Was ist ein SCADA-System und wie funktioniert es?

Was ist ein SCADA-System?

Ein SCADA-System ist eine Kombination aus Hardware und Software. Sie ermöglicht die Automatisierung industrieller Prozesse durch die Erfassung von Echtzeitdaten der Betriebstechnologie (operative Technologie, OT). Dazu verbindet SCADA die Sensoren, die Geräte wie Motoren, Pumpen und Ventile überwachen, mit einem Server vor Ort oder an einem entfernten Standort.
Ein SCADA-System ermöglicht es Unternehmen:

• Prozesse lokal oder an entfernten Standorten zu steuern
• Daten in Echtzeit zu erfassen, zu analysieren und anzuzeigen
• direkt mit industriellen Geräten wie Sensoren, Ventilen, Pumpen und Motoren zu interagieren
• Ereignisse aufzuzeichnen und zu archivieren, um sie später nachschlagen oder Berichte erstellen zu können.

Je nach Konfiguration des SCADA-Kontrollsystems kann der Zustand der industriellen Prozesse von einem Bedienarbeitsplatz mit Blick auf die Industrieanlage aus angezeigt werden. Ebenso lässt sich der Zustand von einer HMI direkt neben den Maschinen oder sogar von den Beschäftigten an ihrem Wohnort aus einsehen.

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SCADA-System-Hardware: Wie funktioniert SCADA?

SCADA-Hardware wie Remote Terminal Units (RTU) oder speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) dienen als lokale Sammelstellen für die Erfassung von Sensordaten. Diese Hardware in einem modernen SCADA-System löst oft Aktionen der angeschlossenen Geräte über eine programmierte Logik aus. In einem SCADA-System werden die von den Sensoren gesammelten Daten von einem Computer erfasst, der gemeinhin als „Gateway“ bezeichnet wird.
Verschiedene Edge-Workloads nutzen die Computerhardware auf unterschiedliche Weise.

• Gateways leiten die Daten von SPSen zu Servern oder zum Edge weiter.
• Edge-Computer befinden sich in der Nähe der Datenquelle und können als Gateway fungieren. Allerdings verarbeiten sie die Daten zunächst, bevor sie an die Cloud oder den zentralen physischen Server übertragen werden. Das ermöglicht schnellere Entscheidungen auf lokaler Ebene sowie Bandbreiten- und Kosteneinsparungen.
• Human Machine Interfaces (HMIs) bieten eine lokale Touchscreen-Schnittstelle für die Maschinenüberwachung und -steuerung. Sie können auch als Gateways oder Edge-Computer fungieren.
• Der Server fungiert als zentrale Steuerung für Ihr lokales SCADA-System. Ihr lokaler Historienserver (Aufzeichnung historischer Daten im Laufe der Zeit) kann hier untergebracht sein. Je nach Architektur kann er auch Rückmeldungen zurück zur Cloud oder an einen größeren Server im Unternehmensnetz senden.

Einmal erfasste Sensordaten können entweder direkt mit Hilfe von SCADA-Software verarbeitet oder zur späteren Überprüfung gespeichert werden. Somit kann ein SCADA-System helfen, die Prozesse vom selben Ort aus zu überwachen und zu steuern, an dem die Maßnahmen durchgeführt werden. Auch eine Fernsteuerung ist möglich.

Speicherprogrammierbare Steuerungen in der Industrie

Beispiele für ein SCADA-System

Da SCADA in Echtzeit Einblick in den Zustand von Anlagen und Betriebsabläufen bietet, hilft es Geschäftsinhaber:innen und Betreiber:innen, intelligentere Entscheidungen zu treffen. Somit können die Effizienz verbessert und Ausfallzeiten minimiert werden. Aber wie wird SCADA in der Praxis eingesetzt? Werfen wir einen Blick auf einige gängige Anwendungsfälle.

Öl und Gas

SCADA wird in der Öl- und Gasindustrie häufig für die industrielle Prozessautomatisierung eingesetzt. Angesichts der Kosten ungeplanter Ausfallzeiten, die in einer einzigen Stunde bis zu über 1 Million Dollar betragen können, ist es entscheidend, die richtige Lösung zu haben. Mit einer SCADA-Lösung können Unternehmen mehr Einblicke in Dinge wie Tankfüllstände, Temperatur, Druck und Durchfluss erhalten, ohne vor Ort sein zu müssen. Auf diese Informationen kann dann automatisch reagiert werden.

Wenn z. B. ein SCADA-System anzeigt, dass der Druck in einem Bohrloch auf ein bedenkliches Niveau ansteigt, kann ein Alarm ausgelöst werden. Die Systeme schalten sich dann automatisch ab. Diese Transparenz ist nicht nur für die Sicherheit des Personals vor Ort von entscheidender Bedeutung, sondern kann auch dazu beitragen, kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden und Ressourcen zu sparen.

Smart City

Von der Abwasseraufbereitung bis zur Verwaltung des Stromnetzes verlassen sich Smart Cities zunehmend auf SCADA-Kontrollsysteme. So wird alles überwacht und optimiert, von Ampelschaltungen bis zum öffentlichen Stromverbrauch. Wenn eine Stadt in der Lage ist, Spitzen in der Ressourcennutzung zu erkennen, wie etwa im öffentlichen Nahverkehr oder beim Stromverbrauch, kann sie schneller reagieren.

