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Optimale SCADA-Systeme
Sep. 2015 / I. Eichmann www.osmo-kommunikation.de
Definition eines SCADA-Systems
SCADA steht für Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)… das Überwachen (Steuern) technischer Prozesse sowie das Sammeln von Echtzeitdaten zur Qualitätskontrolle mittels Computersysteme.
Automatisierungspyramide
Einflüsse zur Optimierung von SCADA
Hardware Entwickler• Entwicklungsaufwand• Offene Programmierschnittstellen• Skalierbarkeit, Modularität• Integrationsfähigkeit• Knowhow Schutz
• Intuitive Bedienbarkeit• Langlebigkeit, Verfügbarkeit• Wirtschaftlichkeit• Integration MES/ERP
• Kommunikationsunabhängigkeit• OS-Unabhängigkeit• Sicherheit
Anwender
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
1. Die Idee und das Konzept2. Planung und Systemauswahl3. Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen4. Prüfung und Inhousetest5. Inbetriebnahme beim Kunden
1. Die Idee und die Planung
Eine Idee unserer Kunden, hiermit beginnt häufig der Weg zum Projekt. Entweder über eine Planungsleistung eines Ing. – Büros oder durch eigene Planungen. Durch Entwurfs-und Ausführungsplanungen werden die Aufgabenstellungen des SCADA- Systems beschrieben.
Alles beginnt mit der richtigen Planung
Projektauswahl für ein SCADA
- Wasserhaltung im Tagebau Garzweiler
- Verkehrstunnel in NRW
- Tanklager in Hamburg
- Leitzentrale Hamm/ Duisburg
- Wasserwerk bei Bremerhaven
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
1. Die Idee und das Konzept2. Konstruktion und Systemauswahl3. Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen 4. Prüfung und Inhousetest5. Inbetriebnahme beim Kunden
2. Konstruktion
Wie und Womit zum SCADA?
Ein gutes und durchdachtes Pflichtenheft ist eine weitere Säule zur optimalen Vorbereitung eines SCADA- Systems. In diesem wird das „Wie“ und „Womit“ geklärt, und konzeptionell vorgestellt.
Folgende Systeme stehen als „Basis- SCADA“ zur Verfügung
Die Systemauswahl (falls diese nicht bereits vorgegeben wurde)
1. Bedienerpanel2. Einzelplatz3. Redundanzsysteme4. Verteiltes System5. Integriertes System
2. Konstruktion – Bedienpanel
1. Das Bedienpanel
- Einfache und schnelle Visualisierung- Robustheit und Langlebigkeit- geringe Anschaffungskosten
Vorteile Nachteile
Zur Realisierung prozessnaher effizienter Bedienung werden Bedienpanels in den unterschiedlichen Branchen eingesetzt. Sie zeichnen sich vor allem durch ihre Robustheit und dem einfachen Engineering aus.
Eingesetzte Software
- WinCC- flexibel (auslaufend)- TIA- Portal- Zenon- Operator
- Begrenzte Möglichkeiten der Darstellung- Begrenzter Datenpunktumfang- Keine Anbindung von Report oder Datenbanken
2. Konstruktion – Bedienpanel
Bedienpanel - Die Wasserhaltung im Tagebau Garzweiler- Einfache
Schaltmöglichkeiten- Geringe Anzahl an zu
überwachenden Sensoren und Aktoren
- Bedienung für Service und Wartung
- Notbedienebene
2. Konstruktion – Bedienpanel
Bedienpanel - Fazit
Visualisier. Objekte Redundanz
Berichts-wesen
DatenbankAnbindung
Fern-alarme
Lizenzkosten
WinCCFlex
X - - - - - -
TIA-Portal
X - - - - - -
Zenon Operator
X X - X X X X
Bedienpanel gehören in die Gruppe Level 1 der Automatisierungspyramide und siedeln sich unter den SCADASystemen an. Ihre Stärken liegen in der prozessnahen Bedienung für Maschinen und Anlagen und finden dortihr „optimales“ Anwendungsfeld.
