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Fase 2 Analizar los Requerimientos de Diseño del Proyecto.

Estudiante #1 Carlos Alberto Muñoz código 76326723 Estudiante #2 Edisson David Rosas código 1085294961 Estudiante #3 Andrés Eduardo Hurtado código 1061541147 Estudiante #4 Ronald Mosquera Medina código 7708195

Presentado al Tutor: Juan David Rincón

Universidad Nacional Abierta y a Distancia Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Telecontrol 203052_21 Noviembre 2020.

Contenido Aportes individuales ....................................................................................................................... 5 Estudiante # Carlos Alberto Muñoz............................................................................................ 5 Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU).................................................................................................. 5 Definiciones .................................................................................................................................... 5 2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento ...................................................................... 7 Estudiante # 2 Edisson David Rosas......................................................................................... 11 Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU)................................................................................................ 11 2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento .................................................................... 12 Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU)................................................................................................ 14 2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento .................................................................... 15 Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU)................................................................................................ 16 2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento. ................................................................... 17 Análisis de los requerimientos del proyecto ............................................................................. 19 Lista de referencias ....................................................................................................................... 23

Introducción

Como estamos en una etapa de automatización donde se pretende hacer uso de las nuevas tecnologías y redes, para así poder controlar y supervisar procesos o plantas industriales con una mínima intervención en campo de personal humano, se ha desarrollado un sistema llamado SCADA (Supervisory Control And Data Adquisition), con el cual se pueden supervisar y controlar diferentes variables, sensores y actuadores a distancia, para llevar a cabo estas acciones el sistema utiliza unos periféricos como software de aplicaciones, unidades RTUs, sistemas de comunicac ió n para que el personal encargado pueda ver, tener control y acceso a los procesos mediante una pantalla de un computador. En el desarrollo de este trabajo encontraremos las definiciones de HMI, MTU y GUI que es muy importantes tener claras sus funciones dentro del sistema SCADA, también se encontraran unos ejemplos en donde las industrias implementaron un sistema supervisión y control para mejorar y optimizar sus procesos. Por último, se dejará una simulación de la interfaz HMI simulada con el software de Labview.

Aportes individuales

Estudiante # Carlos Alberto Muñoz

Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU). El sistema SCADA generalmente utiliza paquetes de software especializados los cuales funcio na n en una computadora central, y está a su vez tendrá una o varias pantallas que interactúan como una interfaz gráfica entre el hombre y la máquina, pudiendo así configurar diferentes elementos que intervienen en el proceso supervisado, todo esto por comandos que va a ingresar el operario en el computador.

Definiciones

HMI(Hombre-Máquina) o MMI (Man-Machine Interface)

Es un mecanismo que le permite a un operario humano estar interactuando con una maquina o proceso determinado, para poder definir el estado de la maquina ya sea encendido o apagado, o las variables físicas que intervienen en una planta o proceso industrial. Una HMI solo puede ser tan sencillo como un push botón ya sea para encender o apagar un motor y una señal visible del mismo, o puede ser también varias pantallas donde el operario podrá supervisar todo el proceso, observando en estos tiempos de duración del proceso, variables físicas en tiempo real y un cuadro esquemático de todas las variables que están involucradas en el proceso o planta.

Existen programas como In Touch de la Wonderware, Lookout de la National Instruments, los cuales son plataformas de desarrollo abierto que ayudan al diseño de las HMI en los ordenadores.

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Ilustración 1 HMI Hombre-Maquina GUI (Graphical User Interface)

Es el desarrollo de elementos gráficos para poder brindar al operario imágenes, en vez de líneas de comando, aparecerán imágenes muy similares a los elementos en campo como por ejemplo un botón de encendido o parada, todos estos gráficos estarán en un menú desplegable de funcio nes donde se podrán ejecutar acciones como si estuviera en campo, cada uno de estos gráficos se considera como un reemplazo de los símbolos del sistema, lo que permite ejecutar una orden de forma rápida y efectiva.

