Hello SPS! Teil 3: Automatisierungspyramide – wo lebt eine SPS?

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Nachdem im ersten Teil der Artikelserie die Grundlagen zu speicherprogrammierbarer Steuerung (SPS) gelegt und in Teil 2 der praktische Einsatz von SPS besprochen wurde, widmet sich Teil 3 nun abschließend dem Umfeld, in dem SPSen mit anderen Automatisierungskomponenten kooperieren.

Wo leben SPSen? SCADA und andere Bestandteile der Automatisierungspyramide

In einer Industrieumgebung können Hunderte von SPSen laufen. Jede dieser Steuerungen individuell zu beobachten und zu kontrollieren, wäre ein Ding der Unmöglichkeit. Es braucht stattdessen einen zentralen Punkt für die Administration der einzelnen Steuerungen.

Der Pragmatische Architekt – Michael Stal

Prof. Dr. Michael Stal arbeitet seit 1991 bei Siemens Technology. Seine Forschungsschwerpunkte umfassen Softwarearchitekturen für große komplexe Systeme (Verteilte Systeme, Cloud Computing, IIoT), Eingebettte Systeme, und Künstliche Intelligenz. Er berät Geschäftsbereiche in Softwarearchitekturfragen und ist für die Architekturausbildung der Senior-Software-Architekten bei Siemens verantwortlich.

Deshalb sind SPSen häufig an SCADA-Systeme angeschlossen. SCADA steht für Supervisory Control and Data Acquisition. Hier handelt es sich um Level-2-Softwaresysteme (Supervisory Level), die unter anderem PLCs beobachten und steuern. SCADA-Systeme sind in der Regel redundant ausgelegt, bieten Sicherheit (Cybersecurity), repräsentieren eine Integrationsplattform und nutzen Datenbanken als Backend-Speicher. Man könnte auch sagen, SCADA-Systeme fungieren als HMI (Human Machine Interface) für mehrere SPSen.

Ein Anwendungsfall wäre der folgende:

• Eine SPS beobachtet Vibrationen einer Turbine.
• Sie versendet auf explizite Anfrage diese Information an das SCADA-System.
• Das SCADA-System stellt fest, dass sich die Turbine in einem kritischen Zustand befindet.
• Der Benutzer kann daraufhin gegebenenfalls einen Not-Stopp der Turbine über die SCADA-Oberfläche einleiten.

Die Bedienung des SCADA-Systems funktioniert also auch von einem entfernten Standort aus. Wartungstechniker und Administratoren müssen sich nicht unbedingt vor Ort in der Anlage befinden.

Wer eine kostenlose SCADA-Software sucht, die sich gut mit OpenPLC verträgt, sei auf ScadaBR verwiesen, eine freie Java-8-Software, ebenso wie OpenPLC mit brasilianischen Wurzeln, die unter anderem auf Windows und Linux funktioniert. Die Installation von ScadaBR erfordert aus besagtem Grund natürlich eine vorherige Installation von Java 8.

SPSen verweilen in der Automatisierungspyramide auf Level 1 (Control Level), während die von ihnen gesteuerte Hardware wie Motoren, Schalter, Ventile, Pumpen auf Level 0 (Field Level) residiert.

Das ist bei Weitem nicht alles

Oberhalb des SCADA-Systems liegt Level 3 als operative Ebene (Planning Level), die zum Beispiel in einer Produktionsanlage die Produktionsprozesse plant und ausführt. Hier finden sich häufig in Manufacturing-Kontexten MES-Systeme (MES = Manufacturing Execution System).

Auf dem obersten Level 4 (Management Level) läuft Geschäftslogik wie etwa ERP-Systeme à la SAP. Diese verbindet die geschäftlichen Aspekte mit den Automatisierungsprozessen.

Das Engineering einer Anlage erfolgt über Engineering-Werkzeuge, wie dem TIA-Portal (Totally Integrated Automation) von Siemens. Diese sind teilweise in der Lage, auch Software und Hardware unterschiedlicher Hersteller zu integrieren, was die Anlagenbetreiber und -ingenieure von Herstellern unabhängig macht.

Aus dem gleichen Grund existiert ein ganzer Blumenstrauß an Protokollen und Standards wie OPC/UA, Modbus, Profinet, Profibus, BacNet (Gebäudeautomatisierung) und viele mehr, die die verschiedenen Layer oder Geräte innerhalb eines Layers miteinander verbinden.