SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition
Definition
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition – Überwachungs- und Datenerfassungssystem) bezeichnet ein industrielles Computersystem, das die Überwachung, Steuerung und Datenerfassung eines industriellen Prozesses oder einer verteilten Infrastruktur in Echtzeit und aus der Ferne gewährleistet.
Ein SCADA-System ermöglicht es einem Bediener, den Status einer gesamten Anlage – Fabrik, Wasserversorgungsnetz, Stromnetz, Pipeline – über eine zentrale Schnittstelle zu überwachen, Messwerte vor Ort zu erfassen, bei Störungen Alarme auszulösen und die Anlagen aus der Ferne zu steuern (ein Ventil öffnen, eine Pumpe starten, einen Sollwert ändern).
Der Begriff SCADA wird manchmal fälschlicherweise als Synonym für Überwachungssoftware (HMI) verwendet. Tatsächlich bezeichnet SCADA die gesamte Architektur: vom Feld (Sensoren, RTUs, SPS) bis zur Leitstelle.
Klassische SCADA-Architektur
Eine SCADA-Architektur umfasst in der Regel vier Ebenen:
Hauptkomponenten eines SCADA-Systems
MTU – Master Terminal Unit
Die MTU ist das Herzstück des SCADA-Systems. Sie ist der zentrale Server, der:
- die RTUs und SPSen im Feld regelmäßig abfragt (Polling)
- Daten im Push-Modus empfängt (unaufgefordert, über DNP3 oder IEC 60870)
- die Daten in einer Echtzeitdatenbank (Historien) speichert
- Alarme und Ereignisse verwaltet
- die Daten an die Bedienplätze (HMI) weiterleitet
RTU – Remote Terminal Unit
RTUs sind Feldgeräte, die Daten von Sensoren und Aktoren erfassen und an die MTU übertragen. Sie sind für abgelegene Standorte und die Fernkommunikation ausgelegt. Siehe vollständige Definition: RTU.
IHM / HMI – Mensch-Maschine-Schnittstelle
Die HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle, englisch HMI) ist die grafische Benutzeroberfläche, über die der Bediener den Prozessstatus einsehen, Alarme quittieren und Befehle senden kann. Animierte Übersichtsdarstellungen (Mimiken), Echtzeit-Trends und Alarmberichte sind typische Elemente einer SCADA-HMI.
SCADA-Netzwerk
Das Kommunikationsnetzwerk zwischen der MTU und den RTUs/PLCs kann je nach geografischen Gegebenheiten verschiedene Übertragungsmedien nutzen: Glasfaser (für nahegelegene Standorte), Ethernet/IP über ein privates Netzwerk, Funk (UHF/VHF, LoRa), 4G/LTE oder Satellit für die am weitesten abgelegenen Standorte.
Datenhistorien-System
Das Datenhistorien-System (OSIsoft PI, Wonderware Historian, InfluxDB) speichert zeitgestempelte Werte über lange Zeiträume (Monate, Jahre) hinweg, um Trendanalysen durchzuführen, gesetzliche Vorschriften einzuhalten und Prozesse zu optimieren.
SCADA über 4G/LTE
In modernen Anlagen oder bei der Migration bestehender Systeme nutzt das SCADA-Netzwerk zunehmend industrielles 4G LTE als Kommunikationsmedium – entweder als Ersatz oder als Ergänzung zu proprietären Funk- oder Glasfaserverbindungen.
Die typische SCADA-4G/LTE-Architektur funktioniert wie folgt:
- An jedem Remote-Standort verbindet ein industrieller 4G-Router (oder ein Eziwan-Gateway) die lokale RTU oder SPS mit dem Mobilfunknetz.
- Zwischen jedem Standort und der Leitstelle wird ein verschlüsselter VPN-Tunnel (OpenVPN oder IPsec) eingerichtet, der die Vertraulichkeit und Integrität der SCADA-Kommunikation gewährleistet.
- Der SCADA-Server kommuniziert mit den Remote-Geräten über deren natives Protokoll (DNP3, IEC 60870-5-104, Modbus TCP), das in den VPN-Tunnel eingekapselt ist.
4G bietet zahlreiche Vorteile für SCADA-Systeme: schnelle Bereitstellung, flächendeckende Versorgung im ganzen Land, geringere Kosten im Vergleich zu dedizierten Verbindungen und eine für die Standardüberwachung ausreichende Bandbreite.