Ilustración 2 Evolución de la GUI

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MTU (Master Terminal Unit) Es el ordenador principal del sistema el cual recoge información del resto de las unidades RTU (Remote Telemetry Unit) los cuales están conectados en los instrumentos de campo o directamente en dichos instrumentos, la unidad MTU es un pc que soporta el HMI.

Las funciones del MTU son:

 Interactúa constantemente con la RTUs y les transmite consignas, su configuración normalmente es maestro-esclavo.  Interfaz entre el operador y los elementos instalados en campo, le presta al operario información de variables en tiempo real, administración de alarmas, registros históricos de fallos y demás datos que se requieran para unas estadísticas.  Puede ejecutar software especializados, con funciones específicas asociadas al proceso.

Ilustración 3 MTU Master Terminal Unit

2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento

Sistema SCADA en redes de transmisión y distribución eléctrica. (Schneider Electric)

Las redes eléctricas es un una industria muy compleja de manejar ya que está conformada por varias sub estaciones y si una de ellas falla puede dejar o sacar fuera de servicio otras redes, para ello se ha implementado el sistema SCADA el cual posee interfaces fáciles de usar para 7

operadores, personal profesional y parte administrativa, brindando la facilidad de poder tomar decisiones sobre el funcionamiento de las redes eléctricas, este sistema permite personalizar las HMI en las funciones más necesarias y utilizadas del sistema.

En este proceso de estaciones eléctricas el sistema incorpora diagramas de líneas inteligentes y las vistas de alarmas personalizables, también tiene módulos de predicción y simulación de escenarios.

Ilustración 4 Líneas de visualización También cuentan con:  Aplicación de Thin client para monitoreo y control  Interfases y tecnología personalizable  Librerías de plantillas interfaz hombre -máquina SCADA(HMI)  HMI personalizable basada en la web.

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Ilustración 6 Vista del operador

Ilustración 5HMI

Ilustración 7 Sistema SCADA, automatización de sub estación eléctrica y red eléctrica inteligente. Sistema SCADA distribución de agua de empresa públicas (Quito)

Ya que la empresa cuenta con procesos operativos cuencas hidrográficas, captación, tratamie ntos de agua se propone implementar un sistema SCADA el cual se encarga de recolección de datos confiables como caudales de los procesos de las plantas, niveles de tanques de agua tratada y niveles de piletas de agua cruda, con una arquitectura cliente/servidor y abierto, y el intercamb io de información entre otras plantas de tratamiento, utilizan un sistema SCADA INTOCH. Esta empresa instala macro medidores a lo largo de la red de distribución de agua Ya que la empresa cuenta con procesos operativos cuencas hidrográficas, 9

captación, tratamientos de agua se propone implementar un sistema SCADA el cual se encarga de recolección de datos confiables como caudales de los procesos de las plantas, niveles de tanques de agua tratada y niveles de piletas de agua cruda, con una arquitectura cliente/servidor y abierto, y el intercambio de información entre otras plantas de tratamiento, utilizan un sistema SCADA INTOCH. Esta empresa instala macro medidores a lo largo de la red de distribución de agua potable. Este sistema de Telecontrol y sistema SCADA tiene como objetivo lo siguiente:

Ilustración 8Pantalla general del SCADA de Puengasí       

Optimizar la producción de las plantas de tratamiento Mejorar y controlar el equilibrio de distribución en los distintos tanques. Controlar el nivel de los tanques. Monitorear caudal y presión del agua distribuida. Control de calidad de agua distribuida. Poder tomar decisiones en tiempo real desde los centros de control. Mejorar el uso de modelación hidráulica.

El sistema SCADA de esta planta estaría conformado así:  Control centralizado con opción de duplicar funciones y atribuciones a centros periféricos. 10

 Sistema de comunicación.  Control local de estaciones remotas a través de PLC (Programable Logic Controllers).  Instrumentación de campo y actuadores.

