Wie funktionieren SCADA-Systeme?

SCADA ist möglicherweise eines der am häufigsten verwendeten Akronyme in der Steuerungsbranche und bezieht sich auf Aufsichtskontroll- und Datenerfassungssysteme. Die Softwareanwendung wird häufig in der Prozesssteuerung verwendet und besteht aus einem zentralen Steuerungssystem zusammen mit Controller-Netzwerkschnittstellen, Eingabe-/Ausgabe- und Kommunikationsgeräten.

Der Hauptzweck von SCADA-Systemen ist die Überwachung und Steuerung von Geräten in industriellen Prozessen, zu denen Produktion, Entwicklung, Fertigung und Fertigung gehören. Darüber hinaus werden diese Systeme auch in Infrastrukturprozessen wie Öl und Gas, Energieverteilung und Wasserkontrolle eingesetzt.

Architektur

Ein SCADA-System basiert im Allgemeinen auf zentralisierten Topologien und überwacht und steuert ein gesamtes geografisches Gebiet. Es ist ein Softwarepaket, das auf einer Hardwareschicht sitzt, Daten über den Prozess sammelt und sie übermittelt. Steuerungsaktionen werden durch Remote Terminal Units (RTUs) durchgeführt, im Allgemeinen SPS und zugehörige Steuerungen. Beispielsweise wird in einem Wärmekraftwerk die Temperatur durch eine Reihe von Sensoren erfasst, während entsprechende Steueraktionen (Ventile) durch analoge SPS-Ausgänge vorgenommen werden.

SCADA-Systeme ermöglichen es Bedienern, Sollwerte zu ändern, Alarmbedingungen zu modifizieren und notwendige Protokolle für spätere Analysen einzurichten. Die Systeme kommunizieren normalerweise über ein Netz aus drahtlosen und drahtgebundenen Technologien und können auf proprietären Protokollen laufen.

Hardware

Im Allgemeinen können SCADA-Systeme in zwei Teile unterteilt werden:

• Client-Schicht
• Datendienstschicht

Die Client-Schicht befasst sich mit der Mensch-Maschine-Interaktion, während die Datendienstschicht Datenverarbeitungsaktivitäten abwickelt. Der Datendienst kommuniziert mit Feldgeräten wie RTUs, Sensoren usw. über WAN- oder LAN-Netzwerke. RTUs wandeln Sensorsignale in ein digitales Format um, bevor sie sie an den Master senden, woraufhin entsprechende Steuersignale für Relais generiert werden.

Software

Server, die im SCADA-System verwendet werden, dienen hauptsächlich Multitasking- und Echtzeit-Datenbankfunktionen. Sie sind verantwortlich für das Sammeln und Weitergeben von Daten, das Bereitstellen von Trends und diagnostischen Informationen bezüglich des Betriebs. Abhängig von ihren Merkmalen können auch Optionen zur Einrichtung von vorausschauenden Wartungsplänen, Logistikinformationen usw. vorhanden sein. Die Fähigkeiten der Softwareseite hängen vom Anbieter oder dem Entwicklungsteam ab.

Arbeitsverfahren des SCADA-Systems

Die Hauptfunktionen von SCADA-Systemen lassen sich wie folgt aufschlüsseln. Diese Funktionen werden durch eine Kombination aus Sensoren, RTUs, Controllern und Kommunikationsnetzwerken ausgeführt.

• Datenerfassung:

Reale Systeme bestehen aus Tausenden von Knoten, was ihre Verwaltung zu einer herausfordernden Aufgabe macht. Es ist wichtig, genaue Informationen über den Status bestimmter Sensoren zu haben. Die Genauigkeit von Kontrollsystemen hängt von der Qualität der Datenerfassung ab.

• Datenübertragung

SCADA-Systeme können drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationstechnologien zwischen Geräten und Benutzern verwenden. Echtzeitsysteme verfügen über Sensoren und Geräte, die über ein weites geografisches Gebiet verteilt sind, wodurch drahtlose Netzwerke zur Norm werden. Darüber hinaus kann für SCADA-Systeme, die mehrere entfernte Bereiche verwalten, auch Internetkommunikation genutzt werden. Im Allgemeinen haben SCADA-Systeme spezifische Protokolle und die Kommunikation findet über VPNs statt, um Eindringlinge zu verhindern.

• Informations-/Datendarstellung

Eine HMI oder Mensch-Maschine-Schnittstelle wird von SCADA verwendet, um dem Benutzer Informationen bereitzustellen, die von verschiedenen vernetzten Geräten gesammelt wurden. Die Informationen werden auf verständliche und umsetzbare Weise angezeigt, da es Zeiten geben kann, in denen eine schnelle Benutzeraktion erforderlich sein kann. Die Benutzeroberfläche verwendet normalerweise grafische Bilder von realen Objekten wie Pumpen oder Tanks, um Prozesse verständlich zu machen.

• Überwachung/Kontrolle

SCADA-Systeme verwenden verschiedene Schalter für den Betrieb mehrerer Geräte und die Anzeige ihres Status im Kontrollbereich. Über diese Schalter können die Prozesse basierend auf einem analogen Wert ein-/ausgeschaltet oder modifiziert werden. Die meisten Prozesse werden anhand von benutzerdefinierten Sollwerten automatisiert, während andere kritische Aufgaben möglicherweise zusätzliche menschliche Eingriffe erfordern.

Einer der größten Vorteile von SCADA-Systemen ist ihre Skalierbarkeit. Die Erweiterung von SCADA-Systemen ist einfach und erfordert keinen außergewöhnlichen Aufwand. Darüber hinaus befinden sich diese Systeme seit Jahrzehnten in der Entwicklung und haben daher einen Reifegrad erreicht, der sie für unternehmenskritische Anwendungen nutzbar macht.

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