1. Skalierbarkeit im Detail

Die Skalierbarkeit muss im Speziellen umfassen:

• Jede einzelne Funktionseinheit kann den maximalen Arbeitsspeicherbereich einer Applikation voll ausnutzen (Speicherskalierung).
• Zusätzliche Benutzerarbeitsplätze können ohne Parametrieraufwand hinzugefügt werden (Erweiterbarkeit).
• Mehrere Systeme können als Multi-Server-System online Daten austauschen. Die Erweiterung um zusätzliche Systeme ist ohne Änderung der Applikation möglich.
• Sehr große Systeme können als Multi-Server-Konfiguration realisiert werden.
• Das SCADA-System soll eine hohe Skalierbarkeit aufweisen und auf Hardware von Embedded-Systemen bis zu Hochleistungs-Systemen ausführbar sein.
• Durch flexible Konfiguration der angebundenen Anlagenkomponenten und deren Verbindungsarten muss eine hierarchische Abbildung der Anlage ermöglicht werden. Dies muss auch für das SCADA-System selbst möglich sein. Durch diese Eigenschaft ist es möglich, Systeme und/oder Anlagenkomponenten hierarchisch zu strukturieren.
  Mit dieser Konfiguration ist es möglich, mit einem zentralen System die Steuerung und Überwachung der untergeordneten Systeme sicherzustellen. Somit kann sowohl lokal als auch zentral gesteuert werden, was zu einer Erhöhung der Verfügbarkeit führt. Es wird dadurch im Speziellen möglich, Leitwarten und Kontrollzentren in die Lösung zu integrieren und entsprechende Prozessoptimierungen zu berücksichtigen.
• Mit dem SCADA-System sollen einfache Einzelplatz-Lösungen ermöglicht werden, die mit geringem Aufwand erweitert werden können.
• Es soll mit dem SCADA-System möglich sein, Multi-Server-Lösungen zu konzipieren. Das hinzufügen weiterer Stationen soll mittels Konfiguration mit möglichst geringem Aufwand ermöglicht werden.
• Ein Erweitern um zusätzliche Systeme soll mittels Konfiguration möglich sein. Dazu zählt auch das Einbinden von untergeordneten Systemen mittels definierter Schnittstellen.

2. Anlagenkonfiguration

Für die Benutzung des SCADA-Systems sind folgende Konfigurationen vorzusehen:

3. Einzelplatzstation (Single Station)

Das SCADA-System ist als Einzelplatzstation (Single Station) zur sicheren und komfortablen Beobachtung, Steuerung und Führung des durchgängigen SCADA-Systems auszulegen. Die vordefinierte Bedienoberfläche des SCADA-Systems muss alle für ein SCADA-System typischen Merkmale erfüllen. Sie soll multilingual, klar strukturiert, ergonomisch und übersichtlich sein. Der Operator muss den Prozess sehr gut überblicken und schnell zwischen verschiedenen Anlagenansichten navigieren können. Dabei muss ihn das System mit hierarchischen Bildstrukturen unterstützen.

Es soll eine zentrale Benutzerverwaltung mit Zugangskontrolle, die den Validierungsanforderungen von 21CFR Part11 entspricht, eingerichtet werden. Der Administrator soll die Nutzer (Operator) in Gruppen einteilen und diesen unterschiedlich definierten Zugriffsrechten (Rollen) zuordnen können. Diese spezifischen Rechte erhält der Operator bei der Anmeldung im Rahmen der Zugangskontrolle. Als Anmeldegerät soll neben der Tastatur z. B. ein optionaler Chipkartenleser eingesetzt werden können. In Kombination mit einem zentralen Zeitgeber soll das System innerhalb des SCADA-Systems die systemweite Uhrzeitsynchronisation auf Basis Universal Time Coordinated (UTC) übernehmen.

