Moderne Steuerungssysteme formen die Basis zeitgemäßer Industrieautomation. Sie umfassen vernetzte Steuerungen, PACs (Programmable Automation Controllers), erweiterte SPSen, Edge-Controller und cloudfähige Steuerungen. Diese Systeme verbinden Steuerungslogik, Datenanalyse und Feldgeräte, um Produktion effizienter und flexibler zu machen.
Der Artikel bietet eine produktbezogene Einschätzung und Produktbewertung Steuerung am Beispiel etablierter Lösungen wie Siemens SIMATIC S7-1500/1500T, Rockwell Automation ControlLogix und Beckhoff CX. Ziel ist, den Praxisnutzen Automatisierung klar darzustellen und Entscheidungskriterien für Betreiber, Automatisierungsingenieure und Einkäufer in Deutschland zu benennen.
Leser erhalten eine kurze Inhaltsvorschau: Technologische Grundlagen, Leistungsmerkmale zur Prozessoptimierung, Sicherheitsanforderungen (SIL/PL, IT-Security) sowie Branchenbeispiele und Kriterien zur Bewertung von ROI. Damit wird deutlich, was moderne Steuerungssysteme im Produktionsalltag leisten können.
Was leisten moderne Steuerungssysteme?
Moderne Steuerungssysteme verbinden Echtzeitregelung mit Datenverarbeitung und bieten so die Basis für effiziente Produktion. Sie koordinieren Abläufe, sammeln Betriebsdaten und ermöglichen den Zugriff von Anlagenbetreibern und Leitständen. Solche Systeme sind auf konvergente IT/OT-Prozesse ausgelegt und unterstützen sowohl lokale als auch cloudbasierte Analysefunktionen.
Kernfunktionen und Aufgaben moderner Steuerungen
Die Kernfunktionen reichen von deterministischer Steuerung und Motion Control bis zu PID-Regelung und Rezeptverwaltung. Sequencing sorgt für abgestimmte Ablaufsteuerung, während Condition Monitoring kontinuierliche Zustandsdaten liefert.
Datenerfassung per IIoT und Edge Computing reduziert Latenzen. Betriebsdaten werden an MES oder Plattformen wie Microsoft Azure IoT und Siemens MindSphere übergeben. Remote-Diagnose und Over-the-Air-Updates vereinfachen Wartung und Softwarepflege.
Sicherheitsfunktionen sind integriert. Beispiele sind sichere Abschaltungen, Not-Halt-Logiken und sicherheitsgerichtete Ein-/Ausgangsmodule für den Schutz von Personal und Maschine.
Unterschiede zu klassischen SPS-Lösungen
Moderne Steuerungen bieten höhere Rechenleistung durch Multicore-Architekturen und bessere Konnektivität über offene Standards wie OPC UA. Das vereinfacht die IT/OT-Integration und Fernwartung.
Skalierbarkeit zeigt sich in modularen Remote-I/O-Systemen bis hin zu großen Control-Racks. Softwareseitig kommen modellbasierte Entwicklung, IEC 61131-3 und IEC 61499-Elemente zum Einsatz.
Typische Produkte wie Siemens SIMATIC S7-1500 mit TIA Portal, Beckhoff TwinCAT oder Rockwell ControlLogix demonstrieren das Zusammenspiel von Hardware und Entwicklungsumgebung und bilden das Spannungsfeld SPS vs PAC in der Praxis ab.
Branchenbeispiele: Automotive, Lebensmittel und Maschinenbau
In der Automatisierung Automotive sind kurze Zykluszeiten, deterministische Netzwerke und Motion Control kritisch. Profinet und EtherCAT steuern Roboterzellen und Fertigungsanlagen mit hoher Präzision.
Für Prozesssteuerung Lebensmittel gelten Hygienestandards, Rezeptmanagement und CIP/STERIL-Abläufe. Steuerungen übernehmen Chargendokumentation und Schnittstellen zu HACCP-konformen Systemen.
Im Maschinenbau steht Flexibilität im Vordergrund. Modulare Maschinenarchitekturen, schnelle Inbetriebnahme und Retrofitfähigkeit alter Anlagen sind wichtige Anforderungen, die moderne Steuerungssysteme erfüllen.
Technologische Grundlagen und Architektur moderner Steuerungssysteme
Die Architektur moderner Steuerungssysteme verbindet robuste Hardware mit flexibler Software und vernetzten Protokollen. Kurz erläutert werden zentrale Bausteine, ihre Aufgaben und typische Industriebeispiele. Der Fokus liegt auf Praxisrelevanz für Fertigung und Maschinenbau.
