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TELECONTROL. Fase 1 - Recopilar información para la resolución del proyecto

Alexis Pedroza 67032716 Telecontrol – Grupo 203052_11

TUTOR: Erik Miguel Barrios Ingeniero Electrónico Especialista en Automatización Y Control de Procesos Industriales.

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD 2019 PALMIRA.

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18/09/2019

Fase 1 - Recopilar información para la resolución del proyecto.

Actividad Individual: 1. Realizar un mapa conceptual en el cual se describan los elementos y dispositivos de cada uno de los niveles de la pirámide CIM.

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2. Explicar la importancia que tiene la supervisión y control en los procesos industriales y presentar un ejemplo de su implementación. La explicación se debe realizar con aportes propios y en caso de utilizar fundamentos de otros autores como apoyo, se debe hacer la correcta referenciación con la norma APA.

Los procesos Industriales, de acuerdo con su grado de complejidad, supervisión, control o proceso, en muchas ocasiones necesita de un sistema de supervisión y control para permitir visualizar las diferentes variables, estados de los equipos y del proceso. Permitiendo así un mayor control tanto operativo, como de mantenimiento y de supervisión de alarmas y funcionamiento de los sistemas imperantes. Además de esto permite que el personal no debe estar todo el tiempo en campo, permitiendo disminuir riesgos de personal y sus accidentes laborales. Con la supervisión de procesos de manera remota y visual, permite una mayor seguridad en procesos productivos o industriales que demandan un alto riesgo a la salud humana en toda índole y a constantes riesgos laborales, eliminando los accidentes laborales que afectan la productividad y continuidad de muchas compañías. La supervisión de procesos productivos, ha permitido que la automatización y el control a procesos de toda índole además de industriales resulte una tarea sencilla o más fácil al personal operativo y de mantenimiento, pudiendo observar fuera de campo la falla en un equipo, en el proceso o como va el proceso y que lo ha producido, disminuyendo el error humano, los tiempos muertos por mantenimiento y previendo de forma adelantada las materias primas, la cantidad producida por hora, y la cantidad de producto final a entregar en una jornada laboral… además pudiendo así generar ideas para hacer más eficiente el proceso. Lógicamente todo esto va acompañado de una reducción de gastos de personal, ya que, con la supervisión, y control de procesos, de forma automatizada, no necesita la cantidad de personal a utilizar en un proceso, sin supervisión y control a distancia. Además, que le brinda mayor comodidad en su labor al personal operativo y de mantenimiento, donde una simple alarma le indica donde esta la falla y al mismo tiempo le notifica de forma oportuna. Además, al operario le indica como van las condiciones de producción, con respecto al planteamiento estipulado por la compañía, de la cantidad de producción que debe entregar la planta al año.

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3. Representar las arquitecturas de los sistemas SCADA y DCS con todos los elementos que intervienen y realizar cuadro comparativo entre los dos sistemas. SCADA: El acrónimo SCADA viene del inglés “Supervisory Control And Data Acquisition”. Esto se traduce en que un sistema de este tipo tiene como finalidad supervisar y controlar remotamente una instalación, pudiendo integrar datos recogidos desde diferentes sensores, autómatas (PLCs) y equipos mediante diferentes protocolos en un solo lugar. Estas lecturas se realizan en tiempo real y tienen la posibilidad de historiarse. Definición. Impacto. Ventajas. Ampliación. SCADA (Supervisory infraestructura Uno de los • Productividad. Una Control and Data SCADA correctamente principios • Eficiencia. Acquisition, es decir, • Reducción de ejecutada permite que fundamentales de Supervisión, Control y los negocios respondan todo producto costos. Adquisición de Datos) no • Funcionalidad. mejor a cuestiones SCADA consiste en es una tecnología concreta operativas: añadir nuevas sino un tipo de aplicación. • Reducir los capacidades a un Cualquier aplicación que costos de sistema existente obtenga datos operativos mantenimiento. en porciones acerca de un “sistema” con manejables. El • Fabricar el fin de controlar y productos de esfuerzo de optimizar ese sistema es ingeniería ha mayor calidad. una aplicación SCADA. La • Mejorar las representado aplicación puede estar un prestaciones de tradicionalmente proceso de destilado una gran parte de los equipos. petroquímico, un sistema • Aumentar la las inversiones de de filtrado de agua, los la compañía en disponibilidad compresores de un de los activos y software gasoducto o cualquier el ciclo de vida. industrial. otra. • Aumentar la productividad y la eficiencia. Se trata por tanto de una capa intermedia entre los sistemas de control al que pertenecen los PLCs que controla, y los MES, los cuales incluyen además gestión de la producción y stock entre otros, por lo que encuentran un escalón por encima de los SCADA y cubren otro tipo de necesidades. Los SCADAs son programas de Software instalable en los equipos, normalmente servidores, que cumplan los requisitos especificados para ello. Un usuario de una planta automatizada podrá ver y controlar desde él todos aquellos equipos integrados en el sistema. Entre los fabricantes de este tipo de software se encuentran Siemens, con su WinCC y el nuevo WinCC Open Architecture, el Citect de Schneider o Wonderware. Pongamos un ejemplo de SCADA: Un cliente quiere poder tener lecturas y control de una instalación en la que existen diferentes PLCs y equipos.