4. Server-Client

Das SCADA-System ist als Mehrplatzsystem (Server-Client-System) zur sicheren und komfortablen Beobachtung, Steuerung und Führung des durchgängigen SCADA-Systems auszulegen. Die vordefinierte Bedienoberfläche des SCADA-Systems muss alle für ein SCADA-System typischen Merkmale erfüllen. Sie soll multilingual, klar strukturiert, ergonomisch und übersichtlich sein. Der Operator muss den Prozess sehr gut überblicken und schnell zwischen verschiedenen Anlagenansichten navigieren können. Dabei muss das System eine Verteilung auf bis zu 18 Severn mit bis 64 SIMATIC WinCC-Clients pro Server mit hierarchischen Bildstrukturen unterstützen.
Wird der Serverrechner nicht als Bedienplatz verwendet, soll es möglich sein, diesen als Windows-Service laufen zu lassen. Somit muss kein Benutzer am Rechner angemeldet sein und es sind keine Interaktionen nötig.

Der Serverrechner soll auch in eine existierende IT-Landschaft eingesetzt werden können.

Bei bis zu 4 Clients soll der Server ggf. als Bedienplatz genutzt werden können, darüber hinaus übernimmt er ausschließlich Server-Funktionen. Es sollen 18 (auch redundante) Server und 50 Clients konfigurierbar sein. Als Plattform für den Leitsystem-Server wird ein Microsoft-Server-System vorgegeben.

Alle Projektierungs- und Prozessdaten liegen zentral in einem Projektverzeichnis auf einem Laufwerk (typischerweise am Server). Damit wird sichergestellt, dass von allen Stationen aus Zugriffen und Änderungen möglich sind (Online-Projektierung). Der Client soll jedoch auch lokale Bilder besitzen und lokale Aktionen bearbeiten können und soll somit die Bildanwahl beschleunigen und den Server gezielt entlasten können. Im laufenden Betrieb sollen sich geänderte Projektstände aktivieren lassen, ohne den Prozessbetrieb zu unterbrechen. Dabei muss ihn das System mit hierarchischen Bildstrukturen unterstützen.

Es soll eine zentrale Benutzerverwaltung mit Zugangskontrolle, die den Validierungsanforderungen von 21CFR Part11 entspricht, eingerichtet werden. Der Administrator soll die Nutzer (Operator) damit in Gruppen einteilen und diesen unterschiedlich definierten Zugriffsrechten(Rollen)zuordnen können. Diese spezifischen Rechte erhält der Operator bei der Anmeldung im Rahmen der Zugangskontrolle. Als Anmeldegerät soll neben der Tastatur z. B. ein optionaler Chipkartenleser eingesetzt werden können. In Kombination mit einem zentralen Zeitgeber soll das System innerhalb des SCADA-Systems die systemweite Uhrzeitsynchronisation auf Basis Universal Time Coordinated (UTC) übernehmen.

5. Weblösung (Durchgängiges Bedienen und Beobachten von Anlagen auf Windows-basierten Endgeräten)

Die Software muss auf einem Webserver installiert werden. Der Webserver soll die Verbindung zu allen unterlagerten SCADA-Servern herstellen und alle Prozessdaten bereitstellen. Der Zugriff muss mindestens auf 18 unterlagerte Prozessdatenserver möglich sein. Die Webbedienung soll über einen optimierten Client mit minimalen Installationsvoraussetzungen möglich sein. Die Anlage soll über die Web-Bedienung in gleicher Weise gesteuert werden können, wie über die Clients. Der gleichzeitige Zugriff von bis zu 150 Clientrechnern muss möglich sein. Anzeige der Webseite auf dem Client erfolgt nur, wenn auf dem Server eine gültige Lizenz für den Client zur Anzeige verfügbar ist. Zugriffsberechtigung, Benutzerverwaltung, Sicherheitsmaßnahmen (Router, Firewall) sollen unterstützt werden.

6. Weblösung (Bedienen und Beobachten von Anlagen mittels mobiler Endgeräte)

Der Web-Zugriff mit mobilen Endgeräten (Smartphones, Tabletts) auf Prozessbedienung und Beobachtungen soll ohne Client-seitige Installationen möglich sein.

