SCADA Systeme: Einführung, Funktionen und Anwendungen

SCADA Systeme: Einführung und Überblick

• Kontrolle über den PC
• Einführung in SCADA
• Funktionen und Vorteile
• Module
• Beispiele
• OPC
• Industrielle Netzwerke und Feldbusse

Kontrolle über den PC

Der PC ist in vielen Bereichen etabliert (Büro, Privat, Industrie ...). Automatisierte Aufgaben, die bisher mit Bedien- und Anzeigeelementen sowie SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen) durchgeführt wurden, werden zunehmend durch PC-basierte Steuerungssysteme mit Erweiterungskarten oder Datenerfassungssystemen übernommen.

Vorteile:

• Datenverarbeitung, Visualisierung, Vernetzung.

Nachteile:

• Echtzeitfähigkeit, Sicherheit, Robustheit.

Wird üblicherweise zusammen mit SPS eingesetzt, um Überwachungs- und Steuerungsaufgaben auf höherer Ebene zu ermöglichen.

Das SCADA-System

• SCADA ist die Abkürzung für Supervisory Control And Data Acquisition (Datenerfassung und Aufsicht).
• Es ist eine Anwendung für Produktionsverfahren, bei der die Steuerungssoftware mit Feldgeräten kommuniziert und den Prozess automatisch über den Computerbildschirm steuert.
• Bietet Informationsverarbeitung für verschiedene Benutzer: Bediener, Supervisoren, Qualitätskontrolle, Überwachung, Wartung, etc.
• Die Benutzeroberfläche und das Bedienfeld mit LEDs, Messgeräten und Schaltflächen werden durch digitale Systeme ersetzt, die das Bedienfeld auf einem Computerbildschirm abbilden.
• Die direkte Steuerung wird von autonomen digitalen Controllern und/oder SPS durchgeführt. Ein angeschlossener Computer übernimmt mit SCADA die Funktionen des Dialogs mit dem Bediener, der Informationsverarbeitung und der Produktionssteuerung.
• Grundlegendes Design von Systemen zur Erfassung, Überwachung und Steuerung.

Die wichtigsten Funktionen

• Datenerfassung: Erheben, Verarbeiten und Speichern der erhaltenen Informationen.
• Monitoring: Beobachtung der Entwicklung der Prozessvariablen auf einem Monitor.
• Steuerung: Ändern des Prozessverlaufs, entweder über grundlegende Regulierungsmechanismen (Sollwerte, Alarme, Menüs, etc.) oder direkt durch Ansteuerung der Ausgänge.

Weitere Funktionen

• Übertragung: Informationsaustausch mit Feldgeräten und anderen PCs.
• Datenbank: Datenmanagement mit schnellen Zugriffszeiten. In der Regel wird ODBC verwendet.
• Präsentation: Grafische Darstellung von Daten. Bedienung über HMI (Human Machine Interface).
• Auswertung: Der erfassten Daten für Qualitätsmanagement, statistische Prozesskontrolle, Produktionsmanagement sowie administrative und finanzielle Verwaltung.

Beispiel für die Maschinensteuerung.

Vorteile eines SCADA-Systems

Ein SCADA-System sollte folgende Vorteile bieten:

• Möglichkeit, Alarmmeldungen zu erstellen, die die Anwesenheit des Bedieners erfordern, um einen Zustand oder Alarm zu quittieren, und die Vorfälle protokollieren.
• Generierung von historischen Anlagendaten, die zur Analyse in Tabellenform dargestellt werden können.
• Möglichkeit, Programme zu implementieren, die die Steuerung gezielt oder sogar das gesamte Programm auf dem Roboter unter bestimmten Bedingungen ändern.
• Möglichkeit der digitalen Programmierung, die hochauflösende Berechnungen auf der Computer-CPU ermöglicht, im Gegensatz zur weniger spezialisierten SPS.
• Verwendung von Makros zur Entwicklung von PC-Anwendungen für Datenerfassung, Signalanalyse, Bildschirmanzeigen, Speicherung von Ergebnissen auf Festplatte, Drucken etc.
• Darüber hinaus können all diese Aktionen mit einem Funktionspaket durchgeführt werden, das Programmierbereiche in Allzweck-Sprachen wie C oder Pascal abdeckt. Mittlerweile hat sich jedoch VBA (Visual Basic for Applications) durchgesetzt, das eine sehr hohe Leistung und Vielseitigkeit bietet.

