Los sistemas de interfase gráfica (pantallitas, HMI, MMI, Scada, paneles de operador) aparecen hoy en día en todas partes, desde las aplicaciones más simples, como un dispositivo MP4, hasta uno o varios ordenadores conectados en red supervisando infraestructuras de un país. Con el objetivo de mantener actualizado el libro, en esta edición de Sistemas Scada se ha revisado todo el contenido y se han incluido nuevos temas y ejemplos aclaratorios para ayudar a la comprensión del texto: Capítulo 1. Evolución histórica e introducción a los sistemas Scada: Concepto, componentes, elementos que los integran, comunicaciones. Capítulo 2. Normativas relacionadas con los sistemas Scada: Ergonomía, legislación vigente, diseño gráfico, paneles de visualización. Capítulo 3. Guía de diseño para aplicaciones de interfase gráfica: Formas, colores, zonas, Órganos de accionamiento, según Directiva 98/37/CE. Capítulo 4. Introducción al concepto de seguridad en sistemas de visualización: Intrusión electrónica, políticas de seguridad Se incluye un apartado dedicado a la FDA 21 CFR Parte 11, directiva ampliamente utilizada en sistemas de control, ilustrada con ejemplos prácticos. Capítulo 5. Introducción a las comunicaciones industriales: Tecnologías, conceptos básicos, buses de campo Este capítulo es un breve resumen del libro: Comunicaciones Industriales, publicado también por editorial Marcombo. Capítulo 6. Guía de inicio al software Vijeo Citect 7.x. Se dan instrucciones de descarga desde la Web, instalación y manejo mediante ejemplos. Al final del libro se ha incluido también un glosario con aquellos términos que pueden necesitar aclaración.
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Índice
1 SISTEMAS SCADA .............................................................................................................. 1-1
1.1 UN POCO DE HISTORIA ............................................................................................ 1-2
1.2 LA EVOLUCIÓN ....................................................................................................... 1-6
1.3 EL CONCEPTO DE CONTROL .................................................................................. 1-10
1.4 LOS SISTEMAS DE VISUALIZACIÓN ........................................................................ 1-11
1.5 LAS PRIMERAS INTERFASES HOMBRE-MÁQUINA ................................................... 1-15
1.6 EL SISTEMA SCADA .............................................................................................. 1-16
1.6.1 Objetivos ......................................................................................................... 1-17
1.6.2 Prestaciones .................................................................................................... 1-18
1.6.3 Ventajas ........................................................................................................... 1-20
1.6.4 El entorno ........................................................................................................ 1-21
1.7 CRITERIOS DE SELECCIÓN Y DISEÑO ...................................................................... 1-23
1.8 ARQUITECTURA GENERAL DE UN SISTEMA SCADA ............................................. 1-29
1.8.1 El hardware ..................................................................................................... 1-30
1.8.1.1 Interfase Hombre-Máquina (HMI, MMI) ........................................................... 1-31
1.8.1.2 Unidad central (MTU, Master Terminal Unit) ................................................... 1-32
1.8.1.3 Unidad Remota (RTU, Remote Terminal Unit) ................................................. 1-33
1.8.2 Sistema de comunicación ................................................................................ 1-35
1.8.2.1 Topologías .......................................................................................................... 1-36
1.8.2.2 Seguridad ............................................................................................................ 1-37
1.8.3 El software ...................................................................................................... 1-39
1.8.4 Comunicación entre aplicaciones ................................................................... 1-42
1.8.5 Almacenamiento de datos ................................................................................ 1-46
1.9 COMPONENTES DE UN SISTEMA SCADA ................................................................. 1-48
1.9.1 Configuración ................................................................................................. 1-48
1.9.2 Interfase Gráfica ............................................................................................. 1-49
1.9.3 Tendencias....................................................................................................... 1-50
1.9.4 Alarmas y Eventos ........................................................................................... 1-51
1.9.5 Registro y Archivado ....................................................................................... 1-52
1.9.6 Generación de Informes .................................................................................. 1-53
1.9.7 Control de Proceso.......................................................................................... 1-54
1.9.8 Recetas ............................................................................................................ 1-55
1.9.9 Comunicaciones .............................................................................................. 1-55
1.10 TECNOLOGÍAS DE COMUNICACIÓN ENTRE APLICACIONES ..................................... 1-56
1.10.1 ¡Oh, un objeto! ........................................................................................... 1-57
1.10.2 La Saga ActiveX ......................................................................................... 1-59
1.10.2.1 DDE ................................................................................................................... 1-59
1.10.2.2 OLE .................................................................................................................... 1-61
1.10.2.3 OCX (OLE Controls) ......................................................................................... 1-62
1.10.2.4 ActiveX .............................................................................................................. 1-63
1.10.3 OPC ............................................................................................................ 1-64
1.10.3.1 Definición de OPC ............................................................................................. 1-65