Es sollen individuelle Darstellungs-, Bedien- und Zugriffsmöglichkeiten auf die Prozessinformationen, von beliebigen Plattformen und Browsern ermöglicht werden:

• Beobachten oder Bedienen von Prozessinformationen über das Web mit anwenderspezifischen Bildern
• Individuelle Zuordnung und Zugriffsrechte auf Bilder und Startseite für verschiedene Web-User je nach Displaygröße des eingesetzten Gerätes
• Unterschiedliche Berechtigungsstufen definieren die Zugriffsrechte Monitoring oder Operation.
• Ein Monitoring Zugriff soll systembedingt ohne Mehrkosten enthalten sein.
• Hohe Sicherheit durch Trennung von serverlokalem Projekt und Web-Projekt.
• Performante änderungsgesteuerte Übertragung der Daten - Internet HMI Callback.
• Zusätzliche Sicherheitsmechanismen wie Router, Firewalls, Proxyserver, SSL-Verschlüsselung
• VPN-Technologie, HTML5 und SVG
• Freie Wahl der HTML5. SVG-fähigen mobilen Vorort-Bediengeräte (z. B. SmartPhones, Tablets) und Browser (Mozialla Firefox, Google Chrome…).

7. Multitouch-Support von Web-basierten Browsern inklusive Nutzung auf mobilen Endgeräten

Bei Web-Benutzer-Oberflächen soll Multitouch-Funktionalität verfügbar sein. Damit können UIs mit Gesten gesteuert werden, ohne zuvor eine gesonderte Software-Installation am Endgerät durchführen zu müssen. Das soll sowohl auf Touch-Panels als auch auf mobilen Endgeräten wie Smartphones (sofern auf diesen Touch-Funktionen unterstützt werden) ermöglicht werden, sofern die entsprechenden Betriebssysteme und Browser das zulassen.

8. Anbindung einer hohen Zahl von Bedienplätzen

Abhängig von der eingesetzten Rechenleistung soll es möglich sein bis zu 50 Bedienplätze an einen Server anzukoppeln. Darüber hinaus sollen mehr als 50 Bedienplätze an bis zu 18 Server mit Loadbalancing/Lastverteilung anschließbar sein.

Kleine Web-Lösungen bis ca. 10 Clients sollen direkt auf einem Server ablauffähig sein.

Für bis zu 150 Web-Clients muss der Einsatz dedizierter WebServer möglich sein.

Darüber hinaus muss durch den Einsatz von mehr als einem Webserver auch "Load Balancing" konfiguriert werden können. Dabei verteilt sich die Last der WebClients auf die eingesetzten Webserver und dadurch kann die Anzahl der möglichen Clients erhöht werden. Beide Webserver müssen dafür auf unterschiedlichen Maschinen laufen. Ein zusätzlicher "dedizierter WebServer" ist dafür nicht notwendig.

9. Redundanz – Einzelplatzstation (Single Station)

Das SCADA-System soll zwei Single Stations mit identischer Funktion unterstützen und sicherstellen, dass immer nur eine der Single Stations als Server tatsächlich aktiv (Master) ist und die Anlage beeinflusst und die andere Single-Station bereit ist, im Notfall den Betrieb zu übernehmen (Standby). Dabei sollen Master und Slave ihre Daten aktuell halten und synchronisieren, damit sie stoßfrei umschalten können.

Während des Synchronisierens müssen sich Master und Slave kontinuierlich überwachen, um einen Fehlerfall frühzeitig zu erkennen und anzuzeigen, so dass die Standby-Station den Betrieb der Anlage und damit die Masterrolle sofort übernehmen kann. Für die Synchronisierung muss eine vom Anlage- und Terminalbus unabhängige Schnittstelle genutzt werden können, wie eine serielle- oder Ethernet-Schnittstelle. Nach Wiederkehr der ausgefallenen Station sollen beide Stationen Meldungs-, Prozesswert- und Anwenderarchive synchronisieren (Redundanzabgleich) und dann zu einem regulären Master- und Standby-Betrieb übergehen.

10. Redundanz – Server

Das SCADA-System soll zwei Server mit identischer Funktion unterstützen und sicherstellen, dass immer nur einer der Server tatsächlich aktiv (Master) ist und die Anlage beeinflusst und der andere bereit ist, im Notfall den Betrieb zu übernehmen (Standby). Dabei sollen Master und Slave ihre Daten aktuell halten und synchronisieren, damit sie stoßfrei umschalten können.

