Blog über SPS entwickeln sich von Steuerungssystemen zu fortschrittlichen Automatisierungsplattformen

Stellen Sie sich eine Fabrik vor, die einst von dichten Kabelnetzen durchzogen war, die unzählige Sensoren und Aktoren verbanden. Heute ersetzen drahtlose Netzwerke und intelligente Geräte diese umständlichen Verbindungen allmählich. Wie wird sich in dieser Transformation die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), das traditionelle "Gehirn der Werkstatt", anpassen? Werden SPSen wirklich untergehen, wie einige vorhersagen?

Seit ihrer Einführung bilden speicherprogrammierbare Steuerungen das Rückgrat der industriellen Automatisierung. Ursprünglich entwickelt, um traditionelle Relaissteuerungssysteme zu ersetzen, führten SPSen grundlegende Funktionen wie Logiksteuerung, Sequenzsteuerung, Zeitmessung und Zählung aus. Mit dem technologischen Fortschritt erweiterten sich die Fähigkeiten von SPSen dramatisch, und sie fanden Anwendung in der Fertigung, Energieversorgung, im Transportwesen, in der Wasseraufbereitung und in zahlreichen anderen Branchen.

• Erste Generation (späte 1960er - 1970er Jahre): Diese frühen SPSen, die mit diskreten Komponenten und einfachen Mikroprozessoren aufgebaut waren, ersetzten hauptsächlich Relais für grundlegende Logik- und Sequenzsteuerungen.
• Zweite Generation (1980er Jahre): Mit leistungsfähigeren Mikroprozessoren und mehr Speicher ausgestattet, fügten diese SPSen analoge Ein-/Ausgänge und Kommunikationsschnittstellen hinzu, was komplexere Steuerungssysteme ermöglichte.
• Dritte Generation (1990er Jahre): Einführung von programmierbaren HMIs und Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerken, die fortschrittliche Steuerungsfunktionen und eine verbesserte Mensch-Maschinen-Interaktion lieferten.
• Vierte Generation (2000er Jahre - heute): Moderne SPSen mit Multi-Core-Prozessoren, eingebetteten Betriebssystemen und Industrial Ethernet bieten überlegene Rechenleistung, schnellere Kommunikation und offenere Architekturen. Sie integrieren zunehmend IT-Technologien wie Industrial IoT, Cloud Computing und Big Data.

SPSen zeichnen sich durch deterministische Steuerung und zuverlässige Überwachung von physischen Geräten aus und gewährleisten einen stabilen Betrieb auch in rauen Umgebungen. Diese Zuverlässigkeit beruht auf spezialisierten Prozessoren, Betriebssystemen, Programmierumgebungen und robusten Hardwareplattformen.

• Deterministische Steuerung: SPSen führen vordefinierte Programme aus, um Industrieanlagen präzise zu steuern und Prozessstabilität und -konsistenz zu gewährleisten.
• Zuverlässige Überwachung: Die Echtzeit-Analyse von Sensordaten ermöglicht eine schnelle Anomalieerkennung und Korrekturmaßnahmen zur Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit.
• Umweltresistenz: Industrielle Designs widerstehen extremen Temperaturen, Vibrationen und elektromagnetischen Störungen für langfristige Zuverlässigkeit.

Die Verschmelzung von Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) ist zu einem prägenden Trend in der industriellen Automatisierung geworden. IT bringt Stärken in der Datenverarbeitung, Netzwerkkommunikation und im Cloud Computing ein, während OT auf Gerätesteuerung, Prozessoptimierung und Sicherheit spezialisiert ist. Diese Konvergenz ermöglicht die Erfassung, Analyse und Nutzung von Echtzeitdaten zur Steigerung der Produktivität, Reduzierung der Kosten und Optimierung der Ressourcenzuweisung.

Industrial IoT (IIoT) dient als primäres Vehikel für die IT-OT-Integration. Durch die Verbindung industrieller Anlagen mit dem Internet ermöglicht IIoT die Interoperabilität von Geräten und den Datenaustausch, was Fernüberwachung, vorausschauende Wartung und intelligente Optimierung erleichtert, die einen erheblichen Geschäftswert liefern.

Mit der Konvergenz von IT und OT entwickeln sich SPSen weiter in Richtung größerer Intelligenz, Konnektivität und Offenheit und integrieren sich in aufkommende Technologien.