Anforderungen an ein SCADA-System

Ein SCADA-System muss mehrere Anforderungen erfüllen:

• Es muss eine offene Systemarchitektur haben, die wachsen und sich an sich ändernde Geschäftsanforderungen anpassen kann.
• Es muss einfach und transparent für die Benutzer mit den Anlagen und dem Rest des Unternehmens kommunizieren können (lokales und Netzwerk-Management).
• Es sollte einfach zu installieren sein, ohne übermäßige Hardware-Anforderungen, und einfach zu bedienende, benutzerfreundliche Interface-Module verwenden.

Software-Module (Blöcke)

Die Software-Module (Blöcke) sind:

• Konfiguration: Ermöglicht Anwendern, die Arbeitsumgebung ihres SCADA-Systems zu definieren und an die jeweilige Anwendung anzupassen.
• Grafische Bedienoberfläche: Bietet Bedien- und Überwachungsfunktionen für die Anlage. Der Prozess wird durch synoptische Grafiken dargestellt.
• Prozess-Modul: Führt Steuerungsaktionen basierend auf den aktuellen Werten der Variablen aus. Die Programmierung erfolgt über Programm-Bausteine in einer Hochsprache (wie C, Basic, etc.).
• Daten- und Dateimanagement: Verantwortlich für die ordnungsgemäße Speicherung und Verarbeitung von Daten, sodass andere Programme oder Geräte darauf zugreifen können.
• Kommunikation: Übernimmt die Übertragung von Informationen zwischen der Anlage und der SCADA-Hardware-Architektur sowie zwischen SCADA und anderen Management-Systemen.

Hardware-Komponenten

Ein SCADA-System besteht aus:

• Zentralcomputer oder MTU (Master Terminal Unit).
• Remote Terminal Units (RTU).
• Kommunikationsnetzwerk.
• Feldinstrumentierung.

Beispiele für SCADA-Software

Einige Beispiele für SCADA-Software (oder Teile davon):

• AImax von Desin Instruments SA
• CUBE von Orsi SA Spanien
• FIX von Intellution
• Lookout von National Instruments
• Monitor Pro von Schneider Electric
• InTouch von Logitek
• SYSMAC SCS von Omron
• Scatter Graph 5000 von ABB
• WinCC von Siemens

Kommunikationsschnittstellen

Ermöglichen dem PC den Zugriff auf die Feldgeräte.

• Spezifische Treiber: Verwendung der entsprechenden Treiber für den Feldbus.
• OPC-Treiber: Verwendung eines generischen Treibers, den jeder Hersteller über OPC anbietet.

OPC-Schnittstelle

OPC (OLE for Process Control) ist eine Schnittstelle von Microsoft für Automatisierungskomponenten, die einen einfachen Datenzugriff ermöglicht. Die OPC Foundation wurde von Siemens, Fisher, Intuitive, OPTO 22, Intellution, Rockwell etc. gegründet.

Anwendungen, die Daten aus der Automatisierungsebene benötigen, um ihre Aufgaben zu erfüllen (OPC-Clients), fordern diese von Automatisierungskomponenten an, die die erforderlichen Informationen als Server bereitstellen (OPC-Server). Die Grundidee von OPC ist die Standardisierung der Schnittstelle zwischen OPC-Server und OPC-Client, unabhängig vom Hersteller.

Die über die OPC-Schnittstelle bereitgestellten Dienste von OPC-Servern für OPC-Clients umfassen typischerweise das Lesen, Schreiben und Überwachen von Prozessvariablen. Durch diese Dienste sind Betrieb und Steuerung eines Prozesses möglich. OPC-Server unterstützen die Anbindung aller Automatisierungskomponenten, die über Feldbusse oder Industrial Ethernet vernetzt sind.