Erklärung & Beispiele
Was ist ein SCADA-System?
Ein SCADA-System ist ein computergestütztes System zur Überwachung und Steuerung industrieller Anlagen und Prozesse.
Definition
Was bedeutet SCADA?
Ein SCADA-System (Supervisory Control and Data Acquisition) ist ein softwarebasiertes Leitsystem, das Maschinen, Anlagen und Prozesse über Steuerungen und Sensoren zentral überwacht, steuert und ihre Daten erfasst.
SCADA steht für „Supervisory Control and Data Acquisition“ – auf Deutsch etwa „überwachende Steuerung und Datenerfassung“ – und bezeichnet eine Systemarchitektur zur Überwachung, Steuerung und Datenerfassung in industriellen Prozessen. SCADA-Systeme sind in der Regel dezentral konzipiert und bestehen aus einer zentralen Steuerungseinheit (SCADA-Server) und mehreren verteilten HMIs (Human Machine Interfaces).
Ein SCADA-System kommuniziert mit speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) und Fernwirkstationen (RTU, Remote Terminal Units), erfasst ausgewählte Datenpunkte, löst ggf. Alarme aus und stellt Sollwerte für eine automatisierte Prozesssteuerung bereit.
In der Automatisierungspyramide liegt SCADA auf der Prozessleitebene: oberhalb der Steuerungen und HMIs an der Maschine, unterhalb von MES und ERP. SCADA verbindet damit die Maschinen auf dem Shopfloor mit den Systemen der Betriebs- und Unternehmensebene.
Aufbau
Wie ist ein SCADA-System aufgebaut?
Ein SCADA-System ist in mehreren Ebenen aufgebaut, die vom Sensor an der Maschine bis zum Bedienplatz im Leitstand reichen. Hardware und Software arbeiten dabei zusammen; der konkrete Aufbau hängt von der Anlage und ihren Anforderungen ab. Typisch sind fünf Ebenen:
- Feldgeräte: Sensoren, Aktoren, Antriebe und Zähler an Maschinen und Anlagen liefern Messwerte und Signale und führen Stellbefehle aus.
- Steuerungen: SPS steuern Maschinen direkt vor Ort. RTUs erfassen Signale an entfernten oder weit verteilten Anlagenteilen und übertragen sie per Fernwirktechnik.
- Kommunikationsnetz: Ein Netzwerk mit industriellen Protokollen wie OPC UA, Modbus, PROFINET oder MQTT verbindet die Steuerungen mit dem SCADA-Server.
- SCADA-Server: Die SCADA-Software erfasst die Daten, verwaltet Alarme, speichert Verläufe in einem Datenarchiv (Historian) und erstellt Berichte.
- Bedienplätze: Im Leitstand oder an HMI-Clients sehen Bediener Prozessbilder, quittieren Alarme und geben Sollwerte vor.
Die Grafik zeigt zusätzlich, wie eine Cloud-Plattform wie manubes ein bestehendes SCADA-System ergänzt – mehr dazu im Abschnitt zu manubes.
Abgrenzung
Unterschiede zwischen SCADA und HMI
Die Begriffe SCADA und HMI werden oft gemeinsam verwendet. HMIs können als Komponente eines komplexeren SCADA-Systems auftreten.
- HMIs (Human Machine Interfaces) sind die direkten Benutzerschnittstellen, die es ermöglichen, Maschinen und Prozesse visuell zu steuern.
- SCADA ist ein übergeordnetes System, das die Daten von verschiedenen Maschinen und Sensoren sammelt, speichert und analysiert. Es kann mehrere HMIs einbinden und ermöglicht eine umfassende Prozesskontrolle.
Ein HMI bedient also eine Maschine, ein SCADA-System behält viele Maschinen gleichzeitig im Blick.
