Was ist SCADA und warum wird es verwendet?

SCADA ist Teil der Industrie 4.0-Welle – aber ist es nur ein Hype oder hat es einen Platz in Ihrem Unternehmen?

Diese Frage sollte man sich stellen und beantworten, vor allem, wenn man jetzt wettbewerbsfähig bleiben möchte. Sie haben Optionen und müssen wissen, welche das sind.

Eine SCADA-Anwendung unterstützt ein Unternehmen durch Fernüberwachung. Sie wird häufig verwendet, um kritische Funktionen zu steuern und eingehende Daten zu sammeln, damit Ihre Betriebsabläufe reibungslos laufen.

SCADA ist zum Schlüssel für eine intelligentere und kosteneffizientere Steuerung von Energiesystemen geworden. Hier erfahren Sie alles, was Sie wissen müssen, um sicherzustellen, dass es für Sie das Richtige ist.

Was ist SCADA?

SCADA ist eine Abkürzung für „Supervisory Control and Data Acquisition“. SCADA bezeichnet ein automatisiertes Steuerungssystem, das in Großindustrien wie der Öl- und Gas-, Wasser-, Energie- und Pharmaindustrie sowie in anderen Bereichen der Großindustrie, des Fertigungswesens, des Bauwesens und des Maschinenbaus bevorzugt eingesetzt wird.

SCADA ist jedoch schwer zu definieren, da es sich nicht um eine bestimmte Technologie handelt, sondern um einen Prozess. Stellen Sie es sich als Anwendungsprogramm vor, das Betriebsdaten über eine Reihe von Systemen empfängt. Die Anwendung verwendet dann die eingehenden Daten, um den Betrieb des Systems proaktiv oder sogar vorausschauend zu steuern und zu optimieren.

Sie beginnen mit einem zentralen System, das Standorte überwacht und steuert, von einer einzelnen Anlage bis hin zu einer komplexen Reihe von Anlagen im ganzen Land.

SCADA funktioniert durch die Verarbeitung von Eingangssignalen von Schaltern und Geräten. Remote-Benutzer können eingehende Daten lesen, ohne vor Ort zu sein, und dann die Geräte steuern.

Die Anwendung stützt sich außerdem auf eine verteilte Datenbank mit Tags oder Punkten in der gesamten Anlage. Diese Punkte enthalten Informationen zu einzelnen Eingabe- oder Ausgabewerten, die dem SCADA-System mitteilen, was mit der überwachten und gesteuerten Ausrüstung geschieht.

SCADA erfasst und speichert außerdem Metadaten wie speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Registerpfade und Alarmstatistiken. Die Architektur unterstützt insgesamt:

• Steuern Sie industrielle Prozesse von lokalen oder entfernten Standorten aus.
• Überwachung, Erfassung und Verarbeitung von Daten in Echtzeit.
• Interagieren Sie direkt mit Geräten wie Sensoren, Ventilen, Pumpen und Motoren über die HMI-Software.
• Zeichnen Sie Ereignisse in Protokolldateien auf.

Wenn Sie ein SCADA-Modell grafisch betrachten, ist leicht zu erkennen, dass es sich um eine Rückkopplungsschleife mit parallelen Analysezweigen handelt. Beispielsweise erhält der SCADA-Server über Temperatursensoren und RTUs Informationen über die Daten für weitere Analysen und Entscheidungsfindungen.

Zu den üblichen SCADA-Systemkomponenten gehören:

• Fernwirkstationseinheit (RTU):Ein Feldgerät, beispielsweise eine SPS, das Sensor-/Feldgerätedaten unter Verwendung industrieller Datenkommunikationsprotokolle überträgt. RTUs sind leistungsfähiger als SPS, da es sich dabei um intelligente Steuerungen handelt, mit denen die Kontrolle über andere Geräte ausgeübt wird, die dann industrielle Prozesse automatisieren.
• Radio/Modem:Durch drahtlose Übertragung senden und empfangen Funkgeräte und Modems Echtzeitdaten auf effiziente und zuverlässige Weise.
• Sensoren/Wandler:Sensoren empfangen Signale von physischen Systemen und übermitteln diese dann über Telemetrie- und Steuerungssysteme. Diese Sensoren helfen dem Techniker/Bediener eines SCADA-Systems, Daten aus der Ferne zu messen und zu erfassen.
• Repeater:Wie Satelliten empfangen und leiten Repeater Signale über weite Entfernungen weiter, selbst bei Vorhandensein physischer Hindernisse.
• SCADA-Master:Der Master ist das Dashboard, die zentrale Kontrollstation für alle anderen Vorgänge. Es kann sich dabei um einen einzelnen Computer oder mehrere Server, Softwareanwendungen, RTUs und SPSen für komplexere Vorgänge handeln.
• Überwachungssoftware:Die Überwachungssoftware ist dafür verantwortlich, dem System Anweisungen zu geben und eine Basis von Datenanweisungen zu erstellen. Diese Anweisungen bestimmen, wie das System mit der gesamten Hardware interagiert, welche Werte erwartet werden und welche Leistungsmesswerte erforderlich sind.
• Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI):Sobald der SCADA-Host nach Daten sucht, erkennt die HMI-Software einen Alarmzustand und teilt dem Bediener mit, wonach er suchen muss.