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COMPONENTE HARWARE Ordenador Central o Mtu(Master terminal unit). Ordenador Remotos o RTU’s(remote terminal units). Red de Comunicación. Instrumentación de Campo.

MODULOS.

SCADA SOFTWARE Aimax CUBE FIX Lookout

National Instruments.

Monitor Pro SCADA InTouch, SYSMAC SCS Scatt Graph 5000

Schneider Electric. LOGITEK Omron ABB

WinCC

Siemens

FUNCIONES.

Configuración.

Adquisición datos.

Interfaz grafico Supervisión. del operador. Módulos proceso.

de Control

SCADA PRESTACIONES.

de Posibilidad de crear paneles de alarma. Generación de históricos de señal de planta. Ejecución de programas.

Gestión de Transmisión. archivo de Datos. Comunicaciones.

FABRICANTES Desin Instruments S.A Orsi España S.A. Intellution.

Base de Datos.

REQUISITOS. Arquitectura abierta.

NIVELES REDES INDUSTRIALES. Nivel bus de campo.

Fácil operación.

Nivel Lan.

Sencillez interfaces instalación.

en Nivel Lan/Wan. e

Posibilidad de programación numérica. Desarrollar aplicaciones.

Prestación. Explotación. SCADA. Software Interfaces de comunicación. Drivers específicos. Driver OPC.

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Bus de Campo Modbus modicon Bitbus profibus s-bus fip Mil-std-1553B

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DCS Los DCS trabajan con una sola Base de Datos integrada para todas las señales, variables, objetos gráficos, alarmas y eventos del sistema. En los DCS la herramienta de ingeniería para programar el sistema es sólo una y opera de forma centralizada para desarrollar la lógica de sus controladores o los objetos gráficos de la monitorización. Desde este puesto de ingeniería se cargan los programas de forma transparente a los equipos del sistema. La plataforma de programación es multi-usuario de forma que varios programadores pueden trabajar simultáneamente sobre el sistema de forma segura sin conflictos de versiones. Todos los equipos del sistema (ordenadores, servidores, controladores) están sincronizados contra un mismo reloj patrón, de forma que todas las medidas, alarmas y eventos tienen una misma marca de tiempo. El software de control DCS dispone de herramientas para la gestión de la información de planta, integrándola verticalmente hacia la cadena de toma de decisiones y otros sistemas ubicados más arriba en la jerarquía de la producción. Niveles de Control en un DCS Componentes Subsistemas Nivel de operación. Pcs de Hw estándar. Estaciones de trabajo de operaciones. Nivel de control. Dispositivos de control. Subsistemas de control. Nivel módulos Dispositivos de Campo Subsistemas de recolección de entrada/salida. datos. Nivel de elementos de campo. Subsistemas computacionales de procesos y redes de comunicación. Donde Encontrarlos Características Componentes Funcionales Redes de energía eléctrica y Flexibilidad y capacidad de Estación de trabajo. planta de generación eléctrica. expansión. Sistemas de control ambiental. Operaciones de Controladores. Mantenimiento. Señales de tráfico. Apertura. Tarjetas E/S. Procesos Mineros. Operatividad. Dispositivos de Campo – Subsistemas. Sistemas de tratamiento de Portabilidad. aguas servidas. Plantas de refinación de Rentabilidad. aceite. Plantas químicas. Robustez y redundancia. Fabricación de productos Farmacéuticos. Buques de Compañías Petroleras.