Vergleich
SCADA, MES und Prozessleitsystem im Vergleich
SCADA-Systeme werden oft mit Prozessleitsystemen und MES (Manufacturing Execution Systems) verwechselt. Alle drei überwachen die Produktion, setzen aber an unterschiedlichen Stellen an: Ein Prozessleitsystem steuert eine verfahrenstechnische Anlage, ein SCADA-System überwacht und steuert verteilte Maschinen und Anlagen, ein MES organisiert Aufträge und Fertigungsabläufe.
| Kriterium | Prozessleitsystem (DCS) | SCADA | MES |
|---|---|---|---|
| Aufgabe | Steuert und regelt eine verfahrenstechnische Anlage durchgängig | Überwacht und steuert Maschinen und Anlagen, erfasst Daten und meldet Alarme | Plant, lenkt und dokumentiert Aufträge und Fertigungsabläufe |
| Ebene der Automatisierungspyramide | Steuerungs- und Prozessleitebene in einem System | Prozessleitebene | Betriebsleitebene |
| Typischer Einsatz | Eine zusammenhängende Anlage, z. B. in Chemie, Pharma oder Lebensmittelherstellung | Mehrere Maschinen, Linien oder Standorte, auch räumlich verteilt | Fertigung mit vielen Aufträgen, Varianten und Rückverfolgung |
| Zeitbezug | Millisekunden bis Sekunden, Regelung in Echtzeit | Sekunden bis Minuten | Schicht, Auftrag, Tag |
| Daten | Mess- und Regelgrößen der Anlage | Prozesswerte, Alarme und Verläufe im Datenarchiv | Aufträge, Stückzahlen, Qualität und Kennzahlen wie die OEE |
| Nutzer | Anlagenfahrer in der Messwarte | Leitstandspersonal, Schichtleitung, Instandhaltung | Fertigungsleitung, Arbeitsvorbereitung, Qualitätssicherung |
| Anbindung | Eigene, eng gekoppelte Steuerungen und Feldgeräte | SPS und RTUs verschiedener Hersteller über Standardprotokolle | SCADA-Systeme, Maschinen und ERP |
Die Grenzen verschwimmen: Moderne Prozessleitsysteme bringen SCADA-Funktionen mit, und viele SCADA-Systeme übernehmen einfache MES-Aufgaben. Wie sich SCADA von HMI und SPS abgrenzt, zeigt der Vergleich auf der HMI-Seite.
Funktionen
Funktionen eines SCADA-Systems
Komplette SCADA-Systeme bestehen aus mehreren Komponenten, darunter Sensoren, Steuerungen (z. B. SPS), Kommunikationsnetzwerke und zentrale Software zur Datenverarbeitung. Die Hauptfunktionen umfassen:
Datenerfassung
Steuerung und Automatisierung
Visualisierung
Alarmmanagement
Berichterstattung und Analyse
Anwendung
Anwendungsbereiche von SCADA
SCADA-Systeme werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, darunter:
- Industrielle Fertigung: Überwachung von Fertigungsstraßen und Produktionsprozessen
- Energieversorgung: Steuerung und Überwachung von Stromnetzen und Wasserwerken
- Gebäudetechnik: Automatisierung und Steuerung von HLK-Systemen (Heizung, Lüftung, Klimatechnik)
- Transportwesen: Steuerung von Verkehrsleitsystemen und Schienenverkehr
- Öl- und Gasindustrie: Überwachung von Pipelines und Raffinerien
SCADA in der Produktion
In der Produktion überwacht ein SCADA-System Maschinen und Linien zentral und macht Störungen sofort sichtbar. Typische Szenarien sind:
- Fertigungs-, Abfüll- und Verpackungslinien von einem Leitstand aus überwachen und Stillstände schnell erkennen
- Energie und Medien im Werk wie Strom, Druckluft und Kühlwasser erfassen – die Grundlage für ein Energiemonitoring
- HLK-Technik in Produktionshallen und Reinräumen steuern
- Störmeldungen gezielt an Schichtleitung und Instandhaltung weitergeben
- Anlagen an mehreren Werken und Standorten über das Netzwerk zentral zusammenführen
Weiterentwicklung
Entwicklung und Zukunft von SCADA-Systemen
Traditionell waren SCADA-Systeme lokale, mehr oder weniger isolierte Systeme. Moderne Entwicklungen verlagern SCADA zunehmend in die Cloud, wodurch sich neue Möglichkeiten ergeben:
- Ortsunabhängiger Zugriff: SCADA-Daten können weltweit über Web-Interfaces abgerufen werden.
