Die heutigen Anforderungen an moderne Scada-Systeme gehen weit über das klassische Bedienen und Beobachten hinaus. Gefragt sind hersteller- und plattformunabhängige Systeme, skalierbare Lösungen für den Einsatz auf unterschiedlichen Hardwaresystemen, voll funktionsfähige User Interfaces (Benutzer-Oberflächen) für aktuelle und zukünftige Betriebs-systeme sowie die Einbettung in bestehende Prozesse. Ebenso wichtig ist eine funktionierende Anbindung unterschiedlicher Datenquellen bis hin zur Integration von MES(Manufacturing execution system)- oder ERP(Enterprise resource planning)-Systemen.

Skalierbarkeit

Um den wachsenden Anforderungen im industriellen Infrastrukturbereich begegnen zu können, sollten Scada-Systeme jederzeit erweiterbar sein, ohne dass es dabei zu Technologiebrüchen kommt oder komplette Neuprojektierungen erforderlich sind. Und diese Anforderungen sind vielfältig. So möchte zum Beispiel der Geschäftsführer der Windpark-Betreiberfirma jederzeit auf seinem Tablet sehen, wie viel Strom produziert wird. Der Instandhalter beobachtet den Zustand aller Windturbinen, um bei einem Problem direkt zu der betroffenen Turbine zu navigieren und den Fehler zu analysieren. Vor Ort möchte das Wartungspersonal dieselbe Information vorfinden, um den Fehler schnell lokalisieren und beheben zu können. Um dies alles zu gewährleisten, muss das System stetig erweiterbar sein. Ein modernes Scada-System wie das ‚Simatic WinCC Open Architecture‘ ist skalierbar. So können an das System bis zu 2048 Server mit je 255 Clients angeschlossen werden.

Der mögliche Aufbau einer Scada-Landschaft: Im Zentrum steht dabei der WinCC OA Server. Die Umgebung ist nahezu beliebig zu gestalten und zu erweitern.

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Auch die Integration von Videosys-temen spielt im Infrastrukturbereich eine immer wichtigere Rolle. Simatic WinCC Open Architecture ermöglicht die native Integration von Video-Management-Funktionen in ein Scada-Projekt. Eine digitale Aufzeichnung von Videos auf Standard-Hardware-Komponenten ist so möglich. Die Videostreams können kontinuierlich in einem Ringspeicher oder bei einem Ereignis mit einer Vor- und Nachlaufzeit gespeichert werden. Außerdem kann das System Aufzeichnungen mehrerer Kameras zeitsynchron abspielen.

Damit ist eine umfassende Überwachung und Steuerung von komplexen Einrichtungen von nur einem Bedienplatz aus möglich. So können Problemsituationen früher erkannt und entsprechend darauf reagiert werden. Durch die Kombination von Scada und Video-Überwachung lassen sich die Kosten für separate Video-Interfaces sowie den zusätzlichen Aufwand bei Wartung und Betrieb einsparen, darüber hinaus re-duziert sich die Ausbildungsdauer für das Bedienpersonal.
Die Sicherheit spielt bei Scada-Systemen ebenfalls eine wichtige Rolle. Diese wird mit einer Systemredundanz erreicht, die eine beinahe 100-%ige Anlagenverfügbarkeit ohne Datenverlust sichert. Auch bei der Energiegewinnung- und -versorgung stehen Sicherheit und Verfügbarkeit im Vordergrund. Hier bieten moderne Scada-Systeme wie Simatic WinCC Open Architecture eine vom TÜV Süd bestätigte SIL3-Zertifizierung nach IEC 61508. Die IEC 61508 ist die internationale Norm zur funktionalen Sicherheit elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Systeme. Teil 3 dieser Norm stellt erhebliche Anforderungen an die Ver­antwortlichkeiten, Prozesse, Dokumentationen und Techniken bei der Entwicklung und Begutachtung sicherheitsrelevanter Software. In der IEC 61508 wird zur Charakterisierung der Qualität die sogenannte ‚Sicherheits-integrität‘ verwendet, die in vier Stufen von SIL1 (relativ geringe Anforderungen) bis SIL4 (sehr hohe Anforderungen) kategorisiert ist. Planer, Integra-toren und Endkunden sparen durch den Einsatz eines SIL3-zertifizierten Scada-Systems Zeit und in weiterer Folge Geld, da der gesamte Abnahmeprozess für das Leitsystem deutlich erleichtert wird.

Mobilität

Gerade die Globalisierung erfordert Systeme für den weltweiten Einsatz, die jederzeit und überall den mobilen Zugang zu Anlageninformationen ermöglichen. Moderne Scada-Systeme wachsen mit ihren Aufgaben, von der Einzelplatzlösung an der Anlage bis zur Einbindung in das unternehmensweite Leitsystem. Eine durchgängige, hochperformante Kommunikation, hohe Verfügbarkeit, verlässliche Informationen, schnelle Interaktion und Bedienfreundlichkeit sollten immer gewährleistet sein. Egal ob vom Mobiltelefon, Tablet, Notebook oder von der Workstation – die Darstellung und Bedienung muss jeweils einheitlich und durchgängig sein.