Während des Synchronisierens müssen sich Master und Slave kontinuierlich überwachen, um einen Fehlerfall frühzeitig zu erkennen und anzuzeigen, so dass der Standby-Server den Betrieb der Anlage und damit die Masterrolle sofort übernehmen kann und alle angeschlossenen Clients auf den neuen Master umschalten. Für die Synchronisierung muss eine vom Anlage- und Terminalbus unabhängige Schnittstelle genutzt werden können, wie eine serielle- oder Ethernet-Schnittstelle. Nach Wiederkehr des ausgefallenen Servers sollen beide Server-Rechner Meldungs-, Prozesswert- und Anwenderarchive synchronisieren (Redundanzabgleich) und dann zu einem regulären Master- und Standby-Betrieb übergehen.

11. Historian und Reporting Server

Historian:

Ein voll integriertes Archivierungssystem zur Verwaltung historischer Daten mit Funktionen zur Unterstützung von Folgendem ist erforderlich:

• Archivierung von Prozesswerten und Meldungen
• Nachbearbeitung (Mittelwert, maximaler/minimaler Wert, Änderungsrate, Datenverdichtung, Filterung)
• Abfrage und Visualisierung
• Berichte

Das SCADA-System muss Daten gemäß einer konkreten Projektkonfiguration erfassen können. Zudem muss es rechtzeitig auf Datenabfrageanforderungen reagieren, ohne dabei die Datenerfassung zu beeinträchtigen oder sonstige Leistungseinbußen zu bewirken.

Das SCADA-System muss die Möglichkeit bieten, jede beliebige Variable im Prozessautomatisierungssystem auszuwählen, der Archivierung hinzuzufügen und dafür zu konfigurieren. Variablen, die im Prozessautomatisierungssystem konfiguriert oder geändert werden, müssen automatisch und ohne zusätzliche Projektierung im System für die Verwaltung historischer Daten angezeigt werden.

Benutzer müssen auf Daten zugreifen können, ohne dass dafür Fachkenntnisse des Prozessautomatisierungssystems oder andere Personen erforderlich sind.

Das System für die Verwaltung historischer Daten muss die folgenden zwei Archivierungssysteme umfassen:

• Kurzfristige Archivierung: Eine lokale Komponente, die auf dem SCADA-Server ausgeführt wird, um Daten vom Prozessleitsystem aufzuzeichnen.
• Langfristige Archivierung bzw. der Process Historian: Das Langzeitarchivierungssystem wird auf einer dafür vorgesehenen Maschine ausgeführt und archiviert die Daten des Kurzzeitarchivs für einen längeren Zeitraum.

Das Langzeitarchivierungssystem muss ein relationales Microsoft SQL-Datenbankmanagementsystem (RDBMS) in Echtzeit zur Speicherung aller prozessrelevanten Informationen nutzen.

Das Langzeitarchivierungssystem muss sämtliche Aktivitäten verwalten, um, solange Bedarf besteht, einen kontinuierlichen Zugriff auf Archivdaten zu gewährleisten. Das Langzeitarchivierungssystem kann über eine Schnittstelle mit höherrangigen Systemen (z. B. MES) sowie mit anderen Systemen, die Prozessautomatisierungs-Systemdaten benötigen, verbunden werden.

Es darf unter keinen Umständen möglich sein, dass Benutzer Datenzugriff auf das Datennetzwerk des Prozessautomatisierungssystems, auf Server oder das Automatisierungssystem usw. über das Langzeitarchivierungssystem erhalten.

Das SCADA-System kann Daten des Kurz- und Langzeitarchivierungssystems auf unterschiedliche Art und Weise, wie etwa in Form von Trends und Tabellen, anzeigen:

Der Historian und das dazugehörige Berichtssystem sollen auf dem gleichen Rechner installiert und betrieben werden können.

Kein Datenverlust:
Bei einem Verbindungsverlust zwischen dem Historian und dem SCADA-Server sollen die Daten kontinuierlich auf dem SCADA-Server gespeichert und gesichert (lokales Speicherungs- und Übermittlungsprinzip) werden. Nachdem die Verbindung wiederhergestellt wurde, müssen alle fehlenden Daten vom SCADA-Server automatisch an den Historian übertragen werden.

