La efectividad y confiabilidad operacional de un
sistema SCADA depende en gran medida de la transmisión de datos entre la
estación maestra y las unidades terminales remotas, por lo tanto, debe ser
provisto de un medio a través del cual se establezca el intercambio de datos
entre éstas unidades de una forma coordinada, confiable y segura.
Para establecer intercambio de datos entre los
dispositivos de campo y la estación maestra sólo se requiere un medio de
comunicación, como por ejemplo una línea telefónica, un radio enlace, un enlace
de microondas o satelital, cable coaxial o fibra óptica y un protocolo de
transmisión de datos. Los fabricantes de equipos para sistemas SCADA emplean
diferentes protocolos de comunicación y no existe un estándar para la
estructura de los mensajes, sin embargo existen estándares internacionales que
regulan el diseño de las interfaces de comunicación entre los equipos del sistema SCADA y equipos de transmisión de
datos.
De acuerdo a lo expresado anteriormente, el sistema de
comunicación que forma parte de un sistema SCADA es el conjunto de elementos,
dispositivos y equipos de transmisión de datos a través de los cuales se
realiza el intercambio efectivo de mensajes entre las RTUs y la MTU.
Entre los componentes del sistema de comunicación de
un SCADA típico, se encuentran las interfaces de comunicación digital, módems,
medios de transmisión de datos, el computador frontal de comunicaciones. (CFE,
Communication Front End) y el protocolo de comunicación.
Las interfaces de comunicación digital son circuitos
que permiten interconectar un equipo terminal de datos y un equipo terminal del
circuito de datos para la transferencia de datos, señales de control y temporización
entre ellos. Por lo tanto, es un vínculo que permite que señales digitales
pasen de un equipo emisor a otro receptor con las características deseadas.
Existe un gran número de interfaces estandarizadas, y
un ejemplo de ello es la popular RS-232C. Una interfaz de comunicación digital
se caracteriza por un tipo de conector específico (nivel mecánico), tensión y
corrientes de operación (nivel eléctrico) y una señalización (nivel lógico).
Un “módem” es aquel dispositivo que convierte las
señales digitales provenientes de un equipo terminal de datos, en señales aptas
para ser transmitidas eficazmente para canales de comunicación analógicos. Por
otro lado, convierte en el extremo terminal de un circuito teleinformático, las
señales analógicas que entrega la red, en señales digitales aptas para ser
procesadas por el equipo terminal de datos, ubicado en el extremo
receptor.
Estos dispositivos son precisamente utilizados para
interconectar equipos terminales de datos digitales, como lo son las RTUs y la
estación maestra, utilizando para ello bien sea un canal de radio o un canal
telefónico.
Las funciones básicas de un módem son la
decodificación y la modulación, y consecuentemente las funciones inversas,
decodificación y demodulación.
Esquema Básico de un Módem
Entre las características más importantes de un módem está
el tipo de modulación que emplea, el tipo de transmisión, el control de flujo
de datos y la velocidad de transmisión.
Uno de los elementos principales para llevar a cabo el
diálogo entre equipos terminales de datos es el medio físico por el cual se
propaga la información.
En los sistemas SCADA se utilizan distintos medios de
transmisión de información a lo largo de todo el proceso que involucra tomar
una medición de un fenómeno físico hasta mostrarla mediante un computador.
Algunos de estos medios son:
·
Cable de Par Trenzado
·
Sistemas de Enlaces de Radio (VHF, UHF y Microondas)
·
Sistemas basados en Redes Celulares
·
Sistemas basados en Redes Satelitales
En los sistemas distribuidos donde un computador
central puede tener conectados un gran número de equipos terminales, éste debe
encargarse simultáneamente de las siguientes tareas:
·
Procesamiento de datos
propios de la aplicación que ejecuta dicho procesador.
·
Manejo de las comunicaciones de
datos entre el prosador y los equipos terminales conectados al mismo.
Algunos computadores, denominados de “configuración
aislada”, están especialmente diseñados para manejar de forma simultánea ambos
procesos.
