Ing. Efrain Bernal A. MSc IEEE MEMBER. CSS, IES. Docente Universitario

SCADA & IED’s

Noviembre 02, 2009

Sistemas SCADA convencionales.

IEDs. Características, protocolos, configuraciones.

Tendencias e implicaciones.

Esta presentación se enfocara en:

Ing. Efrain Bernal A. MSc. e-mail: ingebernal@ieee.org

Sistemas SCADA convencionales

Niveles de Automatización:

Sistema SCADA es concebido para gestión empresarial?

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PIRAMIDE DE AUTOMATIZACIÓN DE UN SISTEMA SCADA:

Adaptado de: Typical power utility control hierarchy ABB

ALGUNAS DEFINICIONES:

SCADA is the technology that enables a user to collect data from one or more distant facilities and/or send limited control instructions to those facilities. SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition by Stuart A. Boyer, published by ISA The Instrumentation, Systems, and Automation Society; 3rd edition.

A system operating with coded signals over communication channels so as to provide control of RTU (Remote Terminal Unit) equipment. IEEE Standard C37.1-1994, Definition, Specification, and Analysis of Systems Used for Supervisory Control, Data Acquisition, and Automatic Control.

■Operador: El operador es quien se encarga de monitorear el sistema SCADA y realiza algunas acciones de control supervisorio para las diferentes fases de la planta, todo esto de manera remota.

■Human machine interface (HMI): Presenta los datos al operador y permite visualizar las entradas de control en una amplia variedad de formatos inluyendo: graphics, schematics, windows, pull-down menus, touch-screens, entre otros.

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■ Master terminal unit (MTU): Equivalente a la unidad maestro en una arquitectura maestro/ esclavo. La MTU permite presentar los datos al operador a través de la HMI, recolecta los datos desde los sitios remotos y transmite las señales de control a dichos sitios.

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Remote terminal unit (RTU): Funciona como el esclavo en la arquitectura Maestro/Esclavo. Envía las señales de control a los dispositivos controladores adquiere los datos de estos y los transmite hacia la MTU. Programmable Logic Controller (PLC): Mas popular en sistemas automatizados.

Una RTU puede servir como PLC? Un PLC puede servir como RTU?

Primera Generación de sistemas SCADA

Segunda Generación de sistemas SCADA

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Tercera Generación de sistemas SCADA

(Relatively High Data Rate, Usually Closed Loop Control)

(Relatively low data rate, usually open loop control)

SCADA = Software + Communications + Hardware

SCADA (supervisory control and data acquisition system) refers to the combination of telemetry and data acquisition. SCADA encompasses the collecting of the information via a RTU (remote terminal unit), transferring it back to the central site, carrying out any necessary analysis and control and then displaying that information on a number of operator screens or displays. The required control actions are then conveyed back to the process.

Practical Modern SCADA Protocols: DNP3, 60870.5 and Related Systems Gordon Clarke CP Deon Reynders Newnes An imprint of Elsevier 2004.

■ SCADA master/client ■Human machine interface ■ Alarm handling ■Event and log monitoring ■Special applications ■ ActiveX or Java controls SCADA slave/data server ■ Real-time system manager ■ Data processing applications ■ Report generator ■Alarm handling ■ Drivers and interfaces to control components ■Spreadsheet ■ Data logging ■ Archiving ■ Charting and trending

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Un protocolo SCADA entre una Master Station y una RTU forma un modelo viable para comunicar una RTU con un Intelligent Electronic Device (IED). Actualmente en la industria existen muchos protocolos en uso, la mayoría propietarios. La tendencia es la integración de varios fabricantes gracias a los “open protocols”. Los recomendados a implementar son: International Electrotechnical Commission (IEC) 60870-5 series, specifically IEC 60870-5-101 (commonly referred to as 101) Distributed Network Protocol version 3 (DNP3).

North America, South America,

South Africa, Asia and Australia,

European region

Some manufacturers for SCADA and RTUs supporting DNP3

CONEXIONES SIMPLES PARA CUALQUIER ARQUITECTURA PLC/RTU

Communication – Protocols as plug in Drivers

• SattBus

• Comli

• Modbus RTU

• IEC870-5-101

– OPC

• OPC- client function with support for Data Access

• 1000 servers available on the market

• Multi protocol OPC Server

• ABB will via partners be able to offer about 200 different OPC servers

• Including drivers for High speed communication

– Profibus, Fieldbus FF, CAN

TCP/IP

SCADA Portal

AC800

SattCon AC 210 OPC any PLC

e.g. via AF100 RTU211

AC31

Third party controllers

IIT controllers

Legacy controllers

ABB Generic COMLI Master Allen-Bradley Micrologix/Controllogix/SLC DF1 Allen-Bradley Controllogix/Ethernet TCP/IP-CIP GE Fanuc Series 90 SNPX Matsushita FP-serien Mewtocol-com, Serial + Ethernet Mitsubishi Electric Melsec A A C24 Mitsubishi Electric Melsec A A E71 Mitsubishi Electric FR-A, FR-E FR-A Mitsubishi Electric Melsec FX 485-ADP Mitsubishi Electric Melsec FX FX CPU Mitsubishi Electric Melsec QnA QnA C24 Mitsubishi Electric Melsec QnA QnA E71 Modicon Modbus Master TCP, RTU, ASCII Moeller PS4 series SUCOM-A Omron C series, CS1 Host Link Siemens Simatic S5 serie PG Siemens Simatic S7 serie S7 MPI

IEDs. (Intelligent Electronic Devices) Características, protocolos, configuraciones.