Systemauswahl
2. Konstruktion – Einzelplatzsystem
2. Das Einzelbedienplatzsystem
- Vollwertiges SCADA-System- Mittlere Anzahl Datenpunkte (<10.000)- Komplexe Bedienphilosophien realisierbar- Vielzahl an Prozesskopplungen und Schnittstellen- Offene Architektur hinsichtlich Hardware und OS
Vorteile Nachteile
Dieses System eignet sich besonders zur Bedienung von Maschinen- undAnlagenteilen, bei denen die Übersicht mit einem Bedienpanel nichtmehr gegeben ist. Einfache Datenbankanbindungen werden hiermitebenfalls möglich.
Eingesetzte Software
- WinCC (Siemens)- WinCCoA (Siemens)- Zenon- Operator oder Supervisor (Copadata)- InVISU PMS (Epro)
- Höhere Kosten als Bedienpanel- Installations- und Wartungsaufwand- Komplexe Entwicklung- Eingeschränkte Ausfallsicherheit
2. Konstruktion – Einzelplatzsystem
Einzelplatzsystem am Beispiel Tunnel Bochum Grumme- Anlage ist nicht besetzt, Überwachung
durch 24h Leitzentrale- Redundanz erreicht durch eine
Kopplung der Leitzentrale direkt zur SPS
- Bedienung für Service und Wartung
2. Konstruktion – Einzelplatzsystem
Einzelplatzsystem - Fazit
Visualisier.
Objekte Redundanz
Berichts-wesen
Datenbank anbind.
Fern-alarme
Lizenzkosten
WinCC 7.3 X X - X X X X
WinCC oA X X - X X X X
Zenon Operator
X X - X X X X
Zenon Supervisor
X X - X X X X
InVISU X X - X X X X
Einzelplatzsysteme behaupten sich immer dort, wo ohne Redundanz ein breites Spektrum an Aufgaben zuerledigen ist.
Systemauswahl
2. Konstruktion – redundantes Server- Client System
3. Redundante Server/ Client System
- Hohe Verfügbarkeit (teilweise Hot-StandBy)
- Große Anzahl Datenpunkte (<50.000)- Skalierbarkeit- Abgesetzte Bedienstationen- Redundante Anbindung verschiedener
Level 1-Komponenten möglich
VorteileNachteile
Dieses System eignet sich zur hochverfügbaren Überwachung von Prozessen. Der Aufbau redundanter Serversysteme bietet eine ausfallsichere Anbindung von Bedien- und Beobachtungsgeräten.
Eingesetzte Software
- WinCC- WinCCoA- Zenon Supervisor- inVISU
- Erhebliche Anschaffungskosten (Lizenzen und Hardware)
- Erhöhter Wartungsaufwand
2. Konstruktion – redundantes Server- Client System
Redundantes System am Beispiel Tanklager Bomin - Redundante Datenerfassung- 5 Bedienclients- Datenkopplung
Verladesystem- Kopplung
Warenwirtschaftssystem
2. Konstruktion – redundantes Server- Client System
Redundantes System - Fazit
Visualisier. Objekte Redundanz Berichts-wesen
Datenbankanbindung
Fern-alarme
Lizenzkosten
WinCC 7.3 X X X X X X X
WinCC oA X X X X X X X
Zenon Supervisor
X X X X X X X
InVisu X X X X X X X
Redundante Systeme sind immer dort zu finden, wo hohe Datenaufkommen zu erwarten ist, sowie eine hoheAusfallsicherheit in der Bedienbarkeit sicher zu stellen ist. Server-Client-Lösungen bieten Performance underlauben Dezentralisierung
Systemauswahl
2. Konstruktion – verteiltes System (Multi-Client/ Server)
4. Das verteilte System
Vorteile
Nachteile
Eingesetzte Software
- WinCC - Zenone Supervisor
- WinCCoA - inVISU- Zenon Supervisor
Dieses System eignet sich zur Überwachung komplexer Prozesse und Anlagen durch Zusammenschluss autarker Serversysteme von Teilanlagen zu einem Server-Verbund. Es erlaubt die ausfallsichere Kontrolle des Gesamtsystems mittels zentraler und dezentraler Bedienstationen (Leitwarte)..