Unterschied zwischen SCADA und IIoT
Obwohl SCADA und IIoT gemeinsame Ziele verfolgen (Transparenz industrieller Anlagen, Datenerfassung), unterscheiden sie sich in ihrer Architektur:
| Kriterium | Klassisches SCADA | IIoT / Industrielle Cloud |
|---|---|---|
| Architektur | Zentralisiert, vor Ort | Verteilt, cloud-nativ |
| Echtzeit | Unter einer Sekunde bis zu einigen Sekunden | Einige Sekunden bis Minuten (für die Überwachung akzeptabel) |
| Protokolle | DNP3, IEC 60870, Modbus | MQTT, AMQP, OPC-UA über MQTT, HTTP/REST |
| Sicherheit | Isoliertes OT-Netzwerk, DMZ | Zero-Trust, End-to-End-Verschlüsselung |
| Skalierbarkeit | Begrenzt (Hunderte bis Tausende von Punkten) | Nahezu unbegrenzt (Millionen von Sensoren) |
| Wartung | Aufwendig (lokale Server) | Gering (SaaS) |
| Anschaffungskosten | Hoch | Gering |
SCADA ist nach wie vor unverzichtbar für kritische Steuerungsanwendungen (Öffnen/Schließen von Ventilen, Leistungsschaltern), bei denen Latenz und Verfügbarkeit von entscheidender Bedeutung sind. Das IIoT ergänzt das SCADA-System für die erweiterte Überwachung, die Datenanalyse, die vorausschauende Instandhaltung und die standortübergreifende Konsolidierung.
SCADA + Eziwan-Cloud-Gateway
Mit dem Gateway Eziwan lässt sich ein bestehendes SCADA-System in die Cloud erweitern, ohne die vorhandene Infrastruktur zu ersetzen:
- Das Gateway stellt über die jeweiligen nativen Protokolle (Modbus, DNP3) eine Verbindung zu den RTUs und SPSen her.
- Es überträgt die Daten parallel an den lokalen SCADA-Server und an die Eziwan-Cloud-Plattform.
- Die Bediener greifen von ihren gewohnten Arbeitsplätzen aus auf die SCADA-Übersichtsbilder zu, während die Produktionsleiter die KPIs über das Eziwan-Dashboard von jedem beliebigen Browser aus einsehen können.
- SCADA-Alarme können in Eziwan repliziert werden, um eine Benachrichtigung über mehrere Kanäle (E-Mail, SMS, Webhook) zu ermöglichen.
Die wichtigsten SCADA-Softwareprogramme auf dem Markt
| Software | Hersteller | Stärken | Typische Einsatzbereiche |
|---|---|---|---|
| Ignition | Inductive Automation | Webarchitektur, unbegrenzte Anzahl von Modulen, mobile Perspektive, Festpreis | Branchenübergreifend, Neuanlagen |
| WinCC / WinCC OA | Siemens | Native S7-Integration, TIA Portal, WinCC Unified HTML5 | Siemens-Industrie, Automobilindustrie, Chemieindustrie |
| InTouch / System Platform | AVEVA | Petrochemie-Markt, bewährte Erfolgsbilanz, integriertes MES | Öl & Gas, Schwerindustrie |
| iFIX | GE Digital / Emerson | FDA 21 CFR Part 11, Pharma- und Lebensmittelmarkt | Pharma, Biotech, Lebensmittel & Getränke |
| Panorama E2 | Codra | Französisches SCADA-System, mehrsprachig, Wasser- und Umweltsektor | Französische Versorgungsunternehmen |
| Zenon | Copa-Data | Energiewirtschaft, Umspannwerksmanagement, Redundanz | Energie, Schienenverkehr |
| Citect SCADA | AVEVA | Bergbau und Elektrizitätswirtschaft, Langzeitarchivierung | Bergbau, Wasser, Energie |
Historian – Speicherung von Prozessdaten
Ein Historian ist eine Zeitreihendatenbank, die auf die hochdichte Speicherung von Überwachungsdaten spezialisiert ist: Millionen von mit Zeitstempeln versehenen Tags mit verlustfreier Komprimierung. Er dient als Langzeitspeicher des SCADA-Systems.