El termino ‘intelligent electronic device’ (IED) no es una definición tan especifica como “protection relay” … si fuera así cualquier dispositivo que posee algún tipo de inteligencia local puede ser llamado IED.

Se conoce como un dispositivo con funciones versátiles de protección, módulos avanzados de control local inteligente, funciones de monitoreo y capacidades de comunicación directamente al sistema SCADA.

Reles Inteligentes

Protección Control Monitoreo incluyendo medición

PLC

Monitoreo incluyendo medición Accionamiento de actuadores Protocolos de Comunicación

DCS

Monitoreo incluyendo medición Accionamiento de actuadores Protocolos de Comunicación Control continuo

ABB TPU 2000R

Basler BE-851

Bitronics Power Plex RT

D25 GE Energy Services

Los IED’s pueden ser monitoreados y controlados por el servidor SCADA y en la mayoría de los casos tienen una programación local que les permite actuar sin instrucciones directas del centro de control SCADA .

•Relación costo eficiencia •Tecnología abierta no propietaria

•Habilidad para interpretar los datos recolectados y asegurar una decisión de control correcta.

Los criterios de selección

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Las ventajas de la configuración “PC to IED fieldbus system”: •Cableado mínimo es necesario

•El operador puede ver hasta el piso de nivel de sensorica y actuadores

•Los datos recibidos del dispositivo pueden incluir información como un numero serial, modelo, fabricante, empresa que instala y demás configuraciones técnicas.

•Todos los dispositivos son Plug and Play, así la instalación y el reemplazo son fáciles y poco traumáticos en el proceso.

•Están concebidos para manejar protocolos abiertos como IEC6870 -5 o DNP3.

Las desventajas : • Los sistemas mas sofisticados requieren de empleados mas capacitados •Los precios de los sensores aun son altos , aunque es debido por la necesidad de integración con PLC locales. •Los IED realmente son mas un sistema de procesamiento y comunicación que aprovecha las ventajas y avances de protocolos abiertos para acceder directamente a niveles superiores del SCADA.

Modbus and DNP3: Comparing Communication Efficiencies

DNP3 uses 23% of the bandwidth of the most efficient Modbus polling regime.

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TENDENCIAS E IMPLICACIONES ACTUALES

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The function block architecture of IEC61499 provides a new degree of flexibility in managing embedded control and information processing systems through the lifetime of industrial automation products.

Data is used to inform consumption, to make rates more dynamic, and to enable the next-generation power prosumer.

The advancements of the Smart Grid are founded in information

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Los últimos desarrollos en este aspecto es la

arquitectura de bloques de funciones

que propone IEC 61499

The encapsulation of knowledge into function blocks.

The application model as a network of función blocks.

The device model providing the dynamic configurability features

The coherent model of the distributed system as a collection of devices populated by applications.

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La mayoría de las más grandes compañías de distribución de energía eléctrica tienen planeado instalar millones de IEDs en el próximo año. Edison’s Institute for Electric Efficiency. 05/10/09

De acuerdo con la proyección del EEI, cerca de 60 millones de dispositivos inteligentes serán instalados para el 2015.

Avalancha de Tecnologías Inteligentes integradas a sistemas SCADA tradicionalmente robustos…

Tomado de: Smart Grid diagram U.S. Department of Energy http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm

IED's integrados a sistemas SCADA son la nueva tendencia mundial….

Data from a smart-grid pilot project which uses smart meters and wireless appliance controllers shows that such a system can cut electricity use by 15 percent on average. September 23, 2009 IBM and Consert Report

100 million smart meters in the United States might generate 100 petabytes per year of data that need to be transmitted,

archived, and manipulated.

Octubre 5, 2009 Jack Dahany of SmartGridNews.com

Will Smart Meters Save Much Power?

15% is not actually very

much but it´s a lot of data and information

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Preguntas?

El nuevo campo tecnológico de sensores y controladores se esta desarrollando rápidamente a

medida que avanza el desarrollo de las telecomunicaciones.

Los IED’s proporcionan datos cuya integración permite tomar decisiones de control y gerenciales

en base a la información recolectada.

En resumen…

Contacto: ingebernal@ieee.org

IED es una nueva generación de sensores/ actuadores con capacidades de tomar decisión y con habilidades de comunicación directa con el

sistema SCADA.