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Componentes de Niveles Superiores. Ordenadores personales y/o HMI. Servidores de trabajo. OBS.

ASPECTOS. TIPO DE ARQUITECTURA. TIPO DE CONTROL PREDOMINANTE.

TIPOS DE VARIABLES. AREA DE ACCION. UNIDADES DE DATOS Y CONTROL. MEDIOS DE COMUNICACIÓN.

BASES DE DATOS.

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SCADA Centralizada. Supervisorío: lazos de control cerrados por el operador. Adicionalmente: control secuencial y regulatorio

DCS

Distribuida. Regulatorio: lazos de control cerrados automáticamente por el sistema. Adicionalmente: control secuencial, batch, algoritmos avanzados, etc. Desacoplados Acopladas. Áreas geográficamente Área de la planta. distribuidas. Remotas, PLCs Controladores de lazo, PLCs. Radio, satélite, líneas Redes de área local, conexión telefónicas, conexión directa, directa. LAN, WAN. Centralizada. Distribuida.

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Actividad Colaborativa: 1. A través de bases de datos especializadas como Science, Scielo, Redalyc, Google Scholar, EBSCO, Scopus, o con las que tiene convenio la universidad en la biblioteca, el grupo colaborativo buscará 5 artículos científicos relacionado con el proyecto propuesto no mayor a 5 años y debe diligenciar la siguiente tabla por cada uno de ellos: Tabla 1. Resumen analítico de artículos científicos. Proyecto: Diseño de un sistema Scada de una planta de tratamiento de agua potable. Articulo: Diseño de un centro de supervisión y control (SCADA) para una planta de tratamiento y almacenamiento de agua potable. Autor: Guerrero Lozada, Edgar Ramiro Cita Bibliográfica: Fuente del articulo: Url: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/11630 Resumen del Se realiza el estudio técnico y económico que permite plantear la mejor articulo alternativa para implementar un SCADA para el tratamiento y almacenamiento de una planta de agua potable. Para esto, se determinan las necesidades típicas de una planta para el monitoreo de todas las variables involucradas en el proceso de tratamiento y almacenamiento; definiéndose el tipo de sensores requeridos para el efecto, así como el tipo de actuadores para el control. Presenta el listado de equipos y especificaciones técnicas, presupuesto referencial y cronograma de ejecución. ; Ledesma Galindo, Bolívar Articulo: Diseño e implementación del sistema de automatización de la planta de tratamiento de agua Los Álamos y sus tanques de distribución. Autor: Cuaspud Herrería, Luis Fernando Vallejo Baquero, Jaime Giovanny Cita Bibliográfica: Cuaspud Herrería, L. F., & Vallejo Baquero, J. G. (2016). Diseño e implementación del sistema de automatización de la planta de tratamiento de agua Los Álamos y sus tanques de distribución. 225 hojas. Quito : EPN. Fuente del articulo: Url: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/16317 Resumen del El proyecto consiste en el diseño e implementación de un sistema articulo automatizado que permite verificar la producción real de agua potable de una planta potabilizadora. Para ello se realizó un análisis con el fin de determinar la situación de la planta de tratamiento de agua; posteriormente se seleccionó el hardware y software necesario y se desarrolló el software de control en un PLC Siemens mediante TIA PORTAL en el cual se maneja la información recolectada por los sensores de flujo, sensores de nivel y de presión instalados en el sistema. Las mediciones fueron archivadas en bases de datos para su análisis posterior que permite llegar a conclusiones sobre la producción

