Sistemas SCADA: qué son, cómo funcionan y qué supervisan en una planta agroalimentaria

En esta página

• Qué es un sistema SCADA y para qué sirve
• Cómo funciona: la arquitectura por capas
• Cómo habla con los autómatas: Modbus TCP, PROFINET y OPC UA
• SCADA, HMI, PLC y MES: en qué se diferencian
• Buenas prácticas con norma: alarmas, pantallas y ciberseguridad
• Un SCADA en una planta agroalimentaria
• Fábricas de piensos con SuitER: Inalsa, Agrocantabria y Casaseca
• Las fases de un proyecto SCADA
• Preguntas frecuentes
• Fuentes

Qué es un sistema SCADA y para qué sirve

La palabra nació para redes repartidas en el territorio. El glosario del NIST, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos, lo define como un sistema que recoge y procesa datos y aplica control a larga distancia [1]. Su guía de seguridad para sistemas industriales describe los SCADA como sistemas que controlan activos dispersos, donde la adquisición centralizada de datos importa tanto como el control: redes eléctricas, oleoductos, abastecimiento de agua [2]. En una fábrica, con todos los autómatas en el mismo recinto, la idea es la misma: ver desde un sitio lo que pasa en muchos.

Sus funciones en planta son seis:

• Supervisión: sinópticos con el estado de cada equipo y los valores de proceso (pesos, temperaturas, niveles).
• Control supervisor: órdenes y consignas desde el puesto; el SCADA las escribe en el PLC y el PLC actúa.
• Alarmas: aviso de cada situación anormal, con prioridad, reconocimiento y registro.
• Tendencias: gráficas de variables en el tiempo, para ver cómo se llegó a un problema.
• Históricos: valores, eventos y acciones de usuario; quién cambió qué consigna y cuándo.
• Informes: producción por turno o por lote, consumos, paradas.

Cómo funciona un sistema SCADA: la arquitectura por capas

Los modelos de referencia del sector, como el modelo Purdue o los niveles de ISA-95 (publicada internacionalmente como IEC 62264), ordenan los sistemas de una fábrica en niveles, del proceso físico a la gestión de la empresa, y la guía del NIST los propone para organizar la red de planta [2]. El SCADA vive en el nivel de supervisión, entre los autómatas y el MES (sistema de ejecución de la producción) o el ERP (sistema de gestión de la empresa). Por dentro tiene estas piezas:

Cada dato es una variable (un tag) con su nombre, su dirección en el autómata, sus unidades y sus límites de alarma. El servidor las lee de cada PLC de forma cíclica, o recibe los cambios si el protocolo lo permite, y las reparte a pantallas, alarmas e historiador. La RTU (unidad terminal remota) es para emplazamientos lejanos, como pozos o estaciones de bombeo; dentro de una fábrica casi todo es PLC, y cómo funciona un autómata está en qué es un PLC.

Cómo habla un SCADA con los autómatas: Modbus TCP, PROFINET y OPC UA

Entre el servidor y los autómatas hay un protocolo de comunicación. En plantas agroalimentarias nos encontramos sobre todo estos tres, a menudo juntos:

Si todos los autómatas son de una marca, su protocolo nativo suele ser el camino corto; para juntar fabricantes o subir datos a gestión, OPC UA ordena mucho. Cuando la comunicación falla (valores congelados, huecos en el histórico), el diagnóstico va por capas, y la guía paso a paso está en fallos de comunicación entre PLC y SCADA.

SCADA, HMI, PLC y MES: en qué se diferencian

Cada uno resuelve una parte distinta del problema:

En las plantas agroalimentarias medianas la frontera entre SCADA y MES es borrosa: muchos SCADA del sector llevan órdenes, fórmulas, lotes y trazabilidad, como nuestro SuitER. Por encima queda el ERP (compras, stock, facturación), que no debe controlar máquinas.

Buenas prácticas con norma: alarmas, pantallas y ciberseguridad

Alarmas, pantallas y ciberseguridad tienen norma internacional, y esas normas son la referencia con la que conviene diseñar un SCADA.

Alarmas: ISA-18.2 e IEC 62682

La referencia es ANSI/ISA-18.2-2016, sobre gestión de sistemas de alarmas en las industrias de proceso [6]. En el catálogo de la IEC hay una norma con el mismo título, la IEC 62682, cuya segunda edición es de 2022 [7]. ISA-18.2 abarca el ciclo de vida completo de las alarmas, de su identificación y racionalización a su implantación, mantenimiento y gestión de cambios. Su eje es una filosofía de alarmas documentada, referencia para las decisiones de diseño, el rendimiento y lo que se espera del operador; la priorización tiene requisitos propios [6].

Un criterio práctico para empezar: si ante un aviso el operador no tiene nada que hacer, no es una alarma. Es un evento, y va al registro. Cada alarma que queda se racionaliza: causa, consecuencia, qué debe hacer el operador, en cuánto tiempo y con qué prioridad.

Un escenario típico en una fábrica de piensos: tras un corte de luz, el arranque dispara decenas de avisos de motores parados y el que importa, el atasco de un elevador, se pierde entre ellos. Se corrige con prioridades, suprimiendo lo que no tiene sentido en el estado de la línea (con la línea parada, un motor parado no es una anomalía) y revisando las alarmas que más saltan.

Pantallas: ISA-101

Para las pantallas está ANSI/ISA-101.01-2015, sobre interfaces hombre-máquina de los sistemas de automatización de procesos. Las trata a lo largo de toda su vida (diseño, implantación, operación y mejora continua), y sus áreas clave son la estructura de las pantallas, la interacción con el usuario y la formación del operador [8]. En la práctica suele traducirse en una jerarquía de pantallas (planta, zona, equipo, detalle) y en los mismos símbolos en toda la instalación.

