Ejercicios: Supervisión y monitorización

Explica con tus palabras qué hace un sistema SCADA y qué significan las palabras de su nombre (supervisión, control y adquisición de datos). Pon un ejemplo de instalación donde resulte imprescindible.

Explica qué es la telemetría (medir a distancia y enviar los datos) y describe un ejemplo cotidiano o cercano donde se usen medidas enviadas automáticamente por una red, indicando qué se mide y quién recibe el dato.

¿Qué ventajas aporta supervisar una planta de tratamiento de agua desde una sala de control remota en vez de recorrerla inspeccionándola a pie? Nombra al menos tres ventajas y razona cada una (rapidez ante fallos, registro histórico, seguridad del personal...).

Explica qué es una alarma en un sistema SCADA, qué dos estados puede tener (activa, reconocida) y por qué reconocer una alarma no es lo mismo que resolverla.

Una consigna remota permite cambiar un valor de referencia desde la sala de control. Pon un ejemplo (cambiar la temperatura de una nave climatizada desde el centro) y describe el camino que sigue esa orden hasta el actuador.

El SCADA guarda un historial de todas las variables. Explica para qué sirve consultar datos de hace meses (encontrar cuándo empezó una avería, planificar el mantenimiento antes del fallo) con un ejemplo concreto.

La pantalla sinóptica (mimic) representa la planta de forma esquemática con sus valores en vivo. Explica qué ventajas tiene ver la planta así, en vez de ver solo tablas de números (situar cada valor en su máquina, detectar de un vistazo lo anómalo).

Distingue entre un operario de planta (recorre las máquinas) y un operario de sala de control (supervisa pantallas): qué ve y qué hace cada uno, y por qué ambos perfiles siguen siendo necesarios en una instalación grande.

La figura muestra la supervisión de una planta industrial: los sensores y autómatas de la planta envían sus datos a través de un elemento intermedio hasta la estación de supervisión, donde una persona operaria vigila las gráficas y las alarmas, como se muestra en la figura.

Indica qué elemento falta entre la planta y la estación de supervisión, explica qué tipo de información viaja en cada sentido y describe qué ve y qué puede hacer la persona operaria cuando salta una alarma.

En la pantalla de un SCADA suelen verse valores actuales de las variables, gráficas de tendencia y alarmas. Explica qué aporta cada uno de esos tres elementos a la persona que supervisa y qué decisiones puede tomar con cada uno (actuar ya, prever una avería, ajustar consignas...).

Distingue entre monitorizar un proceso (observarlo y registrarlo) y controlarlo (actuar sobre él). Explica por qué un SCADA suele hacer las dos cosas y pon un ejemplo de una acción de supervisión y de una acción de control en el abastecimiento de agua de una ciudad.

En un depósito municipal de agua se pueden medir muchas variables. Elige cuatro (nivel, caudal de entrada, caudal de salida, presión de red, concentración de cloro...) y define para cada una una alarma con su umbral razonable y la actuación que requiere, justificando tus elecciones.

Los contadores inteligentes de agua o de electricidad envían sus lecturas por telemetría. Explica qué datos envían y con qué frecuencia, y qué problemas se pueden detectar analizándolos (una fuga que consume de madrugada, un contador averiado, patrones anómalos de consumo).

Cuando salta una alarma, el sistema exige al operario reconocerla (dar acuse). Explica qué se registra con ese acuse (quién y cuándo la vio), por qué es importante para la responsabilidad y qué riesgo tiene la costumbre de reconocer las alarmas sin mirarlas.

Una empresa supervisa 50 estaciones remotas desde un único centro de control. Analiza qué cambia frente a supervisar una sola planta en local (dependencia de las comunicaciones, priorización de alarmas que llegan de muchos sitios, personal mínimo de guardia) y qué redundancia mínima exigirías a la red de comunicaciones.

Una alarma crítica (por ejemplo, la sobrepresión en una caldera) no debería depender de un único sensor. Explica qué es la instrumentación de seguridad (cadenas de medida y actuación independientes del sistema de control normal) y por qué se diseña separada del SCADA que supervisa el proceso.

En el SCADA de un parque solar fotovoltaico de 10 MW observas en pleno mediodía despejado los siguientes registros: el piranómetro marca 950 W/m², la temperatura ambiente es de 32 °C, pero el conjunto de inversores del sector B entrega solo un 40 % de su potencia nominal mientras que la temperatura interna de sus semiconductores alcanza 82 °C (frente a los 58 °C del resto del parque). Ninguna alarma ha saltado porque solo estaban programadas alertas por corte brusco de corriente.

1. a) Diagnostica qué causa o anomalía técnica puede estar afectando al sector B y justifica qué dos nuevas alarmas (indicando variable monitorizada, condición o umbral cuantitativo y nivel de prioridad) debes configurar en el SCADA para prevenir daños en los equipos.
2. b) Diseña dos actuaciones de telemando o control automático que el operador de la sala de control debe poder ejecutar desde el SCADA para mitigar el calentamiento sin dejar el sector completamente desconectado.

Durante la puesta en marcha de un reactor químico, se registran en la consola SCADA 140 alarmas en apenas dos minutos. Entre la lista continua de eventos emergentes se oculta un aviso crítico de caída de presión en el circuito de refrigeración que el operario pasa por alto al intentar silenciar las alertas acústicas, provocando un disparo por sobretemperatura.

1. a) Diagnostica el problema de diseño que origina esta «inundación de alarmas» y justifica por qué tratar cualquier cambio de estado de los sensores como una alarma desvirtúa la función de supervisión del operario.
2. b) Diseña una solución técnica para el SCADA basada en tres mecanismos: supresión dinámica de alarmas según la fase de operación, priorización jerárquica y filtrado por banda muerta o histéresis. Explica cómo actuaría cada uno de estos mecanismos ante un transitorio de arranque para evitar la saturación del operario.

