SCADA (Überwachungssteuerung und Datenerfassung)

Was ist SCADA?

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) ist ein industrielles System, das zur Überwachung, Steuerung und Analyse einer industriellen Umgebung oder eines Prozesses eingesetzt wird. SCADA wird in vielen Industriezweigen eingesetzt, z. B. in Fertigungsbetrieben, in der Lebensmittelproduktion, in Verkehrssystemen, in Wasser- und Abwassersystemen, in Recyclinganlagen, in der Stromerzeugung, in petrochemischen Anlagen und in vielen anderen Bereichen. Jeder industrielle Prozess, der eine präzise Überwachung, Analyse und Steuerung erfordert, wird wahrscheinlich auf die eine oder andere Weise mit SCADA arbeiten.

Über Fernsteuerungen wie PLCs (Programmable Logic Controllers) und RTUs (Remote Terminal Units) sammelt das SCADA-System Echtzeitdaten und kommuniziert mit Industrieanlagen wie Ventilen, Pumpen, Sensoren und Benutzerschnittstellen.

Einer der Hauptvorteile eines SCADA-Systems besteht darin, dass es den Herstellern ermöglicht, den Betrieb von entfernten Standorten aus zu steuern, d. h. die Bediener müssen sich nicht direkt an der Maschine aufhalten, um die Steuerung und echte Anpassungen vorzunehmen.

Was macht ein SCADA-System?

Auch wenn es schwierig ist, alle Funktionen eines SCADA-Systems genau zu bestimmen, können wir das System in 5 allgemeine Funktionen unterteilen.

• Datenerfassung: SCADA-Systeme sammeln Daten von Sensoren im Feld, um einen genauen Einblick in den Status des industriellen Prozesses oder der Maschine zu geben.

• Fernsteuerung: Unter Verwendung dieser gesammelten Daten setzen SCADA-Systeme Feldaktoren ein, um die Funktionen des Prozesses oder der Maschine zu steuern und zu beeinflussen.

• Echtzeit- und historische Daten: SCADA-Systeme ermöglichen es Unternehmen, Echtzeitdaten zu überprüfen und gleichzeitig die historische Leistung zu verfolgen, so dass sie auf unmittelbare Bedürfnisse reagieren und gleichzeitig die frühere Leistung analysieren können.

• Daten- und Steuerungsdarstellung: Die auf den verschiedenen Ebenen des SCADA-Systems erfassten Daten werden zusammengestellt und visuell dargestellt. Die Bediener können dann direkt über die Schnittstelle Änderungen vornehmen.

• Bi-Direktionaler Datenfluss: Die Daten fließen in der SCADA-Architektur nach oben und unten, um Daten zu sammeln und Kontrollmaßnahmen zu übermitteln. Feldkomponenten, wie z. B. Sensoren, übermitteln Daten an den Zentralrechner, während der Zentralrechner Steueranweisungen an die Feldkomponenten, wie z. B. Aktoren, weiterleitet.

Wie funktioniert ein SCADA-System?

Damit ein SCADA-System seine Funktion erfüllen kann, müssen mehrere Komponenten zusammenarbeiten. Denken Sie daran, dass die drei Hauptfunktionen eines SCADA-Systems darin bestehen, Informationen zu sammeln, Daten zu analysieren und Steuerungsmaßnahmen zu ergreifen. Jede dieser Komponenten erleichtert diese Aufgaben.

• Sensoren: Diese Geräte funktionieren wie ein Messgerät oder ein Zähler, sie erfassen die Eingaben aus den industriellen Prozessen und versorgen das SCADA-System mit wertvollen Echtzeitinformationen.

• RTUs (Remote Telemetry Units): Hierbei handelt es sich um Feldsteuerungen, die mit Sensoren interagieren, um wertvolle Informationen zu sammeln.

• Aktoren: Während Sensoren den Status des Prozesses erkennen und übermitteln, sind Aktoren Geräte, die es Menschen und Systemen ermöglichen, die Maschine oder den industriellen Prozess zu steuern. Dazu gehören u. a. Schalter, Steuerventile, Elektromotoren, Drehknöpfe usw.

• PLCs (Speicherprogrammierbare Steuerungen): Hierbei handelt es sich um Feldsteuerungen, die mit Stellgliedern im Feld interagieren, um Maschinen- oder Prozessabläufe zu steuern.