Die Städte können ihre Ressourcen langfristig optimieren, wenn sie wiederkehrende Trends erkennen. Zum Beispiel können bestimmte Temperaturen und Luftfeuchtigkeitswerte direkt damit korrelieren, dass die Bewohner:innen ihre Heiz- oder Kühlsysteme einschalten. Stadtverwaltungen können das Netz darauf vorbereiten, die Stromerzeugung und Energieübertragung zu erhöhen, wenn sich diese Bedingungen entwickeln.

Auf einer detaillierteren Ebene wird die zunehmende Anzahl von zu ladenden Elektrofahrzeugen wahrscheinlich einen wachsenden Einfluss auf die städtischen Stromnetze haben. SCADA-Systeme sind eine Möglichkeit, die Überwachung und Anpassung an die sich entwickelnde Energienachfrage zu unterstützen.

Intelligente Fertigung

Moderne Fabriken nutzen SCADA, um die Daten von Maschinensensoren zu überwachen und damit die Wartung vorherzusagen, die Produktionsgeschwindigkeit zu überwachen sowie um die Sicherheit des Bedienpersonals zu erhöhen. Ein Beispiel: Die Daten zeigen an, dass der rotierende Meißel einer Sperrholzschneidemaschine übermäßig vibriert. Die SCADA-Software kann so programmiert werden, dass die Maschine sofort abgeschaltet wird. So werden mögliche Schäden für Material oder Bedienpersonal vermieden.

Ein weiteres Beispiel ist der Einsatz von SCADA für die vorausschauende Wartung. Ein Gerät kann zu einem bestimmten Zeitpunkt in seinem Wartungszyklus weniger effizient werden. Mit einem SCADA-System können Sie dieses Muster erkennen und den Wartungsplan ändern. So ließe sich ein Produktionsengpass vermeiden. Ohne ein SCADA-System wäre es schwierig, solche Muster manuell zu erkennen.

Mit SCADA können Produktionsanlagen eine Mischform aus direkter und automatischer Steuerung wählen, indem sie Regeln erstellen. Das System kann automatisch auf abnormale Daten reagieren oder das Bedienpersonal auf den abnormalen Vorgang aufmerksam machen. Das Betriebspersonal kann dann eine fundierte Entscheidung über die geeigneten nächsten Schritte treffen.

Wie man eine SCADA-Lösung implementiert

Folgende Schritte sind für die erfolgreiche Implementierung einer SCADA-Lösung erforderlich:

• Definieren Sie klar und deutlich, was Sie überwachen wollen.
• Bestimmen Sie, welche Daten Sie derzeit sammeln und wie.
• Fangen Sie klein an: Wählen Sie einen Datensatz und einen Standort für einen Proof of Concept (POC).
• Definieren Sie eine skalierbare Architektur.
• Fügen Sie Gateways hinzu, um die derzeitigen Datenerfassungspunkte zu verbinden.
• Erstellen Sie neue Datenerfassungspunkte, falls gewünscht.
• Zentralisieren Sie Ihre Daten an dem für die Überwachung vorgesehenen Ort.
• Bilden Sie Daten in der SCADA-Software Ihrer Wahl ab.
• Fügen Sie Visualisierungen von Daten und Steuerungen hinzu.
• Definieren Sie Automatisierungen und Regeln.

Die SCADA-Software übernimmt dann die Aufgabe, Sie bei der Interaktion mit Ihrer Anlage zu unterstützen. Sie macht Sie auf Probleme aufmerksam, informiert Sie über die vorausschauende Wartung und bietet Kontrolle über eine Handvoll oder Tausende von Geräten.

Es mag auf den ersten Blick kompliziert erscheinen, die Ziele sind jedoch simpel. Schließen Sie zunächst die Dinge an, die Sie überwachen möchten. Wählen Sie dann den Standort aus, von dem aus Sie sie überwachen und steuern möchten.

Integrierte SCADA-Software

Mit der Menge an Daten, die in modernen Industrieanlagen erzeugt werden, war die Chance zur Optimierung noch nie so groß wie heute. Das Konzept der Datenerfassung und -auswertung ist nicht neu. Aber die heutigen SCADA-Lösungen bieten unglaubliche Einblicke und Möglichkeiten, die früher unzugänglich waren.

OnLogic arbeitet mit den SCADA-Experten von Inductive Automation zusammen. Sie haben die beliebte und leistungsstarke Ignition SCADA-Software erschaffen. Sie wurde speziell entwickelt, um moderne Implementierungen der industriellen Automatisierung zu rationalisieren. Unsere für Ignition konfigurierten Edge-Gateways bieten Ihnen eine solide Grundlage, um eine SCADA-Lösung schneller in Betrieb nehmen zu können.

Sie haben noch Fragen zu SCADA? Dann wenden Sie sich an unser kompetentes Team.

Wir haben diesen Blogbeitrag ursprünglich am 1. Dezember 2021 veröffentlicht. Der Inhalt wurde am 18. September 2023 aktualisiert.

Anmerkung der Redaktion: Inductive Automation hat das Ignition Onboard-Programm eingestellt. Ignition-Lizenzen müssen nun direkt bei Inductive Automation erworben werden. Während die IGN-Versionen unserer Lösungen nicht mehr erhältlich sind, eignen sich unsere Computer weiterhin hervorragend für die Verwendung mit der Ignition-Software. Informieren Sie sich hier über die von uns empfohlene Hardware.