- Edge Computing: Durch die Verwendung lokaler Edge-Komponenten oder Gateways können Daten vor Ort vorverarbeitet und gezielt in die Cloud transportiert werden.
- Künstliche Intelligenz & Big Data: Unternehmen können gesammelte Daten an einem zentralen Ort verwalten und für erweiterte Analysen nutzen.
- Skalierbarkeit: Unternehmen können skalierbare Cloud-Ressourcen in Anspruch nehmen, um neue Anlagen oder Standorte schneller und kostengünstiger zu integrieren.
Die vier Generationen von SCADA-Systemen
Fachleute unterscheiden vier Generationen von SCADA-Systemen, die diese Entwicklung nachzeichnen:
- Monolithische SCADA-Systeme: Ein zentraler Großrechner übernimmt alle Aufgaben; Verbindungen zu anderen Systemen gibt es kaum.
- Verteilte SCADA-Systeme: Mehrere Rechner mit SCADA-Software im lokalen Netzwerk (LAN) teilen sich die Aufgaben und tauschen Daten in Echtzeit aus.
- Vernetzte SCADA-Systeme: Weitverkehrsnetze (WAN) und offene Standardprotokolle verbinden geografisch verteilte Anlagen, die sich so zentral überwachen lassen.
- IoT- und Cloud-SCADA: Edge-Geräte und Cloud-Plattformen ergänzen das klassische SCADA-System. Daten stehen standortübergreifend, mobil und für KI-Analysen bereit, während die Steuerung lokal bleibt.
Sicherheit von SCADA-Systemen
SCADA-Systeme steuern kritische Prozesse und sind deshalb ein attraktives Ziel für Cyberangriffe. Früher liefen sie in abgeschotteten Netzen; heute sind sie mit IT-Systemen, Cloud-Diensten und Fernwartungszugängen verbunden. Für die Sicherheit kommt es deshalb auf Netz, Protokolle, Zugänge und Rechte an. Vier Risiken – und wie Unternehmen ihnen begegnen:
Vernetzung bisher isolierter Anlagen
Jede Verbindung zwischen Produktionsnetz (OT) und Büronetz (IT) ist ein möglicher Angriffsweg. Gegenmaßnahme: Netze segmentieren, Übergänge über Firewalls führen und nur benötigte Verbindungen zulassen.
Ältere Protokolle ohne Verschlüsselung
Viele Feldbus- und Industrieprotokolle wurden für geschlossene Netze entwickelt und übertragen Daten unverschlüsselt und ohne Authentifizierung. Gegenmaßnahme: wo möglich Protokolle mit Verschlüsselung und Zertifikaten nutzen, etwa OPC UA, und unsichere Protokolle auf das lokale Netz beschränken.
Fernzugriffe über offene Ports
Fernwartung und Fernüberwachung öffnen oft eingehende Verbindungen ins Produktionsnetz. Gegenmaßnahme: Verbindungen nur ausgehend aufbauen. manubes überträgt Daten ausschließlich ausgehend und verschlüsselt in die Cloud – ohne eingehende Verbindungen ins Produktionsnetz.