| Historian | Anbieter | Besonderheit |
|---|---|---|
| OSIsoft PI System (AVEVA PI) | AVEVA | Standard in der Ölindustrie; „Swinging Door“-Komprimierung |
| Wonderware Historian | AVEVA | In die InTouch/System Platform-Suite integriert |
| InfluxDB | InfluxData | Open Source, cloud-nativ, Flux-Abfragen – auf dem Vormarsch im IIoT |
| TimescaleDB | Timescale | PostgreSQL-Erweiterung für Zeitreihen – bestehende SQL-Integration |
| Ignition Tag Historian | Inductive Automation | In Ignition integriert, Speicherung in SQL-Datenbanken (MySQL, MSSQL, PostgreSQL) |
Cybersicherheit von SCADA-Systemen – NIS2-Anforderungen
SCADA-Systeme sind wichtige Ziele von Cyberangriffen, die sich gegen betreiber systemrelevanter Einrichtungen (OIV) und wesentliche NIS2-Einrichtungen (Wasser, Energie, Gesundheitswesen, Verkehr) richten. Die Vorfälle NotPetya (2017), Triton (2017 – Angriff auf das Triconex-Sicherheitssystem) und der Angriff auf das Wasserversorgungsnetz von Oldsmar (2021) haben die konkreten Risiken aufgezeigt.
Von der ANSSI empfohlene Mindestmaßnahmen für SCADA-Systeme, die mit 4G/LTE-Netzen oder dem Internet verbunden sind:
- Netzwerksegmentierung: Das SCADA-/OT-Netzwerk ist durch eine industrielle Firewall oder eine DMZ vom IT-Netzwerk und vom Internet isoliert. Kein direkter Internetzugang zum SCADA-System.
- Fernzugriff ausschließlich über VPN: Wartung und Überwachung ausschließlich über VPN mit starker Authentifizierung (X.509 + 2FA), niemals über direktes RDP oder ungeschützten Zugriff.
- Patch-Management: SCADA-Server auf dem neuesten Stand. Veraltete SCADA-Systeme unter Windows XP/7 ohne Updates sind häufige Einfallstore für Angriffe.
- Starke Authentifizierung: 2FA beim SCADA-Zugriff; keine gemeinsam genutzten Konten (ein Konto = eine identifizierte Person).
- Audit-Protokoll: Protokollierung von Verbindungen, Konfigurationsänderungen und Steuerbefehlen. Empfohlene Mindestaufbewahrungsfrist: 12 Monate (NIS2 Artikel 21).
- Offline-Sicherungen: SCADA-Konfiguration (Tags, Alarme, Verlaufsdaten) auf einem vom Netzwerk getrennten Datenträger sichern. Regelmäßige Wiederherstellungstests durchführen.
Das Eziwan-Gateway wendet das Prinzip „Zero-Inbound-Port“ auf der Standortseite an: Das SCADA-System ist niemals direkt im Internet erreichbar – es kommuniziert über den vom Gateway ausgehenden VPN-Tunnel.
Weiterführende Ressourcen
- Standortübergreifende Überwachung mit Eziwan
- RTU – Remote Terminal Unit
- VPN OpenVPN/IPSec für die Industrie
- Anwendungsbeispiel: Überwachung der Wasser- und Abwasserwirtschaft
Häufig gestellte Fragen
Wozu dient ein SCADA-System?
Zur Überwachung und Steuerung eines industriellen Prozesses: Erfassung von Messwerten vor Ort (über RTU, SPS), Darstellung auf Übersichtsbildern, Alarme, Protokollierung und Fernsteuerung. Es ist das zentrale Werkzeug in Leitständen.
Was ist der Unterschied zwischen SCADA und einer IIoT-Plattform?
Das SCADA-System steuert den Prozess in Echtzeit innerhalb eines definierten Bereichs; die IIoT-Plattform bündelt die Daten zahlreicher Standorte in der Cloud zu Überwachungs-, Analyse- und Wartungszwecken. Beide ergänzen sich eher, als dass sie im Widerspruch zueinander stehen.
Kann man ein SCADA-System über 4G LTE verbinden?
Ja: Mit einem industriellen 4G-Router, einem VPN-Tunnel und einer Priorisierung der Datenströme ist die 4G-Latenz (30–60 ms) für SCADA-Abfragezyklen völlig ausreichend. Tausende von Fernüberwachungsstandorten werden auf diese Weise betrieben.
SCADA in der Cloud oder vor Ort?
Bei der On-Premise-Lösung bleibt die lokale Kontrolle über die kritische Echtzeit erhalten; die Cloud bietet die Konsolidierung mehrerer Standorte, Fernzugriff und eine Senkung der Infrastrukturkosten. Die Wahl hängt von der Kritikalität und der geografischen Verteilung der Standorte ab.
Weiterführende Ressourcen
- SCADA in der Cloud – Überwachen Sie Ihre Standorte über die Cloud
- SCADA vs. IIoT – der detaillierte Vergleich
- Leitfaden: SCADA über 4G LTE – die vollständige Architektur
- SCADA in der Cloud oder vor Ort? – der Entscheidungsleitfaden
- RTU – Remote Terminal Unit – der Felddatensammler des SCADA-Systems