Hardware-Komponenten
Controller unterscheiden sich in Bauart und Einsatz: klassische SPS, PACs und PC-basierte Steuerungen. Typische Geräte sind Siemens SIMATIC Controller, Beckhoff IPC/Embedded-Controller und Rockwell Automation Logix-Controller. Damit lassen sich deterministische Abläufe sicher abbilden.
Dezentrale und zentrale I/O-Module übernehmen Signaleingang und -ausgang. Anbieter wie Phoenix Contact, WAGO und Beckhoff liefern digitale und analoge Module, Safety-I/O und IO-Link-Komponenten für Sensor-/Aktor-Kommunikation.
Edge-Geräte verarbeiten Daten lokal, reduzieren Latenzen und aggregieren Messwerte. Beispiele sind Siemens Industrial Edge, Hilscher NetTAP und Gateways von Advantech. Solche Controller I/O Edge-Lösungen erlauben Vorverarbeitung und Echtzeitanalyse nahe an der Maschine.
Software-Ebenen
Echtzeitbetriebssysteme sorgen für deterministische Ausführung von Steuerungsaufgaben. RTOS-Varianten oder realzeitfähige Linux-/Windows-Erweiterungen garantieren kurze Zykluszeiten und stabilen Betrieb. Das Echtzeitbetriebssystem Steuerung ist zentral für Verfügbarkeit und Reaktionszeit.
Die Steuerungslogik folgt oft IEC 61131-3 mit Sprachen wie Structured Text, Ladder, FBD und SFC. Für verteilte Anwendungen gewinnt IEC 61499 an Bedeutung. Entwickler nutzen C/C++ für Performance-kritische Module.
HMI-Lösungen bieten Visualisierung, Alarmmanagement und Bedienfunktionen. Bekannte Systeme sind Siemens WinCC, Schneider EcoStruxure und Ignition von Inductive Automation. Gut gestaltete HMI Industrie-Oberflächen verbessern Bedienkomfort und reduzieren Fehler.
Netzwerk und Kommunikation
Industrial Ethernet-Protokolle liefern die Basis für schnelle, deterministische Kommunikation. Profinet, EtherNet/IP und EtherCAT werden je nach Performance-Anforderung und Ökosystem gewählt. Feldbusse wie PROFIBUS, CANopen und Modbus RTU bleiben in Bestandsanlagen relevant.
OPC UA ermöglicht herstellerunabhängige Datenmodellierung, sichere Kommunikation und Integration in MES/ERP-Systeme. Durch OPC UA Industrial Ethernet-Verknüpfungen wird die Datenbereitstellung für übergeordnete Systeme standardisiert.
Eine cybergerechte Architektur segmentiert OT-Netze, nutzt Industrial Firewalls und VPN für sicheren Fernzugriff. Solche Maßnahmen schützen Feldbusse Profinet EtherCAT-Installationen vor Angriffen und sichern den laufenden Betrieb.
Leistungsmerkmale für Effizienzsteigerung und Prozessoptimierung
Moderne Steuerungssysteme verbinden Zuverlässigkeit, Flexibilität und Energieeinsparung. Sie erlauben ein fein abgestimmtes Management von Anlagen, damit Produktionsabläufe stabil bleiben und Betriebskosten sinken. Integrierte Diagnosefunktionen und smarte Algorithmen schaffen die Basis für schnelle Entscheidungen in Echtzeit.
Redundante Architekturen reduzieren ungeplante Stillstände durch Hot‑Standby‑Controller und duale Netzwerke. Systeme von Siemens und Rockwell zeigen, wie Redundanz SPS in kritischen Anwendungen umgesetzt wird. Edge‑Analytics und Machine Learning erlauben eine Predictive Maintenance Steuerung, die Vibration, Temperatur und Stromaufnahme auswertet.
Fernzugriff für Diagnosen und modulare Austauschbarkeit von I/O‑Karten verkürzen die Reparaturzeit. Diese Kombination senkt MTTR und erhöht die Anlagenverfügbarkeit nachhaltig.
Skalierbarkeit und Modularität für flexible Produktionslinien
Eine modulare Hardware‑Architektur ermöglicht Erweiterungen ohne großen Umbau. Plug‑and‑play I/O‑Module und standardisierte Schnittstellen unterstützen eine schnelle Integration neuer Module.
Skalierbare Software mit wiederverwendbaren Funktionsbausteinen beschleunigt Inbetriebnahme und Updates. So entsteht eine skalierbare Automatisierung, die Losgröße‑1 Produktionen mit parametrisierten Rezepten und flexiblen Zellen erlaubt.