Illustration 9 Componentes del sistema SCADA

Estudiante # 2 Edisson David Rosas Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU). SISTEMA SCADA

HMI GUI MTU

FUNCIONES En un sistema SCADA, es un sistema de elementos de software y hardware que permite a las industrias: Controlar, monitorizar, recopilar, procesar, interactuar, grabar los procesos y datos industriales. Interfaz gráfica de supervisión, control y seguimiento de variables del proceso, sistemas de actuación y supervisión de procesos, por medio de entorno gráfico. Permiten comunicarse con el ordenador de forma rápida e intuitiva representando gráficamente los elementos de control y medida. supervisa y recoge la información del resto de las subestaciones, ya sean otros ordenadores conectados a los instrumentos de campo o directamente sobre dichos instrumentos.

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Características: SISTEMA SCADA

HMI

GUI

MTU

CARACTERISTICAS En un sistema SCADA, es un sistema de elementos de software y hardware que permite a las industrias: Controlar, monitorizar, recopilar, procesar, interactuar, grabar los procesos y datos industriales. El sistema SCADA se comunica con los controladores lógicos programables (PLC) y los sensores de entrada/salida para obtener información sobre el funcionamiento de los equipos, esa información se muestra en una HMI, ya sea en un gráfico, gráfica u otra representación visual que sea fácil de leer y entender. se caracteriza por el desarrollo de Elementos Gráficos para poder brindar una mayor facilidad de uso para el usuario, utilizando Imágenes que sustituyen la introducción de líneas de código en el sistema operativo, realizando entonces las mismas funciones con tan solo pinchar un ícono. Ordenador principal del sistema, que supervisa y recoge la información del resto de las subestaciones. Suele ser un PC maestro que supervisa todas las estaciones.

Importancia: SISTEMA SCADA

HMI

GUI

MTU

IMPORTANC IA Los sistemas de software SCADA son cruciales para los procesos industriales, ya que ayudan a mejorar en eficiencia, procesar datos para tomar decisiones más inteligentes, y a avisar de los problemas del sistema para ayudar a reducir el tiempo de inactividad. Muestra la información en una representación gráfica fácil de entender, archiva los datos recibidos, transmite alarmas y permite el control del operador según sea necesario. Gracias a esto le ofrece una mayor visibilidad de sus operaciones en todo momento, lo que le permite ver el rendimiento de sus equipos o instalaciones desde un solo panel, aumentando la productividad. Es simplif ic ar y hac er muc ho más c ómoda la int erac c ión ent re una persona y un disposit ivo. Así mismo, permit e a las empresas of recer soluc iones personalizadas e imprimir su est ilo en t odo aquello que implique al c onsumidor y qu e est a sea más senc illa e int uit iva. Interroga en forma periódica a la RTU siguiendo usualmente un esquema maestro-esclavo. También puede actuar como interfaz del operador, incluyendo la presentación de información de variables en tiempo real, la administración de alarmas y la recolección y presentación de informac ión almacenada y puede ejecutar software especializado que cumple funciones específicas asociadas al proceso supervisado por el SCADA.

2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento

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Ejemplo 1. Vulnerability of SCADA and Security Solutions for a Waste Water Treatment Plant.https://ieeexploreieeeorg.bibliotecavirtual.unad.edu.co/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8724889

EJEMPLO 1 Tipo de sistemas:

Aplicación: Industria:

Controles de seguridad para disminuir la vulnerabilidad del sistema, en los entornos SCADA. Desarrollo de software de seguridad para sistemas SCADA. Solución para garantizar la seguridad y disminuir la vulnerabilidad en el sistema SCADA Plant as de t rat amient o de aguas residuales. (WWT P).