Ciberseguridad: IEC 62443

La serie ISA/IEC 62443 define los requisitos y procesos para implantar y mantener sistemas de automatización y control industrial seguros [9]. La guía del NIST para sistemas industriales baja a la práctica: parte de que muchos protocolos industriales no tienen autenticación de ningún tipo y propone separar la red de planta de la corporativa con cortafuegos o una zona desmilitarizada (DMZ), impedir que los equipos de gestión hablen directamente con los de control, pedir doble factor en el acceso remoto y tener copias de seguridad con planes de recuperación probados [2]. En el SCADA de una fábrica eso se concreta en:

• Red de planta separada de la de oficina, con un punto de paso controlado.
• Acceso remoto de mantenimiento con doble factor, autorización y registro, nunca un escritorio remoto abierto a internet.
• Un usuario por persona, para saber quién cambió cada consigna.
• Copias de seguridad de autómatas, SCADA y bases de datos, y la restauración probada.

Un SCADA en una planta agroalimentaria

El esqueleto es el mismo en cualquier fábrica; cambia qué se supervisa y qué queda registrado. Así es en los tres tipos de planta en los que más trabajamos:

Cada una tiene su artículo con el proceso fase a fase: automatización de fábricas de piensos, automatización de bodegas y automatización en la industria alimentaria.

El Reglamento (CE) 178/2002 obliga a los operadores de alimentos y piensos a poder identificar a quién les suministró cada materia y a qué empresas han suministrado sus productos [10]. Lo que ocurre dentro de la fábrica (qué materia de qué silo entró en qué lote) es el tramo que mejor cubre un SCADA con registro automático. Hay más en trazabilidad alimentaria y registros manuales.

Fábricas de piensos con SuitER: Inalsa, Agrocantabria y Casaseca

Cada una tiene su vídeo en nuestra web y en nuestro canal de YouTube.

SuitER, nuestro software industrial, sigue la arquitectura de arriba. SuitER Server conecta la red de autómatas con la de gestión y guarda los datos en tiempo real en base de datos; al estar entre las dos redes, es el punto de paso que hay que proteger. SuitER Client es el puesto de operarios, jefes de planta y dirección, en sala de control, oficina, tablet o móvil. ReportER saca y exporta los informes. SuitER Tracer asocia cada lote a su origen, su fórmula y sus parámetros de producción, y se integra con el ERP, los formuladores y los analizadores NIR (de infrarrojo cercano). Los módulos y los vídeos están en la página de SuitER.

Las fases de un proyecto SCADA

Hacemos la parte eléctrica, los autómatas y el SCADA con el mismo equipo, y el proyecto pasa por estas fases:

1. Recorrido por la planta y lista de señales. Qué equipos hay, qué autómatas y con qué comunicaciones, qué se hace hoy a mano.
2. Especificación funcional. Pantallas y su guía de estilo, filosofía y lista de alarmas, qué se guarda en histórico y cada cuánto, informes, usuarios y permisos.
3. Programación y pruebas previas. El programa de los autómatas y del SCADA se prueba antes de la puesta en marcha.
4. Puesta en marcha por zonas. Pruebas en planta con el proceso real (SAT), planificadas con producción para parar lo menos posible.
5. Formación y soporte. Formación a producción, mantenimiento y calidad sobre su propia planta; después, soporte de SatER, nuestro servicio técnico.

Si ya hay un SCADA y toca sustituirlo porque corre en un ordenador sin soporte, lo difícil es migrar sin parar la producción; cómo hacerlo está en modernización de SCADA y PLC en fábricas agroalimentarias.

Fuentes

1. National Institute of Standards and Technology. (s. f.). Supervisory control and data acquisition (SCADA). Glosario del CSRC. https://csrc.nist.gov/glossary/term/supervisory_control_and_data_acquisition
2. Stouffer, K., Pease, M., Tang, C., Zimmerman, T., Pillitteri, V., Lightman, S., Hahn, A., Saravia, S., Sherule, A. y Thompson, M. (2023). Guide to Operational Technology (OT) Security (NIST SP 800-82 Rev. 3). National Institute of Standards and Technology. https://csrc.nist.gov/pubs/sp/800/82/r3/final
3. Modbus Organization. (2006). MODBUS Messaging on TCP/IP Implementation Guide V1.0b. https://www.modbus.org/file/secure/messagingimplementationguide.pdf
4. PROFIBUS & PROFINET International. (s. f.). Technologies. https://www.profibus.com/technology
5. OPC Foundation. (s. f.). Unified Architecture. https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/
6. International Society of Automation. (s. f.). ISA18 Series of Standards: ANSI/ISA-18.2-2016, Management of Alarm Systems for the Process Industries. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-18-series-of-standards
7. International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 62682:2022 Management of alarm systems for the process industries. https://webstore.iec.ch/en/publication/65543
8. International Society of Automation. (s. f.). ISA101 Standards: ANSI/ISA-101.01-2015, Human Machine Interfaces for Process Automation Systems. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-101-standards
9. International Society of Automation. (s. f.). ISA/IEC 62443 Series of Standards. https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-iec-62443-series-of-standards
10. Reglamento (CE) n.º 178/2002 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 28 de enero de 2002, por el que se establecen los principios y los requisitos generales de la legislación alimentaria (art. 18). Diario Oficial de las Comunidades Europeas, L 31. https://eur-lex.europa.eu/legal-content/ES/TXT/?uri=CELEX:02002R0178-20260101