Responsive Design ist bei modernen Scada-Systemen ein Muss: Durch Layout-Container passt sich der Rahmen des Bildes stufenlos an die gewünschte Auflösung an.

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Simatic WinCC Open Architecture nutzt dafür Qt – eine plattformübergreifende Programmierung für grafische Bedienoberflächen. Qt bietet umfangreiche Funktionen zur Internationalisierung sowie Datenbankfunktionen und XML-Unterstützung und ist für eine große Zahl an Betriebssystemen wie Linux, Mac OS X, Windows, iOS und Android einsetzbar. Durch die Verwendung von Qt kann die volle Funktionalität des Standard User Interfaces unkompliziert in das Scada-System portiert werden. Das neue native User Interface des Scada-Systems bietet eine auflösungsunabhängige Darstellung und zusätzliche Möglichkeiten für gerätespezifische Anzeigen. Ein Gesamtbild besteht normalerweise aus einem Rahmen und einem Bild-Inhalt. Bei der neuen Bedienoberfläche passt sich der Rahmen des Bildes durch Layout-Container stufenlos an die gewünschte Auflösung an. Für die Darstellung des Bild-Inhaltes können bei Bedarf mehrere Geräte-klassen verwendet werden. Diese definieren die entsprechende Punktdichte (dpi: dot/inches, Punkte pro Zoll) für die verschiedenen Anzeigegeräte wie Computermonitor, Tablet und Smartphone. Es können auch zusätzliche, kundenspezifische Geräteklassen erstellt werden. Das native User Interface lässt sich auf den Endgeräten wie eine App in­stallieren.

Ein weiterer Pluspunkt ist die hohe Sicherheit. Sie garantiert jedem befugten Mitarbeiter einen sicheren Datenzugriff. Die Kommunikation läuft über SSL; am Server befinden sich eine eigene Geräteverwaltung und Administra-tion. Daraus ergeben sich für den User zahlreiche Vorteile: Er verfügt über den direkten Zugriff auf alle Unternehmensdaten – überall und jederzeit. Auf den mobilen Geräten befindet sich ein voll funktionsfähiges HMI für eine schnelle Entscheidungsfindung. Es müssen keine Projektdaten manuell auf den Client geladen werden. Dies erledigt der Server automatisch und so ist keine Programmierung notwendig. Dadurch entfallen kosten- und zeitintensive Ressourcen.

Für spezielle Anforderungen, zum Beispiel wenn keine Installation am Client möglich oder die Einbindung von Anlagendaten in Management-Dashboards oder Intranet-Seiten gefragt ist, bietet sich eine Browser-basierte Lösung an. Sie ist ebenfalls in Simatic WinCC Open Architecture für Desktops verfügbar.

Flexibilität

Das ideale Scada-System ist heutzutage für diverse Aufgaben einsetzbar. Ein Systemintegrator erstellt für seine Kunden unterschiedliche Lösungen, um deren Anlagen zu überwachen und zu steuern, will aber trotzdem nur ein System verwenden. So wird beispielsweise eine Pumpstation vor Ort durch einen Multitouch-Industrie-PC gesteuert und überwacht, eine mittelgroße Anlage über mehrere Vor-Ort Bedienpanels visualisiert, und in einer übergeordneten Bedienzentrale gibt es einige Arbeitsplätze mit mehreren Monitoren sowie einer großen Monitorwand. Diese Systeme können zu einem Gesamtsystem zusammengefasst werden. Mit einem übergeordneten Leitsystem kann der Anwender vom Leitstand aus sowohl direkt auf jede einzelne Komponente wie Pumpe oder Motor zugreifen und sich das Anlagenbild 1:1 anzeigen lassen als auch die Anlage bedienen.

In solchen Fällen haben Endkunden, Systemintegratoren oder Anlagenbauer mit nur einem Scada-System einen entscheidenden Vorteil: Sie sparen Zeit und Kosten. Zum einen durch wesentlich kürzere Engineering-Zeiten, geringeren Schulungsaufwand und weniger Inbetriebnahme- und Wartungskosten. Zum anderen bietet ein einheitliches System höhere Betriebssicherheit sowie Verfügbarkeit der Anlagen und Maschinen. Das wirkt sich wiederum auf Qualität und Produktivität aus.