En este documento se presenta la vulnerabilidad de seguridad de un sistema SCADA, de una planta de tratamiento de aguas residuales. Se presenta como solución: La arquitectura Cyber Security en la siguiente forma: o Security Structure Knowledge / Level. o Potential adversaries’ level. o Access / authentication. o Vulnerabilities. o Destructive Potential. o Detección. o Recovery. Propone como ejemplo, la arquitectura de monitoreo y control en NIST 800-82 Industrial Control systems Security Guidelines. Que contiene: o o o o

3 estaciones remotas (2 rtu y 1 plc) Estac ión de control primario de Backup (Backup Control Center). Estación central de control regional. (Regional Control Center). 1 estación HMI.

Ejemplo 2. Implementation of SCASA Systems for a Real Microgrid Lab Testbed. http://eds.a.ebscohost.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/eds/detail/detail?vid=8&sid=f6df7 52c-ba8d-45ed-9d819051e88fcc4e%40sessionmgr4006&bdata=Jmxhbmc9ZXMmc2l0ZT1lZHMtbGl2ZSZzY29wZT 1zaXRl#AN=edseee.8810795&db=edseee

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EJEMPLO 2 Tipo de sistemas:

Control, adquisición y monitorización de un Smart energy grid Aplicación: Sistema de energía fotovoltaica. Industria: Energét ic a y de servic ios públic os. Se presenta de forma teórica, la implementación de un sistema SCADA para un sistema de almacenamiento de energía fotovoltaica, de forma que se pueda garantizar el control, adquisición y monitorización de datos para una mayor eficiencia del sistema, así como la regulación de voltaje y la capacidad de suplir de energía a los dispositivos que lo requieran. El sistema Smart energy grid, or lambda este compuesto por: o Microgrids (MGs). o Paneles solares (Pv). o Batería para almacenamiento de energía (Bess). o Genset y Bess, para regulación de voltaje y frecuencia. El sistema SCADA está compuesto por: o Estacion maestra o RTU y data link.

Estudiante # 3 Andrés Eduardo Hurtado Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU). HMI significa interfaz hombre-máquina. Hace referencia, como puedes deducir de su nombre, a la relación, a la manera de interactuar el humano con las diferentes máquinas que componen el sistema. Busca la comunicación interactiva entre ambas partes. Se trata de un sencillo panel que transmite órdenes, visualiza resultados de manera gráfica y obtiene una visualización del estado del proceso o la máquina a tiempo real.



GUI

Este sistema está diseñado para que el usuario tenga una interacción y pueda comunicarse con un ordenador de forma más rápida y efectiva, este sistema representa los medios de control por medio de gráficas y estadísticas. Por esta razón este medio de comunicación es muy atractiva para el usuario, debido a que esta constituye muchos medios más interactivos y comprensibles. 

MTU

Este sistema tiene la función de recopilar información de diferentes puntos o medios de control que se encuentran conectados a este sistema, básicamente es un súper ordenador quien está al mando de la supervisión de todas las funciones secundarias de un determinado proceso.

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2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento

Primer ejemplo: fábrica de embazado. Aplicaciones: el sistema SCADA tiene como funcionamiento el control y monitoreo en tiempo real de todos los procesos que se ejecutan en esta plata. Procesos: Primer proceso MTU: Nivel de control que se implementa para la gerencia, la cual esta constituye un resumen de todos los procesos y sus estadísticas. RTUs: Nivel que está diseñado para la automatización, este nivel está diseñado para los operarios, la cual controlan y monitorean diferentes funciones que la fábrica requiere en su debido momento. PLCs y controladores de procesos: son actuadores que están listos para una orden generada por el operario, este nivel está diseñado para la parte de potencia y la generación de funcionamie nto de máquinas industriales. Procesos o sistemas de supervisión: este nivel está compuesto por sensores, alarmas, actuadores entre otros elementos, que ayudan a la supervisión en tiempo real de un determinado proceso y maquinaria.