1.10.3.2 La idea básica ..................................................................................................... 1-66
1.10.3.3 Tecnología .......................................................................................................... 1-67
1.10.3.4 Cliente y Servidor OPC ...................................................................................... 1-68
1.10.3.5 Especificaciones OPC ........................................................................................ 1-68
1.10.3.6 Comparativas ...................................................................................................... 1-70
1.11 EL MAYOR SISTEMA SCADA DEL MUNDO BASADO EN WINDOWS ........................ 1-71
2 NORMATIVA ...................................................................................................................... 2-1
2.1 FACTORES DE RIESGO DE LOS TRABAJADORES "PRIVILEGIADOS" ............................ 2-3
2.2 MEDIDAS PREVENTIVAS .......................................................................................... 2-4
2.3 TRASTORNOS ASOCIADOS AL PUESTO ..................................................................... 2-5
2.3.1 La vista .............................................................................................................. 2-5
2.3.1.1 Factores de percepción visual ............................................................................... 2-6
2.3.1.2 Mecanismos de ajuste de la visión ....................................................................... 2-7
2.3.1.3 Las causas: la pantalla .......................................................................................... 2-7
2.3.1.4 Las causas: los reflejos ......................................................................................... 2-8
2.3.1.5 Los efectos ......................................................................................................... 2-11
2.3.1.6 Recomendaciones ............................................................................................... 2-11
2.3.2 La postura ....................................................................................................... 2-11
2.3.2.1 Las causas: posturas ........................................................................................... 2-12
2.3.2.2 Las causas: estatismo .......................................................................................... 2-12
2.3.2.3 Los efectos ......................................................................................................... 2-13
2.3.2.4 Recomendaciones ............................................................................................... 2-14
2.3.3 La piel ............................................................................................................. 2-14
2.3.4 La mente .......................................................................................................... 2-15
2.3.4.1 Las bases ............................................................................................................ 2-15
2.3.4.2 Carga Mental de Trabajo .................................................................................... 2-16
2.3.4.3 Factores que intervienen ..................................................................................... 2-17
2.3.4.4 Recomendaciones ............................................................................................... 2-18
2.4 LA REGLAMENTACIÓN .......................................................................................... 2-19
2.4.1 Real Decreto 488/1997 .................................................................................... 2-20
2.4.1.1 Artículo 1 - Objeto ............................................................................................. 2-21
2.4.1.2 Artículo 2 - Definiciones ................................................................................... 2-22
2.4.1.3 Artículo 3. Obligaciones generales del empresario ............................................ 2-22
2.4.1.4 Artículo 4 - Vigilancia de la salud ...................................................................... 2-23
2.4.1.5 Artículo 5 - Obligaciones en materia de información y formación ..................... 2-23
2.4.1.6 Artículo 6 - Consulta y participación de los trabajadores ................................... 2-24
2.4.2 Los usuarios .................................................................................................... 2-24
2.5 LA ERGONOMÍA .................................................................................................... 2-26
2.5.1 Requerimientos ergonómicos del RD. 488/97 ................................................. 2-27
2.5.1.1 Mesa y espacio de trabajo ................................................................................... 2-28
2.5.1.2 La silla ................................................................................................................ 2-29
2.5.1.3 Teclado, reposamuñecas y ratón ........................................................................ 2-30
2.5.1.4 La pantalla .......................................................................................................... 2-31
2.5.1.5 Iluminación ........................................................................................................ 2-37
2.5.1.6 Ruido .................................................................................................................. 2-39
2.5.1.7 Temperatura y humedad ..................................................................................... 2-41
2.5.1.8 Emisiones electromagnéticas .............................................................................. 2-42
2.5.1.9 Interconexión ordenador-persona ....................................................................... 2-43
2.6 PANTALLAS - BASES TÉCNICAS ............................................................................. 2-50
2.6.1 Pantallas de tubo de rayos catódicos .............................................................. 2-51
2.6.2 Pantallas planas: LCD .................................................................................... 2-52
2.6.3 Pantallas planas: Plasma - PDP ..................................................................... 2-53
2.6.4 LED ................................................................................................................. 2-54
2.6.5 OLED y más .................................................................................................... 2-54
2.6.6 Especificaciones generales.............................................................................. 2-55
2.6.6.1 Definición ........................................................................................................... 2-55