Un grupo de ciberatacantes logra infiltrarse en la red corporativa de una empresa de distribución eléctrica e intenta manipular las subestaciones mediante un ataque de tipo «falsificación de datos» (spoofing) hacia el sistema SCADA. El objetivo es inyectar valores falsos de tensión y temperatura en la interfaz HMI para engañar a los operarios mientras sobrecargan físicamente los transformadores.

1. a) Predice el impacto técnico y operativo de este ataque sobre la estabilidad de la red si los operarios toman decisiones basándose en lecturas falseadas antes de que actúen las protecciones electromecánicas locales.
2. b) Diseña una propuesta de arquitectura de ciberseguridad industrial basada en el estándar ISA/IEC 62443: justifica la separación entre las redes IT y OT mediante zonas, conductos y DMZ industrial, y explica qué función cumple un diodo de datos o pasarela unidireccional para proteger la supervisión de la infraestructura.

En un túnel de carretera de 2.5 km con tráfico denso en hora punta, el SCADA registra simultáneamente en el sector medio: concentración de CO de 85 ppm (valor normal < 30 ppm), opacidad ambiental del 38 %, velocidad media del tráfico de 0 km/h y una subida brusca de temperatura de 15 °C/min en el kilómetro 1.2 según el cable sensor térmico lineal.

1. a) Interpreta la correlación de estos datos, determina el origen del suceso y establece razonadamente el orden de prioridad con el que el sistema debe gestionar las alarmas generadas.
2. b) Diseña la secuencia de respuesta automatizada y remota que el SCADA debe ordenar sobre los actuadores de campo: ventilación longitudinal o semitransversal (control de humos), señalización de aspas/flechas en paneles de carril y barreras de cierre en las bocas del túnel, justificando el orden temporal de activación para garantizar la supervivencia y evacuación de los usuarios.

Un corte accidental en una zanja secciona el cableado de comunicaciones de fibra óptica y la antena de respaldo que comunican una estación depuradora de aguas residuales con el centro de supervisión SCADA remoto.

Un operario afirma: «Como se ha perdido la comunicación con el SCADA, los lazos de control de nivel de los tanques se han detenido, la parada de emergencia ya no funcionará si la pulsamos y, cuando vuelva la red, se habrán perdido todos los registros de pH y caudal de estas horas».

1. a) Rebate técnicamente las tres partes de la afirmación del operario, distinguiendo la función de supervisión del SCADA frente a la ejecución en tiempo real de los PLC locales y la naturaleza de los circuitos de seguridad cableados.
2. b) Diseña el procedimiento de registro temporal local (datalogging con estampación de tiempo o timestamp) en los autómatas y explica cómo debe realizarse la reconciliación de datos con la base de datos histórica del SCADA cuando el enlace se restablezca, anticipando qué problemas de interpretación ocurrirían si los relojes de los PLC no estuvieran sincronizados.

En la pantalla HMI de supervisión de una caldera industrial de vapor coinciden en un intervalo de pocos segundos los siguientes avisos:

1. Aviso de mantenimiento preventivo: cumplidas 5000 horas de funcionamiento del quemador.

2. Entrada analógica abierta (fallo de lazo 4-20 mA) en la sonda secundaria de temperatura de humos.

3. Microrruptor de la compuerta de acceso al quemador abierto.

4. Nivel de agua en el calderín al 12 % (nivel mínimo de seguridad: 25 %).

5. Presión de vapor a 18.2 bar (presión de trabajo: 14 bar; disparo de válvula mecánica: 19 bar).

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

1. a) Evalúa la gravedad y urgencia de cada evento desde el punto de vista del riesgo físico para la instalación y determina cuál exige el disparo automático inmediato (interlock) del suministro de combustible antes incluso de la intervención del operario.
2. b) Diseña la jerarquización de alarmas en el SCADA clasificándolas en tres niveles (Crítica, Mayor, Informativa) y propone tres criterios de diseño ergonómico de la HMI (código cromático, segregación visual o gestión sonora) para asegurar que las alarmas críticas destaquen inmediatamente sin ser enmascaradas por el resto.

Un SCADA de infraestructura crítica se protege separando la red de operación (OT) de la red de oficina (IT), controlando los accesos y planificando las actualizaciones. Explica qué riesgo reduce cada una de esas tres medidas (propagación de ataques desde el correo, accesos no autorizados, vulnerabilidades conocidas) y por qué actualizar una planta en marcha es más delicado que actualizar una laptop.

En una célula robotizada de paletizado supervisada por un SCADA, un técnico entra en el recinto a retirar una caja caída franqueando una barrera fotoeléctrica de seguridad. Al agacharse para recoger la pieza, un compañero pulsa desde la pantalla HMI del SCADA el botón virtual de «Reanudar ciclo» y el robot reanuda el movimiento, provocando un cuasiaccidente.

1. a) Analiza por qué permitir el rearme del robot directamente desde la pantalla remota del SCADA constituye una infracción grave de la seguridad de máquinas y describe cómo debe diseñarse el circuito de rearme seguro (ubicación del pulsador físico de rearme, visibilidad del interior de la jaula y función del relé de seguridad de doble canal).
2. b) Diseña la representación en la pantalla HMI del SCADA para esta célula: explica cómo debe reflejarse el estado del sistema en tres situaciones distintas (parada operativa por fin de lote, disparo de parada de emergencia y corte de barrera óptica) y qué condiciones lógicas debe verificar el sistema antes de permitir cualquier secuencia de puesta en marcha.