Exercicis: Supervisió i monitoratge

Explica amb les teves paraules què fa un sistema SCADA i què signifiquen les paraules del seu nom (supervisió, control i adquisició de dades). Posa un exemple d'instal·lació on resulti imprescindible.

Explica què és la telemetria (mesurar a distància i enviar les dades) i descriu un exemple quotidià o proper on s'utilitzin mesures enviades automàticament per una xarxa, indicant què es mesura i qui rep la dada.

Quins avantatges aporta supervisar una planta de tractament d'aigua des d'una sala de control remota en lloc de recórrer-la inspeccionant-la a peu? Anomena com a mínim tres avantatges i raona cadascun (rapidesa davant de fallades, registre històric, seguretat del personal...).

Explica què és una alarma en un sistema SCADA, quins dos estats pot tenir (activa, reconeguda) i per què reconèixer una alarma no és el mateix que resoldre-la.

Una consigna remota permet canviar un valor de referència des de la sala de control. Posa un exemple (canviar la temperatura d'una nau climatitzada des del centre) i descriu el camí que segueix aquesta ordre fins a l'actuador.

L'SCADA guarda un historial de totes les variables. Explica per a què serveix consultar dades de fa mesos (trobar quan va començar una avaria, planificar el manteniment abans de la fallada) amb un exemple concret.

La pantalla sinòptica (mimic) representa la planta de manera esquemàtica amb els seus valors en directe. Explica quins avantatges té veure la planta així, en lloc de veure només taules de nombres (situar cada valor a la seva màquina, detectar d'una ullada allò anòmal).

Distingeix entre un operari de planta (recorre les màquines) i un operari de sala de control (supervisa pantalles): què veu i què fa cadascun, i per què ambdós perfils continuen sent necessaris en una instal·lació gran.

La figura mostra la supervisió d'una planta industrial: els sensors i autòmats de la planta envien les seves dades a través d'un element intermedi fins a l'estació de supervisió, on una persona operadora vigila les gràfiques i les alarmes, com es mostra a la figura.

Indica quin element falta entre la planta i l'estació de supervisió, explica quin tipus d'informació viatja en cada sentit i descriu què veu i què pot fer la persona operadora quan salta una alarma.

A la pantalla d'un SCADA se solen veure valors actuals de les variables, gràfiques de tendència i alarmes. Explica què aporta cadascun d'aquests tres elements a la persona que supervisa i quines decisions pot prendre amb cadascun (actuar ja, preveure una avaria, ajustar consignes...).

Distingeix entre monitorar un procés (observar-lo i registrar-lo) i controlar-lo (actuar sobre ell). Explica per què un SCADA sol fer totes dues coses i posa un exemple d'una acció de supervisió i d'una acció de control en el proveïment d'aigua d'una ciutat.

En un dipòsit municipal d'aigua es poden mesurar moltes variables. Tria'n quatre (nivell, cabal d'entrada, cabal de sortida, pressió de xarxa, concentració de clor...) i defineix per a cadascuna una alarma amb el seu llindar raonable i l'actuació que requereix, justificant les teves tries.

Els comptadors intel·ligents d'aigua o d'electricitat envien les seves lectures per telemetria. Explica quines dades envien i amb quina freqüència, i quins problemes es poden detectar analitzant-les (una fuita que consumeix de matinada, un comptador avariat, patrons anòmals de consum).

Quan salta una alarma, el sistema exigeix a l'operari reconèixer-la (donar justificant de recepció). Explica què es registra amb aquest reconeixement (qui i quan la va veure), per què és important per a la responsabilitat i quin risc té el costum de reconèixer les alarmes sense mirar-les.

Una empresa supervisa 50 estacions remotes des d'un únic centre de control. Analitza què canvia respecte a supervisar una sola planta en local (dependència de les comunicacions, priorització d'alarmes que arriben de molts llocs, personal mínim de guàrdia) i quina redundància mínima exigiries a la xarxa de comunicacions.

Una alarma crítica (per exemple, la sobrepressió en una caldera) no hauria de dependre d'un únic sensor. Explica què és la instrumentació de seguretat (cadenes de mesura i actuació independents del sistema de control normal) i per què es dissenya separada de l'SCADA que supervisa el procés.