- Sehr hohe Verfügbarkeit- Sehr hoher Datenpunktumfang
realisierbar- Transparenter Zugriff von allen
Bedienstationen auf alle Teilsysteme- Einheitliche Oberfläche für alle
Teilsysteme
- Erhebliche Anschaffungskosten (Lizenzen und Hardware)
- Hoher Wartungsaufwand- Aufwändige Systempflege- Übernahme der Oberfläche von allen Teilsystemen
2. Konstruktion – verteiltes System (Multi-Client/ Server)
- Einheitliche Bedienung für alle Anlagenteile
- Doppelte Redundanz durch zwei Standorte (Hamm/ Duisburg)
- Bedienung und Überwachung 24/7
- Durch Multi-Server-Projekt Konzentration auf einen Standort möglich
- Verteiltes System am Beispiel Tunnelleitzentrale des Landes NRW
Visualisier. Objekte Redundanz Berichts-wesen
Datenbankanbindung
Fern-alarme
Lizenzkosten
WinCC 7.3 X X X X X X X
WinCC oA X X X X X X X
Zenon Supervisor
X X X X X X X
InVisu X X X X X X X
2. Konstruktion – verteiltes System (Multi-Client/ Server)
Verteiltes System - Fazit
Verteilte Systeme sind immer dort zu finden, wo eine hohe Ausfallsicherheit in der Bedienbarkeit sicher zu stellen ist. Siebieten sich auch immer dann an, wenn weiter entfernte Systeme zu koppeln sind (z.B. Leitzentralen)
Systemauswahl
2. Konstruktion – Integriertes System
5. Das integrierte System
Vorteile
Nachteile
Dieses System eignet sich für Anlagen und Kunden mit Fokus auf einemHersteller bzw. einer bestimmten Produktlinie. Es lassen sich allevorgenannten Systemkombinationen realisieren.
Eingesetzte Software
- PCS7 - ABB Freelance
- Hohe Kosten- Nicht für kleine Anlagen geeignet- Hohe Expertise erforderlich- Festlegung auf einen Anbieter (kein Mischbetrieb)
- Lösung aus einer Hand, da Entwicklerwerkzeuge und Hardware-/Softwarekomponenten aufeinander abgestimmt sind
- Beschleunigter Entwicklungsprozess bei komplexen Anlagen und hohem Datenpunktumfang
- Bausteinen und Bibliotheken für Programme, Face Plates, etc. bieten Effizienz durch Einheitlichkeit
- Verfahrenstechniker, Kunden können über CFC die Bausteine und Funktion nachvollziehen
2. Konstruktion – integriertes System
Integriertes System am Beispiel Wasserwerk Bexhövede- 2 Server- redundant- 1 Bedienplatz mit 3 Monitoren - 2 Bedienplätze als Touch- IEC- Kopplung an
übergeordnete Netzleitzentrum SWB Bremen
2. Konstruktion – integriertes System
Integriertes System - Fazit
Visualisier. Objekte Redundanz Berichts-wesen
Datenbankanbindung
Fern-alarme
PCS7 X X X X X X
ABB Freel. X X X X X X
Integrierte Systeme bieten sich bei komplexen Anlagen und Präferenz eines Anbieters an.