Segundo ejemplo: envasado de jugos.

Aplicaciones: por medio de monitoreo del sistema SCADA se pretende el completo regula miento de las medidas estándares para la creación de jugos de exportación. Procesos: Variables que se tendrán en constante monitoreo: -temperatura -flujo -nivel -peso Indicadores: -mano metro. -pantalla HMI-peso 15

-SCADA (peso, temperatura, nivel). -Sensores de nivel. Herramientas que se usaran: -ADMINISTRADOR SIMATIC S7 -WIN CC FLEXIBLE -FACTORY TALK VIEW

Estudiante # 4 Ronald Mosquera Medina Definición de las funciones, características e importancia de los elementos en un Sistema SCADA (HMI, GUI y MTU).

Tabla 1- definición elementos sistema SCADA ELEMENTO

HMI

GUI

MTU

DEFINICION Y FUNCIONES CARACTERISCTICAS E IMPORTANCIA Interface Hombre Maquina; se Control, monitoreo y obtención de datos encarga de la parte de control y los de forma real por el operario sistemas de representación de graficas Automatización y análisis e resultados o datos al instante. Representar de forma simplificada Se comunica con el ordenador. el control del proceso , Le muestra en graficas los valores de las anteriormente llamados PVD, variables medidas. (Pantalla de Visualización de Posibilita al operario entrar rápidamente datos) a un menú que despliega las variables. Unidad Terminal Maestra; Posibilita intercambiar información en centraliza el mando del sistema ; tiempo real entre centros de control y aplica los protocolos abiertos para subestaciones ubicadas en cualquier permitir que se realice la lugar, en el centro de control se interoperatibiliad de muchas recolecta el archivo de datos y esta plataformas y sistemas información se pone disposición de los usuarios que la puedan requerir. También se caracteriza por Permitir: -gestión de las comunicaciones. - Recopilar los datos de todas las estaciones Remotas. (RTU) 16

- Envió de información. - Comunicación con los operadores. - Análisis , Visualización de datos - Mando - Seguridad Son barreras Lógicas, se Se conectan al sistema mediante redes establecen desde adentro creando para poder obtener la información contraseñas para evitar el acceso requerida y la seguridad de los procesos SOFTWARE no autorizado de personas; De ,equipos y sistema para beneficio del igual manera desde afuera se cliente- usuario. pueden crear Firewalls que son los cortafuegos. Es la manera de interacción entre Compatibilidad mediante de Buses de servidor y cliente, el servidor campo con los equipos gracias a la solicita información a los equipos implementación de protocolos de de campo; obtenida, registrada, comunicación. COMUNICACION almacenada y procesada por Las tarjetas de comunicación permiten a equipos autómatas. las RTU, establecer rutas de comunicación para mantener un enlace entre diferentes elementos de la red.

2 ejemplos de sistemas SCADA aplicado en la industria donde se identifiquen cada uno de los elementos y se describa su funcionamiento. Ejemplo # 1 DISEÑO Y SIMULACION DE UN SISTEMA SCADA PARA EL TRATADOR ELECTROSTATICO DE CRUDO CAMPO TERCIARIOS ECOPETROL S.A NEIVA- HUILA INDUSTRIA ELEMENTO HMI

GUI

HIDROCARBUROS FUNCIONAMIENTO Human Machine Interface; Aquí se refleja la interacción del operador de planta con la maquina es decir los elementos que toman las señales en campo como son los transmisores de presión, Termocuplas, Indicadores de nivel, los trasmisores indicadores de flujo, alarmas, los PID se ubicaran dentro de una caja segura para visualizar el estado de los niveles; ellos activaran alarmas por bajo –alto nivel, presión, temperatura, flujo El operador visualiza en la pantalla el estado de las variables podrá modificar datos, apagar el proceso o cualquier otra decisión dependiendo las directrices del líder de campo.