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y consumo de agua por parte de la población. Las pruebas realizadas a los sistemas de: energía eléctrica, comunicaciones, sensores, SCADA fueron satisfactorias. En la puesta en marcha del sistema se comprobó que tanto la operación manual como la operación automática funciona adecuadamente lo que permite que los operadores puedan realizar el control sobre la planta de una manera más rápida y segura. ; The project consists of the design and implementation of an automated system to verify the actual production of a drinking water plant. For that reason, an analysis was made to determinate the status of the water treatment plant; then the necessary hardware and software was selected and the control software on a Siemens PLC was development trough TIA PORTAL in which the information was collected by flow, level and pressure sensors installed in the system. Measurements were archived in databases for further analysis which allows conclusions about the production and consumption of water by the population. Tests on systems: electric energy, communications, sensors and SCADA were satisfactory. In the commissioning it was found that both manual and automatic operation functions properly allowing operators to perform control over the plant more quickly and safety. ; Rodas Benalcázar, Ana Verónica, director Articulo: Variables de operación del subsistema de almacenamiento de agua potable en el estado Falcón, Venezuela. Autor: López R., Abrahán S.1 [email protected] Machuca, Eylin1 Cita Bibliográf ica: Fuente Ingenieria Hidraulica y Ambiental. 2011, Vol. 32 Issue 3, p56-63. 8p. 4 Color del Photographs, 17 Graphs. articulo: Url: http://eds.a.ebscohost.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/eds/pdfviewer/pdfviewe r?vid=11&sid=9c46a31e-19c2-4ecf-a9cc-16cfc0815175%40sdc-v-sessmgr01 Resumen El sistema "El Falconiano" abastece de agua a la región Centro Norte del estado del Falcón, a las refinerías de petróleo más importantes de Venezuela y a nuevos articulo proyectos industriales y turísticos. La incorporación de nuevos aportes y usuarios hace imprescindible la optimización de operaciones. El sistema posee supervisión, control y adquisición de datos (SCADA) para monitoreo. Para obtener reglas óptimas de operación, es necesario recopilar y adecuar los datos y construir un modelo hidráulico. Se elaboró una base de datos con las características físicas y de funcionamiento del subsistema de almacenamiento, se analizaron niveles y caudales para cada estanque. Se evidenciaron inconsistencias de datos, se sugiere mejorar el proceso de manejo, procesamiento y utilización de los registros. Se obtuvieron patrones de comportamiento de variables para el año 2008. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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Articulo: Monitoreo y automatización del proceso de bombeo y almacenamiento de agua potable aplicado a una Planta de Tratamiento de Agua. (Spanish) Autor: Calderon, C. A.1, [email protected] Cueva, Miguel1, [email protected] Cuenca, Nilvar1, [email protected] Honores, Alexis1, [email protected] Guaman, Danny1, [email protected] Jimenez, David1, [email protected] Ramirez, Cristian1, [email protected] Cita Bibliográf ica: Fuente CISTI (Iberian Conference on Information Systems & Technologies / Conferência del Ibérica de Sistemas e Tecnologias de Informação) Proceedings; 2018, p1-6, 6p articulo: Url: http://eds.a.ebscohost.com.bibliotecavirtual.unad.edu.co/eds/pdfviewer/pdfviewe r?vid=13&sid=9c46a31e-19c2-4ecf-a9cc-16cfc0815175%40sdc-v-sessmgr01 Resumen En las plantas de tratamiento de agua potable (PTAP), principalmente aquellas que del están en la zona rural, sus operaciones de bombeo se realizan manualmente. Sin articulo embargo las consecuencias de un error humano en estas tareas, pueden ser: desperdicio del recurso vital y de energía consumida por el sistema de bombeo, y desabastecimiento desde la PTAP hacia los usuarios. Esto evidencia la necesidad de diseñar una arquitectura tecnológica, de bajo costo para la automatización del sistema de bombeo y almacenamiento de agua aplicado a PTAP. Como resultado del proyecto se desarrolló un prototipo con componentes electrónicos compatibles con el paradigma de IoT, y se lo aplicó en la etapa de purificación de la PTAP de la ciudad de Catamayo. Para evaluar el funcionamiento del prototipo del sistema de automatización, se realizó la obtención de datos de las variables de entrada/salida, durante 24 horas cada 6 segundos. Las variables simultáneamente adquiridas en pruebas de campo, fueron: estado del nivel mínimo, estado del nivel máximo, estado de activación de la bomba, y, el modo de operación manual/automático. Con las señales se pudo constatar la correcta lógica de accionamiento de la bomba y la alta eficiencia del sistema de comunicación. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