2.6.6.2 Frecuencia de refresco ........................................................................................ 2-55
2.6.6.3 Relación de Contraste ......................................................................................... 2-56
2.6.6.4 Resolución .......................................................................................................... 2-56
2.6.6.5 Tiempo de respuesta ........................................................................................... 2-57
2.7 NORMATIVA RELACIONADA .................................................................................. 2-57
2.7.1 De aplicación española ................................................................................... 2-57
2.7.2 De referencia ................................................................................................... 2-58
3 GUÍA DE DISEÑO ................................................................................................................. 2-3
3.1 ENTORNO NORMATIVO............................................................................................ 3-2
3.2 EL SENTIDO DE LA VISTA ........................................................................................ 3-4
3.2.1 Los colores ........................................................................................................ 3-4
3.2.2 Las zonas de visión ............................................................................................ 3-6
3.3 CONCEPTOS BÁSICOS .............................................................................................. 3-9
3.4 COLOR Y FORMA COMO FUENTES DE INFORMACIÓN .............................................. 3-11
3.4.1 ¿Cómo estamos? ............................................................................................. 3-11
3.4.2 ¿Algo va mal? ................................................................................................. 3-13
3.4.3 ¿Alguien lo ve diferente? ................................................................................. 3-18
3.5 PRINCIPIOS DE SEÑALIZACIÓN .............................................................................. 3-19
3.5.1 Señales de Seguridad ...................................................................................... 3-19
3.5.2 Marcado de conductos .................................................................................... 3-22
3.5.3 Señalización acústica ...................................................................................... 3-26
3.6 RECOMENDACIONES DE DISEÑO ............................................................................ 3-29
3.6.1 Planteamiento práctico ................................................................................... 3-30
3.6.2 Principios básicos de diseño ........................................................................... 3-31
3.6.3 Norma ISO 9241 ............................................................................................. 3-32
3.6.4 Elementos gráficos .......................................................................................... 3-35
3.6.4.1 El color de las pantallas ...................................................................................... 3-35
3.6.4.2 El fondo de pantalla ............................................................................................ 3-37
3.6.4.3 Ubicación de elementos ...................................................................................... 3-38
3.6.4.4 Dibujar objetos ................................................................................................... 3-40
3.6.4.5 El cuadro sinóptico ............................................................................................. 3-42
3.6.4.6 Simulaciones ...................................................................................................... 3-45
3.6.4.7 Letras y números ................................................................................................ 3-46
3.6.4.8 Representación de valores .................................................................................. 3-49
3.7 LA INTERFASE DE CONTROL .................................................................................. 3-51
3.7.1 DIRECTIVA 98/37/CE .................................................................................... 3-52
3.7.1.1 Órganos de accionamiento ................................................................................. 3-52
3.7.1.2 Puesta en marcha ................................................................................................ 3-60
3.7.1.3 Parada normal ..................................................................................................... 3-61
3.7.1.4 Selección de Modos de marcha .......................................................................... 3-61
3.7.2 Convenciones de diseño .................................................................................. 3-63
3.7.2.1 Coherencia y consistencia .................................................................................. 3-63
3.7.2.2 Acciones y efectos .............................................................................................. 3-65
3.7.2.3 Colores de indicadores y mandos ....................................................................... 3-68
3.7.2.4 Posición de indicadores y mandos ...................................................................... 3-70
3.7.3 Animaciones .................................................................................................... 3-72
3.7.4 Navegación ...................................................................................................... 3-73
3.8 BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 3-77
4 LA SEGURIDAD ................................................................................................................... 4.1
4.1 INTEGRACIÓN CORPORATIVA.................................................................................. 4.2
4.2 INTRUSIÓN EN SISTEMAS DE CONTROL .................................................................... 4.5
4.3 PUNTOS DÉBILES ................................................................................................... 4.10
4.3.1 La puesta en marcha ....................................................................................... 4.10
4.3.2 Los Datos ........................................................................................................ 4.11
4.3.3 Política de Seguridad ...................................................................................... 4.12
4.3.4 Arquitectura .................................................................................................... 4.13
4.3.5 Comunicaciones .............................................................................................. 4.14