SCADA ist nicht nur eine Frage der Benutzerfreundlichkeit. Es kann auch ein Sicherheitsproblem darstellen.

Branchen wie die Öl- und Gasindustrie, Kraft- und Wasserkraftwerke, Wasseraufbereitungs- und Abwasseraufbereitungsanlagen sowie Umweltüberwachungsstationen sind auf die SCADA-Kommunikation und Datenerfassung angewiesen, da diese Ressourcen so abgelegen sind.

Selbst wenn auf sie zugegriffen werden kann, ist es für Anlagenbetreiber manchmal sicherer, wach zu bleiben – insbesondere, wenn das Fernüberwachungssystem regelmäßige Messungen und Datenerfassungsvorgänge durchführen kann.

Ölquellen, Wasserbrunnen und Kraftwerke sind nur einige Beispiele für Anlagen, die auf SCADA-Architekturen angewiesen sind, die wiederum auf altmodischen Telemetrievorgängen basieren.
 

Telemetrieüberwachung

SCADA-Anwendungen wären ohne Telemetrieüberwachung nichts.

Die Telemetrie ist ein entscheidender Bestandteil der Erfassung, des Empfangs, der Überwachung und der Analyse eingehender Daten über den Zustand der Ausrüstung in Echtzeit.

Wettersysteme, die das Wetter messen, überwachen und vorhersagen, sind ein gutes Beispiel für ein Telemetrieüberwachungssystem. Die Telemetrieüberwachung erfolgt aus der Ferne und erfordert eine Reihe von Datenerfassungsinstrumenten, die (auch drahtlos) mit einer Reihe von IT-Systemen verbunden sind.

Die Kommunikation zwischen den beiden Schnittstellen erfolgt über Technologien wie Funk, Ultraschall, Infrarot, Telefon oder Computernetzwerke.

In SCADA werden vier Arten von Telemetrieeinheiten verwendet:

• Verdrahtet:Befindet sich physisch innerhalb des Werks und umfasst Ethernet, DFÜ-Telefonleitungen und Standleitungen zu Remote-Standorten.
• Kabellos:Umfasst werksinterne drahtlose Netzwerke wie WLAN, Mobilfunk, Satellit und Punkt-zu-Punkt-Funknetze mit Repeatern.
• Wählen:Die Berichterstattung hier basiert auf Ausnahmen.
• Hybride:Eine Kombination aus einer oder mehreren vorherigen Einheiten.

Telemetrie wird mit dem Aufkommen von Big Data immer nützlicher. Sie bietet ein datenreiches Transportsystem, das durch Aggregation in einem zentralen System mit komplexer und detaillierter Intelligenz erweitert werden kann.

Moderne SCADA-Systeme

Moderne SCADA-Systeme verlassen sich zunehmend auf Cloud-basierte SCADA-Anwendungen, um die SCADA-Architektur neu zu konzipieren.

Die Konzepte des Modells sind dieselben, die physischen Geräte sind jedoch häufig digitalisiert und automatisiert, wodurch der Betrieb intuitiver, flexibler und skalierbarer wird.

Die modernen SCADA-Systeme von heute kombinieren die Flexibilität und Funktionalität der IT mit den besten Steuergeräten. Bei modernen SCADA-Systemen dreht sich alles um Echtzeitvorgänge: Zugriff, Transparenz, Kontrolle und Entscheidungsfindung.

Sieben goldene Regeln für den SCADA-Erfolg
Die wahre Wirksamkeit von SCADA liegt in seiner Rolle bei den umfassenderen Zielen der Organisation.

SCADA nimmt eine sehr strategische Position im Zentrum der Automatisierungspyramide ein:

Durch seine Betriebsabläufe steuert und überwacht SCADA eingehende Daten und Vorgänge wie vorgesehen.