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MTU

Aquí es donde se solicita información de la manera que tiene que estar disponible para suministrarse con datos exactos, reales e instantáneos, para que estén de acurdo a los informes de procesos pueda consolidar y mediante el software implementar los protocolos de comunicación y establezcan datos de producción a nivel local, regional y nacional.

Ejemplo # 2 APLICABILIDAD DE LA NORMA IEC 61850 EN SISTEMAS SCADA EN LA RED DE TRANSMISION ELECTRICA DE COLOMBIA. INDUSTRIA ELEMENTO HMI

GUI MTU

ELECTRICA FUNCIONAMIENTO El sistema está diseñado y basado en operación de controladores de bahía, IED, S Cajas de mando y equipos de maniobra, Equipos de media tensión y servicios auxiliares y cableado convencional, Centro de Supervisión y maniobras Aquí se ubica; Lógica Operativa Básica, Pantalla de los controladores de bahía, Respaldo en IEDS Enlazado con un sistema nacional denominado CND Centro Nacional de Despacho, Comunicación e interface nivel 3 – 2 protocolo IEC 60870-5-101

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Aportes colaborativos: Análisis de los requerimientos del proyecto Evidencia de la discusión del grupo que permitió la selección objetiva de la propuesta HMI del grupo colaborativo.

Ilustración 10 Retroalimentación del compañero Carlos muñoz a el compañero Edisson Rosas.

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Actividad Colaborativa 1- Cada estudiante debe analizar los requerimientos del proyecto y presentar una propuesta de la interfaz HMI que permitirá la supervisión y control de la planta de tratamiento de agua potable con el programa Labview.

Propuesta de HMI con simulador Labview.

Estudiante 1 Carlos Muñoz

Ilustración 10 Propuesta de estudiante Carlos Alberto Muñoz.

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Interfaz gráfica diseñada a partir del problema planteado y creada en el software Labview.

Propuesta Compañero: Andres Eduardo Hurtado

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Conclusiones

Con el desarrollo de la actividad se puede concluir que se ha tenido la oportunidad de interactuar con Herramientas de simulación de proyectos como es Labview; que ofrece una amplia gama de aplicaciones

en las áreas de Telecontrol,

Telemetría,

Sistemas

Scada; elementos

de

instrumentación , electricidad , electrónica y demás, de igual manera abre puertas para convertirse en diseñadores de nuestros propios proyectos académicos y productivos, se puede decir que es una gran ayuda que nos ofrece la tecnología para hacer las cosas más fáciles , seguras y estar a la vanguardia.

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Lista de referencias Referencias en normas APA Rodríguez, P. A. (2007). Sistemas scada (2a. ed.). Pp. 34-42 Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=51&docID=3175459 &tm=1545065823448 José Carlos, Q.-Q., Ernesto, F.-G., Víctor, Q.-A., & Jorge, B.-L. (2014). Diseño e implementación de un sistema de control y monitoreo basado en HMI-PLC para un pozo de agua potable. Ingeniería, Investigación y Tecnología, 41– 50. https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2444/10.1016/S1405-7743(15)30005-6 Arquitectura Sofware de un sistema sacada Rodríguez, P. A. (2007). Sistemas scada (2a. ed.). Pp. 37-38 Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action?ppg=54&docID=3175459 &tm=1542120790780 Implementation of SCASA Systems for a Real Microgrid Lab Testbed. http://eds.a.ebscohost.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/eds/detail/detail?vid=8&sid=f6df7 52c-ba8d-45ed-9d819051e88fcc4e%40sessionmgr4006&bdata=Jmxhbmc9ZXMmc2l0ZT1lZHMtbGl2ZSZzY29wZT 1zaXRl#AN=edseee.8810795&db=edseee Vulnerability of SCADA and Security Solutions for a Waste Water Treatment Plant.https://ieeexploreieeeorg.bibliotecavirtual.unad.edu.co/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8724889

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