4.3.6 Plataformas ..................................................................................................... 4.15
4.4 AMENAZAS ........................................................................................................... 4.16
4.4.1 Categorías ....................................................................................................... 4.17
4.4.2 ¿Existen realmente? ........................................................................................ 4.18
4.4.3 Intrusión electrónica ....................................................................................... 4.21
4.4.4 Los responsables ............................................................................................. 4.23
4.5 POLÍTICAS DE SEGURIDAD..................................................................................... 4.23
4.5.1 El comienzo ..................................................................................................... 4.24
4.5.2 El ciclo de la Seguridad .................................................................................. 4.24
4.5.3 Técnicas de Prevención ................................................................................... 4.26
4.5.4 Estrategias de defensa ..................................................................................... 4.29
4.6 LAS "RECOMENDACIONES" .................................................................................. 4.36
4.6.1 Sobre los accesos a la red ............................................................................... 4.37
4.6.2 Sobre el sistema informático ........................................................................... 4.39
4.6.3 Sobre las personas .......................................................................................... 4.42
4.7 LA FDA 21 CFR PARTE 11 ................................................................................... 4.45
4.7.1 Requisitos de la FDA 21 CFR Part 11 ............................................................ 4.48
4.7.2 Terminología ................................................................................................... 4.50
4.7.3 CFR21 Apartado 11, Subapartado B - Documentación electrónica ............... 4.53
4.7.3.1 B11.10 Controles para sistemas cerrados .................................................... 4.53
4.7.3.2 B11.30 Controles para sistemas abiertos ..................................................... 4.61
4.7.3.3 B11. 50 Requerimientos para la firma. .......................................................... 4.61
4.7.3.4 B11.70 Vinculación de firmas electrónicas a registros ................................ 4.61
4.7.4 CFR21 Apartado 11, Subapartado C - Firma electrónica .............................. 4.62
4.7.4.1 C11.100 Requisitos generales para firmas electrónicas ............................. 4.62
4.7.4.2 C11.200 Controles y componentes de la firma electrónica ........................ 4.63
4.7.4.3 C11.300 Controles para identificación, códigos/contraseñas. ................... 4.64
4.7.5 Ejemplos prácticos: ......................................................................................... 4.65
4.7.5.1 Interfase gráfica ................................................................................................ 4.65
4.7.5.2 Control con PLC ................................................................................................ 4.69
4.7.6 Referencias ...................................................................................................... 4.70
5 COMUNICACIONES INDUSTRIALES ...................................................................................... 5.1
5.1 CONCEPTOS ............................................................................................................ 5.2
5.2 TRANSPORTE DE SEÑAL .......................................................................................... 5.4
5.3 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN DE LA SEÑAL ............................................................... 5.7
5.3.1 Niveles de tensión .............................................................................................. 5.7
5.3.2 Bucle de corriente ............................................................................................. 5.9
5.3.3 Señal modulada ............................................................................................... 5.10
5.4 CONCEPTOS BÁSICOS ............................................................................................ 5.11
5.4.1 Modos de transmisión de datos ....................................................................... 5.11
5.4.2 Codificación de señales .................................................................................. 5.12
5.4.3 Protocolos de comunicación ........................................................................... 5.12
5.4.4 Tipos de redes según forma (Topología) ......................................................... 5.14
5.4.5 Formas de comunicación ................................................................................ 5.19
5.4.6 Modos de diálogo ............................................................................................ 5.20
5.4.7 Relaciones entre estaciones............................................................................. 5.21
5.4.7.1 Modos de comunicación ...................................................................................... 5.21
5.4.7.2 Formas de organización de nodos ....................................................................... 5.22
5.4.8 Entradas y Salidas ........................................................................................... 5.23
5.4.9 Tiempo real ..................................................................................................... 5.24
5.5 ACCESO A LA RED ................................................................................................. 5.26
5.5.1 Modelo de referencia OSI ............................................................................... 5.26
5.5.1.1 Nivel 1- Capa Física (Physical Layer) ................................................................. 5.28
5.5.1.2 Nivel 2 - Capa de Enlace de Datos (Data Link Layer) ........................................ 5.29
5.5.1.3 Nivel 3 - Capa de Red (Network Layer) .............................................................. 5.32
5.5.1.4 Nivel 4 - Capa de Transporte (Transport Layer) ................................................. 5.33
5.5.1.5 Nivel 5 - Capa de Sesión (Session Layer) ........................................................... 5.33
5.5.1.6 Nivel 6 - Capa de Presentación (Presentation Layer) .......................................... 5.33