En l'SCADA d'un parc solar fotovoltaic de 10 MW observes en ple migdia clar els següents registres: el piranòmetre marca 950 W/m², la temperatura ambient és de 32 °C, però el conjunt d'inversors del sector B lliura només un 40 % de la seva potència nominal mentre que la temperatura interna dels seus semiconductors arriba a 82 °C (enfront dels 58 °C de la resta del parc). Cap alarma no ha saltat perquè només estaven programades alertes per tall brusc de corrent.

1. a) Diagnostica quina causa o anomalia tècnica pot estar afectant el sector B i justifica quines dues noves alarmes (indicant variable monitorada, condició o llindar quantitatiu i nivell de prioritat) has de configurar en l'SCADA per prevenir danys en els equips.
2. b) Dissenya dues actuacions de telemandament o control automàtic que l'operador de la sala de control ha de poder executar des de l'SCADA per mitigar l'escalfament sense deixar el sector completament desconnectat.

Durant la posada en marxa d'un reactor químic, es registren a la consola SCADA 140 alarmes en tot just dos minuts. Entre la llista contínua d'esdeveniments emergents s'amaga un avís crític de caiguda de pressió en el circuit de refrigeració que l'operari passa per alt en intentar silenciar les alertes acústiques, provocant un tret per sobretemperatura.

1. a) Diagnostica el problema de disseny que origina aquesta «inundació d'alarmes» i justifica per què tractar qualsevol canvi d'estat dels sensors com una alarma desvirtua la funció de supervisió de l'operari.
2. b) Dissenya una solució tècnica per a l'SCADA basada en tres mecanismes: supressió dinàmica d'alarmes segons la fase d'operació, priorització jeràrquica i filtratge per banda morta o histèresi. Explica com actuaria cadascun d'aquests mecanismes davant d'un transitori d'arrencada per evitar la saturació de l'operari.

Un grup de ciberatacants aconsegueix infiltrar-se a la xarxa corporativa d'una empresa de distribució elèctrica i intenta manipular les subestacions mitjançant un atac de tipus «falsificació de dades» (spoofing) cap al sistema SCADA. L'objectiu és injectar valors falsos de tensió i temperatura a la interfície HMI per enganyar els operaris mentre sobrecarreguen físicament els transformadors.

1. a) Prediu l'impacte tècnic i operatiu d'aquest atac sobre l'estabilitat de la xarxa si els operaris prenen decisions basant-se en lectures falsejades abans que actuïn les proteccions electromecàniques locals.
2. b) Dissenya una proposta d'arquitectura de ciberseguretat industrial basada en l'estàndard ISA/IEC 62443: justifica la separació entre les xarxes IT i OT mitjançant zones, conductes i DMZ industrial, i explica quina funció compleix un díode de dades o passarel·la unidireccional per protegir la supervisió de la infraestructura.

En un túnel de carretera de 2,5 km amb trànsit dens en hora punta, l'SCADA registra simultàniament al sector mitjà: concentració de CO de 85 ppm (valor normal < 30 ppm), opacitat ambiental del 38 %, velocitat mitjana del trànsit de 0 km/h i una pujada brusca de temperatura de 15 °C/min al quilòmetre 1,2 segons el cable sensor tèrmic lineal.

1. a) Interpreta la correlació d'aquestes dades, determina l'origen del succés i estableix raonadament l'ordre de prioritat amb què el sistema ha de gestionar les alarmes generades.
2. b) Dissenya la seqüència de resposta automatitzada i remota que l'SCADA ha d'ordenar sobre els actuadors de camp: ventilació longitudinal o semitransversal (control de fums), senyalització d'aspes/fletxes en panells de carril i barreres de tancament a les boques del túnel, justificant l'ordre temporal d'activació per garantir la supervivència i evacuació dels usuaris.

Un tall accidental en una rasa secciona el cablatge de comunicacions de fibra òptica i l'antena de suport que comuniquen una estació depuradora d'aigües residuals amb el centre de supervisió SCADA remot.