Zu weit gefasste Zugriffsrechte
Gemeinsame Konten und Vollzugriff für alle erschweren die Nachvollziehbarkeit und vergrößern den Schaden bei einem Angriff. Gegenmaßnahme: persönliche Konten, Rollen und Rechte nach dem Prinzip der geringsten Rechte sowie regelmäßige Updates. Wie manubes Zugriffe und Daten absichert, beschreibt das Sicherheitskonzept.
manubes
manubes als Teil eines SCADA-Systems
Mit unserer Cloud-Plattform manubes können Unternehmen Daten verteilter Anlagen und Systeme in einer zentralen Cloud-Umgebung erfassen, visualisieren und im Rahmen von Analysen und Automatisierungen weiterverarbeiten.
Über lokale Edge-Komponenten und standardisierte Schnittstellen wie OPC UA können manubes-Nutzer direkt auf Steuerungen und Prozesse zugreifen. Die Anbindung ist bidirektional: manubes liest Werte aus Steuerungen und SCADA-Systemen und kann bei Bedarf Sollwerte zurückschreiben. Der Edge Node verarbeitet Daten vor Ort vor und puffert sie bei einem Verbindungsabbruch; mehrere Edge Nodes bilden einen ausfallsicheren Edge Cluster.
Damit ergänzt manubes bestehende SCADA-Systeme um alle Vorteile einer cloudbasierten Infrastruktur in der Produktion, darunter geringere Kosten für Hardware und Lizenzen, mobile Zugriffsmöglichkeiten, skalierbare Ressourcen und kollaboratives Arbeiten.
Die Grafik zeigt, wie lokale Produktionssysteme über die manubes-Edge-Komponenten an die Cloud angebunden werden.
- Webbasierte Visualisierung: manubes kann Prozessdaten in Echtzeit visualisieren und schafft Transparenz mithilfe beliebig anpassbarer Produktions-Dashboards und Prozessbilder. Nutzer können mobil und mit beliebigen Endgeräten darauf zugreifen.
- Datenanalyse: Der KI-basierte Chat-Assistent der manubes-Plattform liefert innerhalb von Sekunden Erkenntnisse zu vorhandenen Daten. Damit unterstützt er Unternehmen nicht nur bei der alltäglichen Überwachung, sondern auch bei langfristigen Optimierungen.
- Schnittstellenvielfalt: manubes unterstützt gängige Industrie- und Datenbankschnittstellen, um gezielte Verbindungen zu vorhandenen Produktionssystemen zu ermöglichen.
Als flexibel anpassbare Cloud-Plattform ist manubes als Ergänzung zu bestehenden SCADA-Systemen gedacht, nicht als deren Ersatz: Die lokale Steuerung und Bedienung bleiben bei SPS, HMI und SCADA. manubes führt ihre Daten standortübergreifend zusammen, macht sie auf jedem Endgerät verfügbar und verbindet sie über Workflows mit weiteren Systemen wie MES und ERP.
SCADA-Daten in der Cloud nutzen
Steuerungen und SCADA-Systeme über Edge Nodes sicher anbinden und Produktionsdaten standortübergreifend visualisieren – als Ergänzung zu Ihrem bestehenden SCADA-System.
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Neue Technologien führen zu vielseitigeren SCADA-Systemen
SCADA-Systeme spielen eine zentrale Rolle in der Industrie und erfüllen wichtige Funktionen in den Bereichen Produktionsüberwachung und Produktionssteuerung. Der konkrete Aufbau eines SCADA-Systems ist dagegen nicht festgelegt und passt sich in der Praxis meist an die vorhandenen Umgebungen und Anforderungen an.
Die Weiterentwicklung hin zu Cloud-basierten Systemen und KI-gestützter Analyse bietet neue Chancen für die Industrie. Unternehmen können größere Datenmengen verarbeiten und schneller skalieren, während gleichzeitig der Zugriff auf Daten erleichtert wird.
Unsere Cloud-Plattform manubes ergänzt traditionelle SCADA-Systeme in der Produktion und hilft Unternehmen, ihre Prozesse effizienter zu gestalten.