5.5.1.7 Nivel 7 - Capa de Aplicación (Application Layer) ............................................ 5.34
5.5.2 El estándar ISA / SP50 .................................................................................... 5.35
5.5.2.1 Capa 1 ................................................................................................................ 5.36
5.5.2.2 Capa 2 ................................................................................................................ 5.37
5.5.2.3 Capa 7 ................................................................................................................ 5.38
5.5.3 El Protocolo CIP (Common Industrial Protocol) ........................................... 5.39
5.5.3.1 Características .................................................................................................. 5.40
5.5.3.2 Sumario .............................................................................................................. 5.43
5.6 COMUNICACIONES MEDIANTE BUSES DE CAMPO .................................................. 5.44
5.6.1 La pirámide de la automatización (CIM) ........................................................ 5.45
5.6.2 Requisitos de un bus de Campo ....................................................................... 5.47
5.6.3 Buses de Campo .............................................................................................. 5.49
5.6.3.1 MAP/TOP ........................................................................................................... 5.49
5.6.3.2 Interbus .............................................................................................................. 5.52
5.6.3.3 Modbus .............................................................................................................. 5.57
5.6.3.4 Hart ..................................................................................................................... 5.60
5.6.3.5 Fieldbus Foundation ......................................................................................... 5.63
5.6.3.6 AS-i ..................................................................................................................... 5.67
5.6.3.7 Profibus .............................................................................................................. 5.77
5.6.3.8 CAN .................................................................................................................... 5.82
5.6.3.9 DeviceNET ......................................................................................................... 5.88
5.6.3.10 ControlNet .......................................................................................................... 5.92
5.6.3.11 Ethernet .............................................................................................................. 5.97
5.6.3.12 Sumario ............................................................................................................ 5.107
6 VIJEO CITECT ..................................................................................................................... 6.1
6.1 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES ............................................................................. 6.2
6.2 DESCARGA E INSTALACIÓN DEL PROGRAMA ........................................................... 6.4
6.3 ESTRUCTURA DEL PROGRAMA ................................................................................ 6.7
6.4 OPERACIONES BÁSICAS CON EL EXPLORADOR ........................................................ 6.8
6.5 CONFIGURACIONES BÁSICAS ................................................................................. 6.10
6.5.1 Servidores ........................................................................................................ 6.10
6.5.2 Dispositivos ..................................................................................................... 6.11
6.5.3 Configuración del ordenador .......................................................................... 6.13
6.5.4 Creación de variables discretas y analógicas ................................................. 6.15
6.6 EL EDITOR DE GRÁFICOS ....................................................................................... 6.17
6.6.1 Creación de páginas gráficas.......................................................................... 6.17
6.6.2 Elementos gráficos simples ............................................................................. 6.19
6.6.3 Elementos gráficos animados .......................................................................... 6.22
6.6.4 Inserción y dinamización de imágenes ............................................................ 6.23
6.7 EL RUNTIME ......................................................................................................... 6.24
6.8 ENTRADA Y VISUALIZACIÓN DE DATOS ................................................................. 6.25
6.8.1 Visualización gráfica ....................................................................................... 6.25
6.8.2 Mando deslizante ............................................................................................ 6.26
6.8.3 Visualización de valores numéricos ................................................................ 6.27
6.8.4 Entrada de datos numéricos ............................................................................ 6.27
6.9 GRÁFICAS DE TENDENCIA ..................................................................................... 6.28
6.10 SEGURIDAD ........................................................................................................... 6.31
6.10.1 Creación de un usuario .............................................................................. 6.32
6.10.2 Protección de objetos: Privilegios ............................................................. 6.32
6.10.3 Protección de objetos: Áreas ...................................................................... 6.33
6.11 ALARMAS ............................................................................................................. 6.34
6.12 GENIOS ................................................................................................................. 6.39
6.12.1 Utilización de un genio ............................................................................... 6.40
6.12.2 Creación de un genio .................................................................................. 6.41
6.13 ENLACES Y FEEDBACK .......................................................................................... 6.45
7 GLOSARIO ......................................................................................................................... 7.1
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