Industrielle Automatisierung im digitalen Wandel

Die moderne Fertigung durchläuft einen raschen technologischen Wandel, der durch Innovationen der Industrie 4.0 vorangetrieben wird. Technologien wie Künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML) und das industrielle Internet der Dinge (IIoT) bestimmen die Diskussionen in der Fabrikautomatisierung. Daher fragen sich viele Ingenieure, ob diese fortschrittlichen digitalen Werkzeuge herkömmliche speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) irgendwann ersetzen werden. Eine Betrachtung der grundlegenden physikalischen Abläufe industrieller Prozesse zeigt jedoch eine ganz andere Realität für Steuerungssysteme.

Die grundlegende Funktion von Steuerungssystemen

Um zu verstehen, warum SPS unverzichtbar bleiben, betrachten wir einen typischen physikalischen Vorgang in der Fabrikautomatisierung. Zum Starten eines industriellen Elektromotors muss ein physischer Stromkreis geschlossen werden, um die Spule eines Schützes zu erregen. Softwarealgorithmen können entscheiden, wann der Motor laufen soll, aber die physische Steuerungshardware muss das eigentliche Spannungssignal ausgeben. SPS dienen als robuste, industrietaugliche Schaltanlagen mit fortschrittlichen Rechen- sowie Eingangs-/Ausgangs-(I/O-)Signalverarbeitungsfunktionen.

Industrietauglichkeit im Vergleich zu Standardrechnern

Ein herkömmlicher Personal Computer oder Cloud-Server kann raue Anlagenumgebungen nicht überstehen. Hardware für die industrielle Automatisierung muss extremen Temperaturen, elektromagnetischen Störungen, physischer Belastung und dauerhaften Vibrationen standhalten. Standard-IT-Plattformen bieten keine garantierte deterministische Echtzeitausführung, die für Anlagensicherheit und Prozesssteuerung entscheidend ist. SPS verwenden speziell entwickelte Architekturen, die darauf ausgelegt sind, internationale Normen wie IEC 61131 für zuverlässige Steuerungslogik zu erfüllen.

Warum KI und IIoT SPS benötigen

Fortschrittliche KI-Modelle und IIoT-Plattformen sind hervorragend für die übergeordnete Datenverarbeitung und die Analyse zur vorausschauenden Wartung geeignet. Darüber hinaus können Algorithmen des maschinellen Lernens Produktionspläne optimieren und Anomalien an Anlagen erkennen, bevor es zu Ausfällen kommt. Diese Softwarelösungen sind jedoch vollständig auf die zugrunde liegende SPS-Hardware angewiesen, um Felddaten zu erfassen und physische Steuerbefehle sicher auszuführen. Technologien der Industrie 4.0 erweitern die vorhandene Steuerungshardware, anstatt sie abzuschaffen.

Einblick des Autors: Die Entwicklung hin zu hybriden Architekturen

In meinen 15 Jahren praktischer Erfahrung in Kraftwerken und Produktionsstätten verschwinden Steuerungen nicht; sie entwickeln sich weiter. Moderne Steuerungsplattformen wandeln sich zu Programmable Automation Controllers (PACs) und Edge-Controllern, die herkömmliche Logik nach IEC 61131-3 mit nativer MQTT-Kommunikation, Linux-Umgebungen und Edge-Computing verbinden. Statt die SPS zu ersetzen, integriert der digitale Wandel intelligentere Funktionen direkt in robuste Steuerungshardware.

Praktische Anwendung: Intelligentes Sortiersystem für Förderanlagen

Betrachten wir ein Hochgeschwindigkeits-Verteilzentrum, das ein KI-gestütztes Bildverarbeitungssystem zum Sortieren von Paketen nutzt. Der KI-Algorithmus analysiert Kamerabilder in Echtzeit, um die Zielbestimmungen der Pakete zu erkennen. Sobald diese ermittelt wurden, sendet die Cloud-Software übergeordnete Routing-Entscheidungen an eine SPS vor Ort. Die SPS steuert anschließend die präzise Mikrosekunden-Taktung, die Pneumatik und die Motorantriebe, die erforderlich sind, um den physischen Ausschleusarm sicher zu betätigen, ohne die Förderlinie zu blockieren.

Über den Autor

Zhang Wei ist ein leitender Spezialist für industrielle Automatisierung mit mehr als 15 Jahren praktischer Erfahrung in SPS-, DCS-, TSI- und Stromschutzsystemen. Im Laufe seiner Karriere in Asien und auf globalen Industriemärkten hat er Steuerungsarchitekturen für groß angelegte Stromerzeugungs- und Produktionsanlagen entwickelt, in Betrieb genommen und optimiert. Er veröffentlicht regelmäßig technische Whitepaper und Branchenanalysen zu intelligenter Fertigung und der Konvergenz von Steuerungssystemen.