Häufige Fragen zu SCADA-Systemen
Was bedeutet SCADA?
SCADA steht für Supervisory Control and Data Acquisition, auf Deutsch etwa „überwachende Steuerung und Datenerfassung“. Ein SCADA-System überwacht und steuert Maschinen, Anlagen und Prozesse zentral, erfasst ihre Daten über Steuerungen und Sensoren, meldet Störungen als Alarme und speichert Verläufe für spätere Auswertungen. In der Automatisierungspyramide liegt SCADA auf der Prozessleitebene zwischen den Steuerungen und dem MES.
Was ist der Unterschied zwischen SCADA und HMI?
Ein HMI ist die Bedienoberfläche einer einzelnen Maschine oder Anlage, ein SCADA-System ist das übergeordnete System dahinter. Das HMI zeigt Bedienern vor Ort Prozesswerte an und nimmt ihre Eingaben entgegen. Das SCADA-System sammelt die Daten vieler Maschinen und Sensoren, speichert und analysiert sie und kann mehrere HMIs einbinden.
Was ist der Unterschied zwischen SCADA und SPS?
Eine SPS steuert eine Maschine, ein SCADA-System überwacht viele Steuerungen. Die speicherprogrammierbare Steuerung führt ihr Programm direkt an der Maschine aus, liest Sensoren und schaltet Aktoren. Die SCADA-Software liest die Daten mehrerer SPS und RTUs, stellt sie zentral dar, meldet Alarme und gibt Sollwerte vor. Eine SPS kann deshalb ohne SCADA laufen – ein SCADA-System ohne Steuerungen dagegen nicht.
Was ist der Unterschied zwischen SCADA und MES?
SCADA überwacht und steuert Anlagen, ein MES organisiert die Fertigung. Das SCADA-System arbeitet mit Prozesswerten und Alarmen im Sekunden- bis Minutentakt. Ein MES (Manufacturing Execution System) plant und dokumentiert Aufträge, Stückzahlen und Qualität auf Schicht- und Auftragsebene. Oft liefert SCADA die Maschinendaten, die das MES für Kennzahlen wie die OEE auswertet.
Ist SCADA ein Prozessleitsystem?
Nein, SCADA und Prozessleitsystem sind verwandt, aber nicht dasselbe. Ein Prozessleitsystem (DCS, Distributed Control System) steuert und regelt eine zusammenhängende verfahrenstechnische Anlage, etwa in der Chemie, mit eigenen, eng gekoppelten Steuerungen. Ein SCADA-System überwacht dagegen häufig verteilte Anlagen und Standorte und bindet Steuerungen verschiedener Hersteller über Standardprotokolle an. In der Praxis verschwimmen die Grenzen.
Was ist ein Cloud-SCADA?
Ein Cloud-SCADA verlagert Funktionen der SCADA-Software wie Visualisierung, Datenarchiv und Auswertung in die Cloud. Edge-Geräte im Werksnetz lesen dafür Daten aus Steuerungen und SCADA-Systemen und übertragen sie verschlüsselt. Die zeitkritische Steuerung bleibt lokal bei SPS und SCADA. manubes nutzt dieses Prinzip als Ergänzung zu bestehenden Systemen: Edge Nodes binden die Anlagen an, die manubes Cloud macht ihre Daten standortübergreifend verfügbar.
Wie sicher sind SCADA-Systeme?
SCADA-Systeme sind so sicher wie ihr Netzwerk und ihre Zugänge. Risiken entstehen vor allem durch die Vernetzung früher isolierter Anlagen, unverschlüsselte Industrieprotokolle und offene Fernzugriffe. Bewährte Gegenmaßnahmen sind segmentierte Netze, verschlüsselte Protokolle wie OPC UA, ausschließlich ausgehende Verbindungen und klar geregelte Zugriffsrechte – mehr dazu im Abschnitt Sicherheit.
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