Archivierungskapazität:
Das Konfigurations-Tool für die Archivierung muss die Möglichkeit bieten, Archivierungsraten und -zyklen in Sekunden-, Minuten-, Stunden- oder Tagesschritten festzulegen.

Der Historian muss über eine Funktion zur Archivierung von Werten einschließlich folgender Werte verfügen:

• Ist-Wert
• Maximaler Wert
• Minimaler Wert
• Summe
• Mittelwert

Der Historian muss die Möglichkeit bieten, Binärwerte entweder auf einer Anstiegs- oder auf einer Abfallflanke zu archivieren.

Redundanz:
Das System muss die Nutzung redundanter historischer Archive mit Unterbringung der Archivdatenbank auf getrennten Servern unterstützen.

Redundante historische Archive müssen automatisch synchronisiert werden, wenn der Partner wieder in Betrieb genommen wird.

Verbindung zu Drittanbietern:
Das SCADA-System muss einen integrierten OPC UA-Server anbieten und dieser OPC UA-Server muss die Kommunikation von externen OPC UA-Applikationen mit dem Historian ermöglichen. Darüber hinaus sollen die OPC UA-Applikationen lesend, auf die in der Datenbank des Historian archivierten Prozesswerte und Meldungen zugreifen können.

Berichte:
Das SCADA-System muss ein integriertes Berichtssystem für Berichte über archivierte Daten bereitstellen.

Das Berichtssystem soll mit einem der folgenden Webbrowser, die HTML5 unterstützen, auf die historischen Daten zugreifen können:

• Microsoft Edge
• Mozilla Firefox
• Google Chrome

Dieses Berichtsystem muss Standarddarstellungstechniken (Baum-/Listenansichten) für das Management und die Verwaltung von Berichten nutzen.

Das Berichtssystem muss die Festlegung von Berichten sowohl für die Bildschirmanzeige (Visualisierung) als auch für den Ausdruck ermöglichen. Berichtsvorlagen (Report Templates) müssen bereitgestellt werden, die angepasst oder unverändert übernommen werden können.

Es muss möglich sein, einzelne Berichte im Rahmen der Steuerlogik-/Scripting-Anforderungen programmorientiert zu ändern und/oder zu nutzen.

Das Berichtssystem muss die Festlegung sowohl dynamischer als auch statischer Berichte ermöglichen, unter anderem mit folgenden Funktionalitäten:

• Visualisierung von archivierten Prozessdaten
• Kundenspezifische Anpassung von Format, Layout und Bildern, die in den Bericht eingefügt werden
• Konfiguration der automatischen Generierung von Berichten mit Angabe des Zeitpunkts oder Ausgabezyklus

Die Anzahl der Berichte, die konfiguriert werden können, darf durch das Berichtssystem nicht begrenzt werden.

Das System muss den Zugriff auf historische Prozessdaten in einer Microsoft Office-Umgebung unterstützen.

Das Berichtssystem muss die Erstellung von Abonnements für zyklische Berichtsgenerierung sowie den automatisierten Berichtsversand per E-Mail unterstützen.

Generierung von Berichten:

Es muss möglich sein, alle Berichte sowohl auf dem Bildschirm einer Workstation anzuzeigen als auch auf einem Berichtdrucker auszudrucken.

Berichte müssen ausgedruckt und/oder auf Festplatte gespeichert werden, wenn ein Prozessereignis auftritt. Es muss möglich sein, Berichte auf folgende Weise anzustoßen:

• Auf Anforderung (Operator-Anforderung)
• Nach Zeitplan (Schicht, täglich und monatlich)
• Bei Auftreten eines Ereignisses

Berichtsvorlagen:
Das Berichtssystem muss unter anderem Vorlagen für folgende Daten zur Verfügung stellen:

• Prozesswerte
• Meldungen

Speicherung von Berichten:
Das Berichtssystem muss beim Exportieren PDF, XML, Microsoft HTML, Microsoft Word und Microsoft Excel -Formate unterstützen.