• SCADA-Überwachungscomputer: Diese Computer sammeln Daten von den RTUs und kommunizieren mit den PLCs in der Infrastruktur.

• HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle): Diese Software ist das Fenster zur gesamten SCADA-Einrichtung. Sie nimmt die gesammelten Informationen auf und präsentiert sie dem Benutzer auf einer leicht zu bedienenden Oberfläche. Sie ermöglicht es den Menschen auch, verschiedene Faktoren innerhalb des Prozesses zu ändern und zu kontrollieren.

SCADA-Architektur: Wie alles zusammenpasst

Damit alle Komponenten eines SCADA-Systems ordnungsgemäß funktionieren, ist eine ganz bestimmte Architektur erforderlich, die aus den Ebenen 0-4 besteht.

• Ebene 0 - Feldebene: Hier befinden sich die Feldgeräte wie Sensoren und Aktoren. Sie übermitteln Daten und führen Steuerungsmaßnahmen durch.
• Ebene 1 - Direkte Steuerung: Diese Ebene ist für PLCs und RTUs gedacht, die mit den Sensoren und Aktoren der Ebene 0 interagieren.
• Ebene 2 - Planüberwachung: Diese Ebene enthält alle übergeordneten Computer, die mit RTUs und PLCs interagieren.
• Ebene 3 - Produktionssteuerung: Mit mehreren Überwachungscomputern in Ebene 2 aggregiert diese Ebene alle Daten aus Ebene 2, um laufende Berichte zu erstellen und verschiedene Kontrollfunktionen auszuführen.
• Ebene 4 - Produktionsplanung: Diese Ebene bezieht sich auf Systeme und Schnittstellen, die von den Bedienern zur Steuerung von Produktionsprozessen und Maschinen verwendet werden.

Top 5 Vorteile von SCADA-Systemen in der Fertigung

• Echtzeit-Datenerfassung: Mit strategisch platzierten Sensoren in den wichtigsten Fertigungsprozessen bietet SCADA den Unternehmen verwertbare Erkenntnisse. Diese Datenerfassung ermöglicht es Unternehmen, die Produktqualität zu verbessern, die Produktivität zu steigern, Ausfallzeiten zu reduzieren und vieles mehr.

• Fernüberwachung und -steuerung: Durch die Datenerfassung in Echtzeit können Bediener Informationen erhalten und sinnvolle Änderungen von entfernten Standorten aus vornehmen. Diese Möglichkeit der Fernsteuerung ist viel besser als in früheren Umgebungen, in denen ein Bediener neben der Maschine stehen musste, um etwas zu sehen oder zu tun.

• Kosten senken: SCADA-Systeme helfen Herstellern, Kosten zu senken, indem sie den Energieverbrauch reduzieren und Ineffizienzen aufzeigen. Indem sie Unternehmen in die Lage versetzen, entfernte Standorte zu überwachen und zu steuern, können sie Verschwendung schnell erkennen, Ineffizienzen aufdecken und Probleme beseitigen.

• Skalierbarkeit und Anpassung: Keine zwei SCADA-Implementierungen sind genau gleich. Das liegt daran, dass keine zwei Unternehmen gleich sind. Trotz der relativen Komplexität der verschiedenen Komponenten können SCADA-Systeme und -Hardware für jedes Fertigungsunternehmen eine große Bereicherung darstellen.

Wie man die Effektivität von SCADA noch weiter steigern kann

Ein entscheidender Nachteil von SCADA-Lösungen besteht darin, dass ihre Einrichtung und Verwendung kompliziert sein kann. Und obwohl nicht alle Mitarbeiter die SCADA-Verfahren in- und auswendig kennen, gibt es ein Tool, das sie jederzeit durch die richtigen Prozesse führen kann.

Arbeitsanweisungssoftware führt die Mitarbeiter mit visuellen und intuitiven Schritt-für-Schritt-Anleitungen. Unternehmen können bewährte Verfahren erstellen, die sich auf die wichtigsten wiederholbaren Abläufe beziehen, oder sie können dynamische Prozesse erstellen, die die Mitarbeiter je nach den aktuellen Erfordernissen der Situation anleiten.

Durch die Bereitstellung klarer SCADA-Anweisungen und -Verfahren sind die Mitarbeiter besser in der Lage, zu helfen und die Gesamteffizienz des SCADA-Systems zu verbessern.