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Articulo: Diseño e implementación del sistema de control y comunicaciones para optimizar la planta de tratamiento de agua “Noroccidente” de la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS) del Distrito Metropolitano de Quito. Autor: Montenegro Cuenca, Patricio Esteban Padilla Silva, César David Cita Bibliográfica: Fuente del articulo: Url: http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/15231 Resumen del El objetivo del presente proyecto fue diseñar e implementar un sistema articulo de control y comunicaciones para la Planta de Tratamiento “Noroccidente” perteneciente a la EPMAPS, con el propósito de optimizar los procesos que tienen lugar en la misma. Con este fin se diseñó e implementó un sistema SCADA el cual centralizó la información y el manejo de los diferentes procesos pertenecientes a la planta. También se optimizó el sistema de comunicaciones, mediante el re diseño de las redes de campo Modbus y el diseño e implementación de una nueva LAN que implicó la instalación de un sistema de cableado estructurado. Se diseñó un automatismo para controlar el flujo de ingreso de agua cruda en función de la hora del día, la estación del año, la turbiedad de agua cruda y los niveles de los tanques de distribución. De igual manera, se implementó un control On-Off del flujo de salida de agua potable al Tanque Noroccidente Alto en función tanto de los niveles de los tanques como del caudal que se encuentra procesando la planta. Además, se programó en un PLC el control para la dosificación de cloro en el que se toma en consideración además del flujo, la turbiedad para mejorar la dosificación de cloro. Se crearon controles manuales para la turbiedad de agua sedimentada, y la válvula de lavado de filtros. Por último, para realizar la supervisión y control, se desarrolló una HMI en InTouch y se programó dos pantallas táctiles. Con la implementación de este proyecto se logró obtener principalmente una reducción de hasta un 93% en el tiempo invertido en el lavado de filtros, una reducción del 6.42% de error en la dosificación de cloro y se logró reducir los desbordes de los tanques de distribución. Además, el manejo centralizado de datos ha facilitado la operación de la planta y ha dejado una base para proyectos y mejoras futuras. ; The aim of this project was to design and implement a control and communications system for the Treatment Plant "Noroccidente" belonging to the EPMAPS, in order to optimize the processes taking place in it. For this purpose a SCADA system, which centralized information and processes management, was designed and implemented in the plant. The communications system was optimized by the re design of Modbus field networks and the design and implementation of a new LAN that involved installing a structured cabling system. An automation was designed to control the flow of raw water income depending on the hour, the season, raw water turbidity and distribution tanks levels. Similarly, an On-Off control, which is

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responsible for drinkable water flow that goes into the tank Noroccidente, was implemented depending on high levels of both tanks and the flow rate that is processing the plant. In addition, a PLC was programmed for chlorine dosing control, which now takes into consideration, in addition to flow, the turbidity to improve the chlorine dosage. Manual controls for settled water turbidity and the valve filter washing were created. Finally, for supervision and control, an InTouch HMI was developed and two touchscreens were also programmed. The implementation of this project allowed mainly to get a 93% reduction of the amount of time invested in a filter backwash, a 6.42% error reduction in chlorine dosing and a reduction regarding tanks overflowing. In addition, centralized data management facilitates plant operation and it leaves a basis for future projects and improvements. ; Corrales Paucar, Luis Aníbal, director 2. Entrevistar mínimo a un profesional con experiencia y /o conocimiento en el diseño o manejo de una planta de tratamiento de agua potable (ingeniero ambiental, químico, sanitario o civil) a fin de conocer las operaciones unitarias que se desarrollan al interior de una planta e identificar otros requerimientos que sean necesarios para tener en cuenta en la solución del proyecto. Esta información se debe diligenciar en la siguiente tabla: Tabla 2. Ficha para diligenciar Entrevista. Entrevista https://drive.google.com/file/d/102Fy5b1KS16E_Qr1HVS5IuvC7cCwyh4/view?usp=sharing