1. Kompakte Größe, hohe Leistung: Fortschritte in der Elektronik, bei Prozessoren und Solid-State-Speichern haben die Kosten, Größe, Energieeffizienz und Leistung von SPSen verbessert. Während die Miniaturisierung verlangsamt wurde, bleiben Leistungssteigerungen entscheidend. Multi-Core-Prozessoren ermöglichen nun gleichzeitige deterministische Steuerung und intensive Berechnungen.
2. Dezentrale Ein-/Ausgänge & vernetzte Konnektivität: Traditionelle Größenbeschränkungen von SPSen, die durch physische Ein-/Ausgangsverdrahtung bedingt sind, werden durch dezentrale Ein-/Ausgänge und vernetzte Verbindungen überwunden. Technologien wie IO-Link und drahtlose Verbindungen ermöglichen die Fernverbindung von Geräten und reduzieren die Verdrahtungskomplexität. Die Verbreitung von Ethernet vereinfacht die Integration industrieller Netzwerke.
3. PAC-Integration: Programmierbare Automatisierungscontroller (PACs), die einst als SPSen überlegen mit größerer Rechenleistung und Funktionalität galten, zeigen nun eine abnehmende Differenzierung. Anwender legen zunehmend Wert auf Fähigkeiten statt auf Terminologie, wobei zukünftige industrielle Steuerungsplattformen ein kontinuierliches Spektrum an Optionen bieten.
4. Offene Standards: Die Nachfrage nach offeneren Industriesystemen, die die Integration mehrerer Anbieter vereinfachen, wächst. Einige Anwender experimentieren mit Allzweck-Hardware wie Raspberry Pi für die Automatisierung, während Software-Standardisierungsbemühungen fortgesetzt werden. CODESYS IDE ermöglicht eine konsistentere Bereitstellung von SPS-Code, bleibt aber hinter den Erwartungen moderner IT-Sprachen zurück.
5. Vielfalt der Programmiersprachen: Während die Leiterplattentechnik dominant bleibt, wächst das Interesse an modernen IT-Sprachen wie C++ und Python für die SPS-Programmierung. Zukünftige Plattformen werden wahrscheinlich mehrere Sprachen unterstützen, um den Präferenzen der Entwickler gerecht zu werden.
6. Industrielle Kommunikationsstandards: Traditionelle Feldbusse wie DeviceNet behalten ihre Zuverlässigkeit, aber Ethernet dominiert mit Protokollen wie EtherNet/IP, PROFINET und Modbus-TCP. EtherCAT zeichnet sich in der Bewegungssteuerung aus, während Ethernet-APL die Bereitstellung von verdrahteten Feldgeräten optimiert. IO-Link gewinnt als vereinfachte Feldbus-Alternative an Popularität.
7. IIoT & Cloud-Konnektivität: OPC UA und MQTT ermöglichen sichere OT-IT-Verbindungen für IIoT-Anwendungen, wobei Tools wie Node-RED Cloud-Daten-Workflows vereinfachen.
8. Integration von Robotik & Bildverarbeitung: Da kollaborative Roboter (Cobots) und Bildverarbeitungssysteme immer weiter verbreitet sind, benötigen moderne Automatisierungsplattformen ausreichende Verarbeitungsleistung, Programmierflexibilität und Konnektivität für eine nahtlose Integration.
9. KI & maschinelles Lernen: Während sie derzeit für die Echtzeit-Datenanalyse eingesetzt werden, könnten zukünftige SPSen Echtzeit-KI/ML-Algorithmen ausführen. Generative KI könnte durch KI-gestützte Programmierumgebungen bei der SPS-Codeentwicklung helfen.

Die SPS von morgen wird ihre Identität als Controller überschreiten und zu einer integrierten Automatisierungsplattform werden, die Steuerung, Kommunikation, Berechnung und Intelligenz vereint. Unabhängig von der Nomenklatur – SPS, PAC, Edge Controller – wird ihr Wesen die Echtzeitsteuerung und zuverlässige Überwachung bleiben, ergänzt durch überlegene Programmierung und Konnektivität, um die Benutzererfahrung zu verbessern und die Projektabwicklung zu beschleunigen.

Als Grundlage der industriellen Automatisierung haben sich SPSen jahrzehntelang kontinuierlich weiterentwickelt. Angesichts der IT-OT-Konvergenz innovieren SPSen weiter in Richtung größerer Intelligenz, Konnektivität und Offenheit und integrieren sich in aufkommende Technologien. Anstatt zu verschwinden, werden SPSen als hochentwickelte Automatisierungsplattformen fortbestehen und ihre wichtige industrielle Rolle in neuen Formen beibehalten.