Energieeffizienz und Ressourcenschonung durch intelligente Regelung
Intelligente Regelalgorithmen optimieren Motorlasten, Fördergeschwindigkeiten und Heizzyklen. Solche Mechanismen führen zu messbaren Einsparungen und zu besserer CO2‑Bilanz der Anlage.
Steuerungen mit Energiemanagementfunktionen erfassen Verbrauchswerte, steuern Lastspitzen und bieten Berichtsfunktionen. Durch Energieeffizienz Regelung lassen sich Pumpensteuerungen und Drehzahlregelungen gezielt anpassen und Leerlaufzeiten reduzieren.
Sicherheitsaspekte und Normen in der Automation
Moderne Automationslösungen verlangen klare Sicherheitskonzepte, die Technik, Organisation und Normen zusammenführen. Die Verbindung von funktionaler Sicherheit mit IT-Schutz schafft belastbare Systeme, die Produktion und Personal schützen. In der Praxis ist eine systematische Automationssicherheit Risikobewertung der erste Schritt.
Funktionale Sicherheit und Risikobewertung
Eine Gefährdungsbeurteilung nach der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG bildet die Grundlage für alle Maßnahmen. Auf Basis dieser Analyse wählt man Sicherheitsfunktionen mit passenden Anforderungen aus. SIL-Werte nach IEC 61508 und Performance Levels nach DIN EN ISO 13849 helfen bei der Einordnung von SIL/PL-Anforderungen.
Praxisbeispiele zeigen, dass Safety PLCs und zertifizierte Komponenten wie Pilz PNOZ oder Siemens S7-1500F häufig eingesetzt werden. Frequenzumrichter bieten Sicherheitsfunktionen wie STO und SS1, die bei korrekter Integration das Risiko reduzieren.
IT-Security in OT-Umgebungen
OT-Security Industrie braucht spezielle Maßnahmen, weil Produktionsnetze andere Anforderungen haben als Bürosysteme. Netzwerksegmentierung, Whitelisting und Security-Hardened-Devices minimieren Angriffsflächen.
Fernzugriffe sichern Unternehmen über VPN, Zwei-Faktor-Authentifizierung und Security Gateway. Regelmäßige Patch-Prozesse und abgestimmte Updates vom Hersteller wie Siemens oder Rockwell sind wichtig für nachhaltige Absicherung.
Normen und Zertifizierungen in Deutschland und EU
DIN EN Normen bilden den rechtlichen Rahmen. Relevante Regelwerke umfassen IEC 61508, IEC 62443, DIN EN 62061 und DIN EN ISO 13849. Diese Normen regeln funktionale Sicherheit, IT-Security und die Anforderungen an Hersteller und Betreiber.
Prüfstellen wie TÜV oder DEKRA liefern Zertifikate und Prüfberichte, die bei Investitionsentscheidungen als Nachweis dienen. CE-Kennzeichnungen und Konformitätserklärungen bleiben zentrale Dokumente für die Marktzulassung.
Praxisbewertung: Auswahlkriterien und ROI moderner Steuerungssysteme
Bei der Auswahl moderner Steuerungssysteme stehen funktionale Anforderungen im Vordergrund. Entscheidend sind Zykluszeit, deterministische Kommunikation sowie unterstützte Safety- und Motion-Funktionen. Ebenso wichtig ist die erforderliche I/O-Dichte und die native Anbindung an OPC UA, Profinet oder EtherCAT für eine reibungslose Integration in MES/ERP-Landschaften.
Ein zweites Kriterium ist die Skalierbarkeit und der Lebenszyklus. Hersteller wie Siemens, Rockwell, Beckhoff und Schneider Electric bieten unterschiedliche Support- und Ersatzteilkonzepte. Bedienfreundlichkeit, Bibliotheken, Fernwartung und Schulungsangebote reduzieren Inbetriebnahme Kosten Nutzen und erleichtern langfristig den Betrieb.
Wirtschaftlich wird die Entscheidung über Total Cost of Ownership SPS und ROI Automatisierung getroffen. Zur TCO zählen Anschaffung, Integrationsaufwand, Lizenz- und Energiekosten sowie Wartung. ROI-Berechnungen berücksichtigen Einsparungen durch reduzierte Stillstandszeiten, Predictive Maintenance, Energieeffizienz und geringere Personalkosten.
Praxisempfehlung: Zunächst Prozessanforderungen analysieren, Pflichten- und Lastenheft erstellen, dann Marktvergleich und Pilotprojekt durchführen. Gewichtete Bewertung nach Funktion, Kosten, Support und Sicherheit sowie Einbindung erfahrener Integratoren führt zu realistischen Amortisationszeiten von meist 1–5 Jahren und zu fundierten Entscheidungen.