Jedoch muss die Scada-Software in der Lage sein, auf jeder Hardware zu laufen. Ob auf Einplatinen-Com­putern, Embedded-Industrie-PCs wie der Nanobox, Standard-Computern, Großrechnersystemen oder virtualisierten Systemen. Voraussetzung da-für ist eine schlanke Software-Architektur, die mit wenigen Computer-Ressourcen auskommt. Simatic WinCC Open Architecture wurde von Beginn an in diese Richtung entwickelt – und zwar von unten nach oben. Hier verteilt sich das Gesamtsystem auf viele Prozesse – umgesetzt im sogenannten ‚Managerkonzept‘. Werden einzelne ‚Manager‘ in einem Projekt nicht benötigt, wie etwa der Archiv- oder der Redundanz-Manager, so lässt man diese einfach weg. Notwendige Manager hingegen, wie der Event-Manager, sind sehr ressourcenschonend gebaut. Außerdem nutzt das System keine Ressourcen, die nicht in allen Betriebssystemen vorhanden sind. Das macht das Scada-System Betriebssystem-unabhän- gig und schlank.

Unabhängigkeit

Ein offenes Konzept erlaubt die ­Einbindung unterschiedlichstem Komponenten. Von der Automatisierungsebene bis hinauf zur Betriebsfüh-rungs- und Managementebene können zugeschnittene Lösungen ermöglicht werden. Dazu benötigt ein modernes Scada-System umfassende Treiber und flexible Anbindungsoptionen zu anderen Systemen. Simatic WinCC Open Architecture hat den Vorteil, mehrere Treiber parallel betreiben zu können. Diese können von ein und demselben oder auch unterschied­lichen Typs sein. So ist es beispielsweise möglich, in einem System gleichzeitig Verbindungen über das S7-Protokoll zu einer Simatic-Steuerung, über IEC 60870-5-104 zu einem Fernwirksystem und über OPC UA zu einem beliebigen OPC-Server zu etablieren. Dabei stehen alle gängigen ­Anbindungen für OPC, Feldbusse, Fernwirken, TCP/IP und viele mehr zur Verfügung.

Simatic WinCC Open Architecture ist nicht nur Betriebssystem-unabhängig und läuft auf Windows und Linux, sondern es können auch verschiedene Betriebssystem-Plattformen innerhalb eines Systems verwendet werden.

Autor: Martina Hubert ist Marketing-Leiterin WinCC OA bei ETM.

Überwachung im Hochgeschwindigkeitszug

Im Hochgeschwindigkeitszug Railjet der Österreichischen Bundesbahnen (ÖBB) ist seit einigen Jahren die Zugvisualisierung mit Simatic WinCC Open Architecture erfolgreich realisiert. Eine vollbesetzte Garnitur des Hochgeschwindigkeitszugs Railjet besteht aus zehn Wagen. Diese sind mit insgesamt zwölf Touchpanels mit Betriebssystem Windows XP embedded, einer 600-MHz-CPU mit 1 GByte RAM sowie 1 GByte Flashspeicher ausgestattet. Auf jedem Touchpanel ist ein Server installiert. Die Wagenreihenfolge kann beliebig geändert werden. Die Server tauschen sich untereinander aus und passen die Wagenreihenfolge entsprechend an. Und das funktioniert ohne aufwendiges Engineering.

Jeder Wagen verfügt über ein selbststän­diges Diagnosesystem. Hier werden alle relevanten Informationen gesammelt. Sämtliche technische Einrichtungen sind direkt oder indirekt mit diesem Diagnose­system verbunden. Mit Hilfe von Simatic WinCC Open Architecture erhalten Zug-begleiter und Fahrer alle notwendigen Information über Fehlerzustände in den Wagen des Zuges und das Service- und Reparaturpersonal alle relevanten Infor­mationen über bestehende und flüchtige Fehler der Geräte.

Das Tunnelleitsystem

Zwischen Erstfeld und Bodio in der Schweiz entsteht derzeit der mit 57 km Gesamtlänge längste Bahntunnel der Welt. In insgesamt elf Teilprojekten werden neun redundante Kopfrechnersysteme und fünfzehn unterlagerte Gruppenrechner eingesetzt, die alle auf der Software Simatic WinCC Open Architecture basieren. In je einem Tunnel-Control-Center am Nord- beziehungsweise Südportal wird die gesamte Tunnel-Infrastruktur, wie Stromversorgung, Fahrleitung, Lüftung und Klima, Beleuchtung sowie die Bedienung und Überwachung von Türen und Toren überwacht, bedient und angezeigt. Mit der Bahn- und Tunnelleittechnik kommuniziert das System über OPC UA, mit dem Elektrizitätswerk über IEC 60870-5-101/104 und mit den Schutzgeräten auf der Mittelspannungsebene mit IEC 60870-5-103/104. Ab Oktober 2015 werden in über 3000 Testfahrten die Funktionalität und Sicherheit des Gotthard-Basistunnels getestet, bevor im Juni 2016 der Betrieb aufgenommen wird.