Systemauswahl
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
1. Die Idee und das Konzept2. Konstruktion und Systemauswahl3. Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen4. Prüfung und Inhousetest5. Inbetriebnahme beim Kunden
Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen
Das Anlagendesign -> schnell zu einem sicheren Fundament
In der Designphase einer automatisierten Anlage benötigen wir schnelles und sicheres Engineering, das außerdem ein hohes Qualitätsniveau sichert. Dies bringt genau die Effektivität, welche wir bei der Bearbeitung der Projekte, bei weiter steigenden Prozessdaten, benötigen. Umsetzbar ist dies über gezielte Massenparametrierungen von Prozessdaten auf Steuerungs- und Visualisierungsebene.
SV
Motorschutz
Abrisskontakt
Befehl Automatik Ein
Befehl Visual Ein
Analog FU IST
Befehl ML Ein
Analog FU SOLL
Befehl Schütz Ein
Objekt: Strahlventilator
- Schaltplanerstellung/ Konstruktion- Generierung Datenpunktlisten - Signalzuordnung, Erstellung von Objekttypen und
Zuordnung dieser, nach Funktion und Symbol - Datenkonsistenz- Überprüfung
Arbeitsschritte zum Objekt
Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen
- Das Anlagendesign -> Effizient zum hohen Datenstamm
Steuerung
Visualisierung
VorteileNachteile
- „Starre“ Datenlisten- Bei Sonderwünschen, Entwicklungsaufwand
- Große Datenmengen in hoher Genauigkeit, Qualität verarbeitet
- Zuordnung von Objekten zu bewährten Funktionsbausteinen und grafischen Symbolen
- Wenig Einzelparametrierung, dadurch Ausschluss von Fehlerquellen
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
1. Die Idee und das Konzept2. Konstruktion und Systemauswahl3. Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen4. Prüfung und Inhousetest5. Inbetriebnahme beim Kunden
Prüfung und FAT des SCADA- Systems
-> vor der AuslieferungEine interne Prüfung und anschließender FAT (Factory Acceptance test) dient als Prüfung und Qualitätskontrolle. (gem. DIN EN 62381; VDE 0810-81:2013-04)
PrüfungFAT
Vertraglich geschuldet
Nachweis über die Betriebsbereitschaft
Kurze Inbetriebnahmezeiten
Anlageneinweisung des Personals
Anlagenoptimierungen im Simulationstest
Nachweis der Funktion
Energieeinsparungen
Beseitigung von Fehlern
Prüfung und FAT des SCADA- Systems
Schnellere und sichere INB auf der Baustelle Vollständiger Test der Schnittstelle SCADA /SPS Einfacherer Test von komplexen Funktionen Änderungswünsche können frühzeitig berücksichtigt
werden Minimierung von Energiekosten durch geringeren
Testaufwand vor Ort.
Vorteile FAT mit WinMod
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
1. Die Idee und das Konzept2. Konstruktion und Systemauswahl3. Erstellung von Objekt- und Visualisierungsvorlagen 4. Prüfung und Inhousetest5. Inbetriebnahme beim Kunden
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
-> Von der funktionsfähigen zur produktionsfähigen Anlage,
Nach erfolgreichem FAT werden Steuerung und SCADA beim Kunden aufgebaut, verschaltet und in Betrieb genommen.
-gem. DIN EN 62381 oder VDE 0810- 81 erfolgen Abnahme der installierten Anlage (SAT, Site Acceptance Test) und Integrationstest (SIT, Site Integrations) Test
Damit Steuerungen und SCADA- Systeme Ihre Performance erhalten bleibt, sollten diese in regelmäßigen Abständen gewartet werden. Hierfür bieten wir umfassende Wartungen und Service an
- Überprüfungen auf ein intaktes IT- Umfeld- Sicherheitslücken- Unbemerkte Ausfälle von redundanzen oder Dateninkostenzen- Umfassende Systemdiagnose- Installation der vom Hersteller freigegebenen Patches- Überprüfung Systembackups.
Der Weg zum optimalen SCADA bei Osmo
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.