoja Excel.

Debido a la integración de VBA en diferentes aplicaciones, se logra que aumente gradualmente la conexión entre SCADA y programas de gestión.

3. Servidores Web (Internet)

Con la generalización del uso de Internet se ha hecho una necesidad que los desarrolladores de SCADA incluyan facilidades de operatividad a través de cualquier navegador. Un ejemplo de ello es el software SuiteVoyager de Invensys Wonderware, que es un portal de servicios Web que puede ofrecer información de diversos servidores de datos mediante el uso de una conexión sencilla a Internet y el empleo de un navegador convencional, tal como Internet Explorer[4]. También a través de esta solución, los ingenieros tendrán un acceso en línea a documentos técnicos y de mantenimiento. Por su parte la firma Iconics ofrece numerosas herramientas de acceso remoto como son: ICONICS WEB-HMI Technology, ICONICS GEN-Browser node, ICONICS GENESIS32 remote node y Microsoft Terminal Server. Otro ejemplo de este tipo de aplicación es el infoAgent de GE Fanuc- Intellution que proporciona un servidor y admite múltiples clientes [5].

Utilizando este tipo de facilidad los operadores pueden recibir pantallas actualizadas en tiempo real directamente desde su sistema de automatización, así como puede ser trasmitida información de cambio de estado, requerimientos de mantenimiento o alarmas a cualquier computadora que esté conectada a Internet. A su vez puede tomar decisiones de forma inmediata que controle cualquier evento inesperado que se produzca en el sistema sin necesidad de trasladarse físicamente a la instalación

4. ActiveX

ActiveX es un conjunto de tecnologías que permiten a los componentes de software interactuar entre sí en un entorno de red con independencia del lenguaje en que se haya escrito. Incorporar un control ActiveX en una pantalla supone añadir un objeto con código asociado que realiza una determinada función de forma totalmente integrada dentro de la aplicación. Sólo se necesita establecer el enlace necesario entre la aplicación y el control ActiveX.

La adopción de la tecnología Active X por parte de un SCADA lo convierte en un contenedor de controles Active X para integrar y controlar objetos. Actualmente existen proveedores dedicados a desarrollar Active X, por lo que al aceptar esta tecnología los SCADA se abren a la integración de numerosas funcionalidades procedentes de diferentes proveedores y le proporciona a los desarrolladores de proyectos de supervisión y control una herramienta que los ayuda a construir su proyecto de una manera fácil y rápida, logrando también una estandarización en la presentación de la información a todos los niveles del proceso: Supervisión, Control y Gestión. Por ejemplo, en la Figura 6 se muestra un Active X que genera reportes configurables a partir de la base de datos de alarma que se le conecte y puede ser usado por cualquier programa implicado en el proceso.

Figura 6. AlarmWorX32 Report, ActiveX desarrollado por Iconics.

5. Microsoft Windows CE

Este sistema operativo diseñado para su utilización en las PC de bolsillo también se ha visto como la vía de aplicación de Windows a los dispositivos industriales, debido a que es un sistema operativo simplificado, que sólo incorpora las funciones que requiere el dispositivo y que por lo tanto demanda pocos recursos de hardware, manteniendo características elevadas en cuanto a sus posibilidades de comunicación e interconexión con los sistemas operativos de escritorio de Microsoft.

Iconics fue el primero en lanzar un conjunto de productos de software para supervisión y control utilizando este sistema operativo que incorpora la funcionalidad industrial DCOM para Windows CE lo que supone la posibilidad de acceso remoto vía TCP/IP, siendo aplicable a dispositivos móviles que pueden acceder al sistema vía Internet [6 ]. Por su parte Intellution, a través del iFIX, permite desarrollar los gráficos y posteriormente descargarlos en equipos con Windows CE.

6. Resultados y Discusión

Lo anteriormente expuesto pone de manifiesto que existe una marcada evolución de los sistemas SCADA obteniéndose además un potencial beneficio de sus posibilidades. En este momento cabría hacer las siguientes preguntas: ¿Por qué está determinada esta evolución? ¿Cuáles son estas ventajas?¿A quién benefician? Resulta evidente que en los últimos años los productos de software para la supervisión, el control y adquisición de datos han ampliado su campo de aplicación por el hecho de pasar de una supervisión y control a nivel de proceso a una supervisión y control con el nivel de conectividad y accesibilidad que se quiera. Esto ha estado condicionado por el desarrollo tanto de software como de hardware y la adopción de estándares. Para una mejor comprensión se pueden considerar los siguientes aspectos: - Estandarización de las comunicaciones basada en la adopción de la tecnología OPC, lo cual ofrece una amplia gama de posibilidades de conexión y contribuye a fortalecer el flujo de información de los datos de la instalación, desde los sistemas de control y software de visualización hasta los sistemas de gestión y viceversa.

- Interconexión entre aplicaciones basada en el aprovechamiento de diferentes estándares establecidos por Microsoft como ActiveX y Visual Basic for Application, lo cual hace que se mejoren los entornos de integración y se permita la colaboración de los distintos implicados, tanto de personas como de software, sin duplicar esfuerzos. Los integradores de sistemas pueden dedicar más tiempo al tratamiento de la información que se presenta al usuario, de modo que éste pueda explotar más eficientemente la instalación que controla.

- Comunicación vía Internet por medio de servidores Web. Al ampliar el entorno de aplicación se amplía también la diversidad de las necesidades a cubrir. Los conceptos de control de sistemas que antes se veían como algo circunscrito a un cuarto de control y a personal muy especializado, son ahora accesibles a diferentes niveles de decisión en cualquier lugar.

- Posibilidad de utilización del sistema operativo Windows CE con el objetivo de trasladar los sistemas de supervisión y control a dispositivos menos complejos con características similares que se puedan integrar al entorno de automatización. Como se ha visto, la tendencia cada vez mayor a la interconexión los dispositivos de campo y la adopción del entorno de comunicación Internet, facilita y potencia la obtención de soluciones globales integradas y adaptadas a cada necesidad

III. CONCLUSIONES

El desarrollo de los sistemas SCADA está marcado por:

- Utilización cada vez más creciente del estándar OPC y la tecnología ActiveX que amplia las posibilidades de conexión entre aplicaciones de diferente naturaleza.

- Integración de la programación en VBA que se convierte en un lenguaje común entre todos los implicados en el control de un proceso.

- Utilización de servidores Web y uso del Windows CE para lograr por medio de Internet ampliar el alcance de los sistemas. Todo lo anterior genera un entorno unificado con posibilidad de obtener soluciones completas, fáciles de diseñar, operar y mantener.

IV. REFERENCIAS

1. Acronym Finder, http://www.acronymfinder.com (Internet). Fecha de consulta: Septiembre del 2004        [ Links ]

2. LA FUNDACIÓN OPC: Innovador y Flexible www.opceurope.org/pdf/opcs.pdf (Internet) Fecha de consulta: Abril del 2001.        [ Links ]

3. ICONICS, Script WorX32 http://www.iconics.com/products/scriptworx32.asp (Internet) Fecha de consulta: Mayo del 2005.        [ Links ]

4. Invensys Wonderware Overview http://www.wonderware.com/products/visualization/sv/ (Internet) Fecha de consulta: Agosto del 2004.        [ Links ]

5. AYZA GRAELLS, JORDI.:“Software de Supervisión y Control” Revista Automática e Instrumentación. Año 2003. No. 344, pp 78-86.        [ Links ]

6. ICONICS, Pocket GENESIS . http://www.iconics.com/products/pocketgenesis.asp (Internet) Fecha de consulta: Abril del 2003.        [ Links ]