Un operari afirma: «Com que s'ha perdut la comunicació amb l'SCADA, els llaços de control de nivell dels tancs s'han aturat, la parada d'emergència ja no funcionarà si la premem i, quan torni la xarxa, s'hauran perdut tots els registres de pH i cabal d'aquestes hores».

1. a) Rebat tècnicament les tres parts de l'afirmació de l'operari, distingint la funció de supervisió de l'SCADA enfront de l'execució en temps real dels PLC locals i la naturalesa dels circuits de seguretat cablats.
2. b) Dissenya el procediment de registre temporal local (datalogging amb estampació de temps o timestamp) en els autòmats i explica com s'ha de realitzar la reconciliació de dades amb la base de dades històrica de l'SCADA quan l'enllaç es restableixi, anticipant quins problemes d'interpretació esdevindrien si els rellotges dels PLC no estiguessin sincronitzats.

A la pantalla HMI de supervisió d'una caldera industrial de vapor coincideixen en un interval de pocs segons els següents avisos:

1. Avís de manteniment preventiu: complertes 5000 hores de funcionament del cremador.

2. Entrada analògica oberta (fallada de llaç 4-20 mA) a la sonda secundària de temperatura de fums.

3. Microruptor de la comporta d'accés al cremador obert.

4. Nivell d'aigua al calderí al 12 % (nivell mínim de seguretat: 25 %).

5. Pressió de vapor a 18,2 bar (pressió de treball: 14 bar; disparament de vàlvula mecànica: 19 bar).

6. Temperatura de sortida de vapor a 235 °C (temperatura nominal: 210 °C).

1. a) Avalua la gravetat i urgència de cada esdeveniment des del punt de vista del risc físic per a la instal·lació i determina quin exigeix el disparament automàtic immediat (enclavament o interlock) del subministrament de combustible abans fins i tot de la intervenció de l'operari.
2. b) Dissenya la jerarquització d'alarmes a l'SCADA classificant-les en tres nivells (Crítica, Major, Informativa) i proposa tres criteris de disseny ergonòmic de l'HMI (codi cromàtic, segregació visual o gestió sonora) per assegurar que les alarmes crítiques destaquin immediatament sense ser emmascarades per la resta.

Una auditoria de seguretat en una planta potabilitzadora detecta que els PLC que controlen la dosificació de clor i les bombes d'impulsió estan a la mateixa subxarxa IP que els ordinadors d'administració i que el fabricant té accés remot permanent sense autenticació de doble factor per aplicar pedaços de programari en calent.

1. a) Analitza els vectors d'atac que obre aquesta configuració: prediu què podria passar si un equip ofimàtic s'infecta amb programari maliciós o si un atacant aprofita l'accés remot per modificar les consignes de desinfecció en els autòmats.
2. b) Justifica per què en els entorns d'automatització industrial (xarxes OT) l'aplicació de pedaços i actualitzacions no es pot automatitzar com en els ordinadors d'oficina (xarxes IT), analitzant els conceptes de disponibilitat ininterrompuda, determinisme en temps real i la necessitat de validació prèvia en bancs de proves o bessons digitals.

En una cèl·lula robotitzada de paletització supervisada per un SCADA, un tècnic entra al recinte a retirar una caixa caiguda franquejant una barrera fotoelèctrica de seguretat. En ajupir-se per recollir la peça, un company prem des de la pantalla HMI de l'SCADA el botó virtual de «Reprendre cicle» i el robot reprèn el moviment, provocant un quasiaccident.

1. a) Analitza per què permetre el rearmament del robot directament des de la pantalla remota de l'SCADA constitueix una infracció greu de la seguretat de màquines i descriu com s'ha de dissenyar el circuit de rearmament segur (ubicació del polsador físic de rearmament, visibilitat de l'interior de la gàbia i funció del relé de seguretat de doble canal).
2. b) Dissenya la representació a la pantalla HMI de l'SCADA per a aquesta cèl·lula: explica com s'ha de reflectir l'estat del sistema en tres situacions diferents (parada operativa per fi de lot, disparament de parada d'emergència i tall de barrera òptica) i quines condicions lògiques ha de verificar el sistema abans de permetre qualsevol seqüència de posada en marxa.