Evolución de los sistemas SCADA con la Industria 4.0

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Se está observando una evolución de los SCADA para adaptarse a las nuevas necesidades derivadas de la industria 4.0 y son una pieza clave en la convergencia IT/OT

Evolución de los sistemas SCADA con la Industria 4.0

Nos encontramos en pleno proceso de cambio, tanto de paradigma como de herramientas tecnológicas, en el entorno industrial, donde se está adoptando la tecnología digital (IT), integrándola con la tecnología operacional (OT), con el fin de transformar la empresa en una organización inteligente e hiperconectada que optimice los resultados del negocio.

El cambio se basa en la adopción de las nuevas tecnologías, como la fabricación aditiva, robótica colaborativa, herramientas de planificación de la producción, visión artificial, realidad virtual, gamificación, simulación de procesos, inteligencia operacional, IoT e IIoT, y las denominadas KET, por su acrónimo inglés (Key Enabling Technologies), para la progresiva automatización del proceso productivo.

Ilustración - DataHub Solution Capgemini Engineering

Estamos en los albores de la implementación de unos conceptos que comenzaron a surgir entre los años 2011 y 2014 con la aparición de las primeras fabricas inteligentes y la gestión online de la producción; y los sistemas irán evolucionando en los próximos años.

En un futuro próximo, las fábricas inteligentes integrarán lo físico con lo virtual, donde los fabricantes y máquinas compartirán información con la cadena de suministro y los procesos podrán ser optimizados automáticamente, ser auto-configurables y usar inteligencia artificial para completar tareas difíciles basadas en flujos de trabajo complejos, y diseñar estrategias de mantenimientos predictivos.

Evolución de los sistemas SCADA

Todo esto obliga a buscar una convergencia entre ambos mundos, el IT y el OT, tradicionalmente fuertemente polarizados, donde las herramientas, datos y filosofías se encuadraban en marcos fuertemente diferenciados; y a disponer de sistemas que operen y gestionen la información de banda ancha y las infraestructuras para las tecnologías de la información.

Dentro de los innumerables sistemas que van a evolucionar tanto tecnológicamente como conceptualmente, se encuentran los sistemas SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

Estos sistemas, fuertemente ligados a la operación de planta, forman, junto con los PLC´s (controladores lógicos programables), el corazón de un sistema de control tradicional. Los sistemas SCADA son una pieza crítica en el funcionamiento de cualquier planta productiva ya que tienen la capacidad de controlar los elementos de producción.

Esta criticidad podía llevar a pensar que, en este cambio, los sistemas SCADA iban a ser “sustituidos” por nuevas herramientas; o que, simplemente, se iban a quedar aislados del cambio.

No obstante, se está observando una evolución de los SCADA para adaptarse a las nuevas necesidades derivadas de la industria 4.0 y son una pieza clave en la convergencia IT/OT.

En las arquitecturas tradicionales, los SCADA estaban situados en el nivel 2 de la pirámide ISA95. Esta pirámide establecía niveles fuertemente jerarquizados donde la comunicación entre ellos, en caso de existir, se realizaba entre niveles contiguos y los sistemas de cada nivel se encontraban aislados de los niveles no adyacentes. Con la industria 4.0, esta separación se difumina llegando casi a desaparecer debido a la necesidad de hiperconectividad.

Los sistemas SCADA están diseñados para entornos industriales y algunas de sus principales características, como pueden ser la robustez; entornos de programación/configuración amigable para los operadores que no tengan conocimientos profundos en lenguajes de programación de alto nivel; la ciberseguridad; y ciclos de vida más largos que el de las soluciones IT típicas, han dificultado y ralentizado su adaptación.

Respecto a la programación/configuración, los sistemas SCADA de nueva generación incluyen tecnologías de la web 2.0 y lenguajes de programación de alto nivel, lo que otorga mayor flexibilidad de diseño y capacidad de ejecución en servidores web que los hace accesibles desde los navegadores web más comunes.
Las bases de datos dedicadas se están sustituyendo por bases de datos típicas IT basadas en SQL y bases de datos NoSQL para cubrir las necesidades de adquisición de datos en tiempo real.

Otro punto importante es el aumento de las necesidades de conectividad donde ahora es necesario, no solo la conectividad con campo tradicional mediante protocolos industriales (OPC, Modbus, Profinet…), sino que se añaden capacidades de comunicación vertical con sistemas IT tanto para la computación local en sistemas MES o Edge como para la computación en la nube.

Para esto se han añadido tecnologías como MQTT o API REST al tradicional elenco de protocolos industriales de los SCADA y se está cambiando la filosofía de los sistemas de conectividad desde los tradicionales maestro-esclavo a sistemas de publicación-suscripción.

Además de cambios en las arquitecturas de red de las plantas, que deben incluir capas de conectividad que concentren todos los datos generados en el entorno productivo y sean el punto de acceso único para la adquisición de datos por parte de sistemas IT, reduciendo drásticamente el número de puntos susceptibles de ser atacados.

Sin embargo, esto provoca una mayor vulnerabilidad de estos sistemas a ciberataques, lo que implica la necesidad de incluir soluciones específicas para proteger la empresa, que a su vez garantice la robustez necesaria y tradicional de los SCADAS, y que garanticen la disponibilidad en continua de la planta y la capacidad en tiempo real de los activos críticos.

Las necesidades de seguridad se han estandarizado en IEC62443, que define un marco para que proveedor e instalador puedan implementar y documentar las medidas necesarias.

La evolución de estos sistemas se encuentra en marcha y aún se encuentran inconvenientes que hacen de contrapeso a las principales ventajas. Las principales barreras que nos encontramos son la anteriormente mencionada ciberseguridad y sobre todo la velocidad de las comunicaciones.

Los procesos de automatización requieren una latencia muy baja que puede verse afectada por la necesidad que los datos viajen por Internet. En este sentido, se tiende a diferenciar las funciones del sistema que requieren tiempos de respuesta bajos que son ejecutados en la propia planta, del resto que se delegan en la nube.

Sin embargo, las ventajas de un sistema en la nube son innumerables, siendo las más destacadas la capacidad de tener clientes ilimitados debido al acceso web vía Internet, la reducción de los costes de mantenimiento y licencias, junto al aumento de la capacidad de escalabilidad debido a los recursos “ilimitados” de la nube.

El camino se ha iniciado y, aunque sigue vigente el concepto de SCADA tradicional, parece que el cambio no tiene marcha atrás y es necesario que tanto empresas proveedoras como clientes se adapten al nuevo paradigma de un sistema que es y será parte esencial de los ecosistemas digitales de la industria.

Autor: Jesús Balosa Morán - Arquitecto de sistemas y comunicaciones industriales Capgemini Engineering




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