Nombre del profesional Profesional Experiencia

Víctor Varela Ingeniero sanitario / actualmente trabaja en aqua de occidente palmira. 18 años

Principales Ideas que le aportan al proyecto. El profesional noto que en el planteamiento de los requerimientos de la planta de tratamiento de aguas no se considera los siguientes sistemas: ➢ Tanque para sedimentación, se plantea en el problema un tanque de clarificación con motor, pero este motor debe estar ubicado antes sea en el tanque de oxidación, lo que permite que el agua se mezcle de forma uniforme con los químicos o el sulfato de aluminio que ellos principalmente trabajan. ➢ Sistemas de alarmas e indicación en las interfaces como en planta en los siguientes puntos: ➢ Subestación, indicación de sobrevoltaje e incendio. (sistema utilizado para alimentar bombas y motores de energía eléctrica, además de sensores.) ➢ Equipos de medición de parámetros de calidad del agua, a lo largo del proceso, estos indican el grado de tratamiento que tiene el agua. ➢ Ellos utilizan en su planta, como químico de oxidación, sulfato de aluminio. ➢ Recomiendan que la clarificación, sea por sedimentación.

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➢ Que el agitador sea en el tanque de oxidación. ➢ Para el sistema de filtrado utilizan capas de antracita y arena. ➢ Alarma sobre concentración de cloro menor requerida que la normatividad. ➢ Equipos que midan la concentración en cloro. ➢ Dosificación por electrobomba del suministro de agua al tanque 2(esta recomendación la estoy haciendo yo). ➢ La válvula para zona de desagüe de los tanques, recomendaría por seguridad dos tomas una manual y otra electroválvula para su acondicionamiento remoto. Con la manual cualquier fallo en el sistema o desconexión de la electricidad la manual permite que el personal en campo, pueda accionarla y controlar o mitigar cualquier riesgo. Entrevista realiza por medio de audio al ingeniero sanitario, de Aqua de occidente en su planta en palmira valle, ubicación nueva sede, entrada a palmira, sobre la recta Calipalmira. https://drive.google.com/file/d/102Fy5b1KS16E-_Qr1HVS5IuvC7cCwyh4/view?usp=sharing

Es importante evidenciar la entrevista como archivo de audio podcast o video, para que todos los integrantes del grupo aporten en el análisis y diligenciamiento de la ficha.

3. El grupo colaborativo debe presentar el diagrama de bloques que represente todos los elementos que intervienen en la planta de tratamiento de agua, describiendo cada uno de ellos. Al definir el diagrama de bloques, lógicamente para el control de las variables necesitamos sistemas de control, que serán unidas a los sistema RTU(telemetria), para la visualización remota y su control fuera de campo. Yo propongo que se necesita un controlador, tipo PlC o DCS o cualquier otro tipo de control industrial. A groso modo, y muy superficial sin considerar los actuadores y controles, les entrego este diagrama de bloques, que solo muestra el movimiento o recorrido del proceso planteado para la potabilización del agua.

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REFERENCIAS https://reportedigital.com/iot/comunicacion-piramide-cim-industria-manufacturera/ https://www.wonderware.es/hmi-scada/que-es-scada/ https://www.monografias.com/trabajos11/sisco/sisco.shtml http://www.uco.es/grupos/eatco/automatica/ihm/descargar/scada.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_de_control_distribuido https://es.slideshare.net/ergimele/scada-presentacin?next_slideshow=1

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