Außerdem reagiert es und sendet wichtige Informationen an MES- und ERP-Software. Eine erfolgreiche SCADA-Implementierung ermöglicht es Ihnen, Betriebsdaten in umsetzbare Geschäftsinformationen und Planungen umzuwandeln.

1) Systemprobleme
Bei der Auswahl Ihres Systems sollten Sie auf die Anforderungen Ihrer Branche und Industrie achten. Außerdem sollte es sich um einen Anbieter mit einem guten Ruf für skalierbare Lösungen handeln.

2) Integrieren Sie Ihr Netzwerk richtig
Sind Ausfallzeiten bei der Migration von einem System auf ein anderes unvermeidbar? Schwere Ausfallzeiten können Datenverlust, beeinträchtigte Datenintegrität oder möglicherweise fehlerhafte Datenübertragung bedeuten. Planen Sie diese Eventualitäten ein, da jeder Verlust katastrophale Folgen haben könnte.

3) Bereiten Sie sich auf Umweltgefahren vor
RTUs bieten Bedienern einen sichereren Zugriff auf relevante Informationen. Aber auch RTUs können beschädigt werden, wenn sie rauen Umgebungen ausgesetzt werden. Wählen Sie Geräte, die Ihrem regionalen Klima und Ihrem regelmäßigen (oder sogar vorausschauenden) Wartungsplan entsprechen.

4) Planen Sie den Austausch veralteter Einheiten
Eine Einheit mit geplanter Obsoleszenz bedeutet, dass Sie den Austausch planen können. Achten Sie außerdem darauf, SCADA-Komponenten zu wählen, die für zukünftige Erweiterungen ausgelegt sind, und maximieren Sie die Geräteflexibilität.

5) Vermeiden Sie Sicherheitsbedrohungen
Der Betrieb der Software ist ebenso wichtig wie ihre Implementierung.

68 % der IT-Experten geben an, dass Denial-of-Service-Angriffe (bekannt als DDOS) die häufigste Methode sind, SCADA-Systeme zu stören und auszunutzen.

So leistungsstark SCADA auch ist, es ist immer noch anfällig für Angriffe.

Ein Teil der Anfälligkeit ergibt sich aus der Art und Weise, wie das Industrielle Internet der Dinge (IIOT) den Bereich der Instrumentierung und Steuerung verändert.

Die Cybersicherheit für SCADA muss ebenso proaktiv und vorausschauend sein wie die Überwachung und Wartung der Geräte.
 

6) Regelmäßige Schwachstellenanalyse
Berücksichtigen Sie Bedrohungs- und Schwachstellenanalysen, wie z. B. routinemäßige und vorbeugende Wartung der Ausrüstung. Es reicht nicht aus, Angriffe zu melden – zum Schutz Ihres SCADA-Systemnetzwerks benötigen Sie ein spezifisches Präventionsprogramm.

Auch geschlossene Systeme ohne externe Kommunikationsschnittstellen sind gefährdet.

Es ist entscheidend, unvermeidlich und notwendig. Führen Sie alle möglichen Szenarien und Angriffsarten mit internen oder externen Experten sowie erfahrenen Technikern durch, die wissen, wie sie auf externe Angriffe reagieren müssen.

7) Schaffen Sie ein Gleichgewicht
Die strategische Position von SCADA zwischen Betriebstechnologie und fortschrittlichen Planungsinitiativen macht es zu einem leistungsstarken Tool für Business Intelligence.

Aber nur, wenn Sie ein Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Integration finden. Sorgen Sie dafür, dass die verschiedenen Systeme in einem weitreichenden Netzwerk interoperabel sind, aber stellen Sie gleichzeitig sicher, dass das Netzwerk nicht so offen ist, dass es von nicht autorisierten Geräten infiltriert werden kann.

Abschluss
Industrial MAX weiß, dass SCADA-Software unternehmenskritisch ist. Als zertifizierter Instrumentierungs- und Steuerungsintegrator haben wir gesehen, wie SCADA seine Rolle als wertvolles Informationszentrum auf die nächste Ebene bringen kann.

Anstatt dass IIOT SCADA-Systeme aus dem Geschäft drängt, erleben wir, wie Prioritäten wie Flexibilität und datengesteuerte Entscheidungsfindung die Fähigkeiten moderner SCADA-Systeme neu definieren.

Da die Integration eine Familienangelegenheit ist, kommen SCADA-Systeme nicht weiter.

Stattdessen werden wir sehen, wie IIOT-Kennzeichen wie Cloud Computing, Mobilität und Analytik, künstliche Intelligenz, maschinelles Lernen und mehr Indikatoren für eine erfolgreiche Auswahl und Bereitstellung von HIM/SCADA-Software sind.