Einführung in die SCADA-Funktionalität

Ein SCADA (Überwachungs- und Datenerfassungssystem) dient als das digitale Nervensystem der industriellen Automatisierung. Es ermöglicht die fortlaufende Überwachung, Steuerung und Optimierung komplexer Industrieprozesse über große geografische Gebiete hinweg.

Die Hauptfunktionen von SCADA umfassen Datenerfassung, vernetzte Kommunikation, Datenanzeige und Steuerung. Jede dieser Funktionen wird durch vier wesentliche Komponenten ausgeführt – Sensoren, Fernwirkstellen (RTUs), Zentralstationen und Kommunikationsnetze. Gemeinsam sorgen sie für eine nahtlose Verbindung zwischen den Feldgeräten und den Steuerzentralen.

Datenerfassung: Erfassung von Echtzeit-Feldinformationen

Die erste Kernfunktion eines SCADA-Systems ist die Datenerfassung. Dabei werden Informationen von Hunderten oder sogar Tausenden von Feldgeräten gesammelt – von digitalen Sensoren (Ein-/Aus-Zustände) bis hin zu analogen Sensoren (kontinuierliche Messwerte wie Temperatur oder Druck).

Beispielsweise überwachen analoge Eingänge Größen wie Spannung, Durchfluss oder Füllstände von Behältern, während diskrete Eingänge Gerätezustände wie Pumpe ein/aus oder Ventil offen/geschlossen erfassen. Diese Sensoren stellen sicher, dass Echtzeitdaten aus jedem Teilsystem genau erfasst und an das Steuerungsnetz übertragen werden.

Fortschrittliche SCADA-Plattformen können zudem mehrere Alarmgrenzwerte definieren (z. B. geringfügig zu niedrig, stark zu niedrig, geringfügig zu hoch, stark zu hoch), um Bediener vor kritischen Zuständen rechtzeitig zu warnen.

Autoreneinblick: In großen Anlagen integrieren Ingenieure häufig intelligente Messumformer und HART-Kommunikation, um die Diagnosemöglichkeiten zu verbessern und manuelle Eingriffe zu verringern.

Datenkommunikation: Verbindung zwischen Feld und Leitstand

Zuverlässige und sichere Datenkommunikation ist das Rückgrat jedes SCADA-Systems. Frühe Systeme nutzten Funk, gemietete Telefonleitungen oder serielle Kommunikation. Moderne SCADA-Systeme verwenden heute Ethernet/IP, Modbus TCP und Lichtwellenleiter-Netze für schnelle und deterministische Übertragung.

Fernwirkstellen (RTUs) und Programmierbare Steuerungen (SPS) spielen hier eine entscheidende Rolle. Sie wandeln Sensorsignale in standardisierte Kommunikationsprotokolle um und senden diese an die Zentralstation. Umgekehrt sendet die Zentralstation Steuerbefehle zurück an die RTUs zur Ausführung im Feld.

Zur IT-Sicherheit arbeiten moderne SCADA-Systeme über abgeschottete LAN/WAN-Netze mit Firewalls und Verschlüsselung, um die Angriffsfläche von außen zu minimieren.

Fachhinweis: Achten Sie stets auf Protokollstandardisierung (z. B. IEC 60870-5-104, DNP3 oder OPC UA), um die Zusammenarbeit verschiedener Automatisierungshersteller zu gewährleisten.

Datenanzeige: Visualisierung von Prozessinformationen

Die dritte SCADA-Funktion, die Datenanzeige, liefert den Bedienern klare und umsetzbare Einblicke über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (MMS) oder eine Mensch-Computer-Schnittstelle (MKS).

Die Zentralstation überwacht fortlaufend Prozessparameter und stellt sie als grafische Übersichten, Alarme und Verlaufskurven dar. Bediener können die Systemleistung in Echtzeit verfolgen, historische Protokolle einsehen und Leistungsdaten analysieren, um fundierte Betriebsentscheidungen zu treffen.

Moderne SCADA-Visualisierungssysteme bieten oft anpassbare Übersichten, Alarmpriorisierung und Ereignisprotokollierung – so können Nutzer Prozessabweichungen schnell erkennen und gezielt reagieren.

Autorenkommentar: Eine gut gestaltete MMS verbessert die Sicherheit und Effizienz der Anlage. In intelligenten Fabriken erhöhen rollenbasierte Übersichten und mobile SCADA-Anwendungen die Situationswahrnehmung in den Abteilungen.

Steuerung: Echtzeitverwaltung industrieller Prozesse

Die letzte und wirkungsvollste SCADA-Funktion ist die Steuerung. Über die Zentralstation können Bediener Fernbefehle erteilen – etwa Ventile öffnen, Druck anpassen oder Geräte ein- und ausschalten.

In Fabrikautomatisierungs-Umgebungen kann SCADA mehrere Teilsysteme anhand von Sensorsignalen koordinieren. Wenn beispielsweise ein Förderbandmotor ausfällt, kann das System automatisch die Produktionsgeschwindigkeit stromaufwärts verringern, um Staus zu vermeiden.

Darüber hinaus erlaubt moderne Steuerungslogik die automatische Regelung kritischer Prozesse ohne menschliches Eingreifen. Zum Beispiel:

• In der Stromerzeugung passt SCADA die Turbinenleistung an den Netzbedarf an.

• Im Öl- und Gasbereich öffnet es Sicherheitsventile, wenn der Leitungsdruck die Grenzwerte überschreitet.

Eine manuelle Übersteuerung bleibt jederzeit möglich, sodass Bediener bei Bedarf eingreifen können.

Branchenbeobachtung: Mit der Weiterentwicklung von künstlicher Intelligenz und vorausschauenden Steuerungsalgorithmen werden SCADA-Systeme zunehmend eigenständig und können Prozesse anhand historischer Daten optimieren.