Otros sistemas de computación, denominados de
“configuración delantera”, tienen las funciones de procesamiento de datos y de
comunicaciones separadas. Precisamente el nombre está dado porque poseen un
equipamiento auxiliar denominado ¨ procesador frontal de comunicaciones.
En los sistemas
organizados de esta manera existe una clara diferencia entre el procesamiento
de datos por un lado y el manejo de las comunicaciones por el otro.
A estos equipos se les conoce como controladores
frontales de comunicación, pues su misión es controlar la transmisión de datos
entre el computador central y los equipos terminales remotos. Están capacitados
para realizar el máximo posible de funciones relacionadas con las
comunicaciones, a efectos de que la unidad central de procesamiento del equipo
principal, tenga una menor carga de trabajo.
La información transmitida entre la unidad remota y la
unidad maestra va “empaquetada” en un lenguaje y un formato conocido tanto por
el emisor como por el receptor. Es la
única forma de que un extremo pueda interpretar correctamente el (los) mensaje
(s) por el otro extremo.
Para que pueda tener éxito la comunicación debe haber
compatibilidad en dos niveles básicos: el que se refiere a las señales
eléctricas presente en el medio de comunicación y el que se refiere a la
interpretación de tales señales como información.
En sistemas prácticos, se utilizan más de dos niveles
para incluir mayor información (por ejemplo direccionalidad en ambiente de
redes).
Con base en lo explicado anteriormente, la interfaz
entre los diferentes equipos se definen dividiendo el manejo de información en
niveles o capas, cada una usando los servicios suministrados por las capas
debajo de ellas y agregando información o capacidad adicional.
En el modelo de capas, el nivel 1 define las
características eléctricas, mecánicas y funcionales de la interfaz, lo cual
permite intercambiar unos (1) y ceros (0) lógicos; se definen voltajes, cables
y conexiones y se establecen secuencias de control. Este nivel también es conocido como capa física.
El nivel 2 se refiere al formateo de mensajes,
detección de errores y exactitud de la transmisión.
El nivel 3 se refiere al enrutamiento de mensajes,
dependiendo del tipo de red utilizada
El intercambio de información en un sistema de
transmisión de datos exige una serie de pasos bien definidos o diálogo entre
las estaciones transmisoras y receptoras.
Estos pasos son:
Un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas
y procedimientos que permite a las unidades remotas y maestra el intercambio de
información.
Los protocolos empleados dependen si el control se
efectúa mediante caracteres especiales o por conteo de bytes o bit por bit.
Típicamente, en los sistemas SCADA los protocolos utilizados son orientados a
bit debido a la naturaleza de la secuencia de intercambio de mensajes entre la
estación maestra y las RTUs, son del
tipo direccionamiento y envío.
Para la utilización de este tipo de protocolo se ha
creado una estructura de bloques o entramado general para el intercambio de
información, comandos y reconocimientos que se muestra a continuación:
ß Sentido del Flujo de Datos
Bandera
8 bits |
Campo de Dirección 8 bits |
Campo de Control 8 bits |
Campo de Información n bits |
Chequeo de Errores CRC-16 |
Bandera 8 bits |
·
MODBUS: Trabaja bajo la filosofía Maestro –
Esclavo, donde el maestro controla toda la actividad de transmisión de datos,
interrogando en un instante de tiempo distinto a cada unidad esclava (proceso
conocido como polling). Es muy utilizado en los Controladores Lógicos
Programables (PLC), y debido a su naturaleza, puede facilitar el uso de PLC
como Unidad Remota de un Sistema SCADA. Puede direccionar hasta 254 esclavos.
Opera sobre una interfaz de conexión basada en el estándar IEEE RS-485, que
define el número y disposición física de los conductores, así como los valores
de tensión correspondientes a cada nivel lógico.
La capa de enlace utiliza una selección de formatos para
proporcionar la integridad / eficiencia y conveniencia de transmisión requerida.
La capa de aplicación contiene un número de “Funciones de Aplicación” que envuelven la transmisión de “ASDUs” entre la fuente y el destino.
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