Der Aufstieg virtueller SPS: Die Transformation moderner Steuerungssysteme

Virtuelle Steuerungssysteme sind längst nicht mehr nur Werkzeuge für Offline-Simulationen. Heute nutzen Ingenieure virtuelle SPS (vSPS), um reale Eingänge zu steuern, Ausgänge anzutreiben und komplexe Bewegungssteuerungen auszuführen. Große Branchenakteure wie Siemens haben diesen Wandel bereits mit der S7-1500V bestätigt. Darüber hinaus zeigt die Edge Cloud 4 Produktionslinie von Audi, dass IT-basierte Fabrikautomation für die Serienproduktion in hoher Stückzahl bereit ist.

Die Entwicklung der vSPS verstehen

Eine traditionelle SPS befindet sich in einem Schaltschrank und verwendet speziell entwickelte Multicore-Prozessoren für dedizierte Automatisierungsaufgaben. Im Gegensatz dazu ist eine vSPS ein softwarebasierter Controller, der auf einem Industrie-Server oder PC installiert wird. Diese Software nutzt die enorme Rechenleistung moderner High-End-CPUs zur Ausführung der Logik. Während physische Hardware an vielen Standorten weiterhin die Basis bildet, gewinnt der softwaredefinierte Ansatz durch den Aufstieg des IIoT zunehmend an Bedeutung.

Aufbrechen der Hardware-Abhängigkeit

Ein wesentlicher Treiber für vSPS ist die Hardware-„Entkopplung“. Traditionell waren proprietäre Hardware und Software untrennbar verbunden. Wenn man eine bestimmte Marke kaufte, war man an deren Ökosystem gebunden. Virtuelle SPS trennen die Steuerungslogik vom physischen Gerät. Daher können Sie Ihr Programm auf jedem kompatiblen Computer installieren, klonen oder migrieren. Diese Flexibilität verhindert, dass Hersteller an einen einzigen Hardwareanbieter gebunden sind.

Skalierbarkeit und Zukunftssicherheit

Physische Steuerungssysteme haben oft feste Grenzen bei Speicher und Rechenleistung. Wenn ein Projekt die Hardware übersteigt, muss eine neue Einheit gekauft und installiert werden. vSPS bieten jedoch einen viel einfacheren Upgrade-Weg. Sie können den Speicher eines Servers erweitern oder neue SPS-Instanzen starten, wenn die Anforderungen der Fabrik steigen. So wird das Hochskalieren zur Softwarekonfiguration statt zur physischen Neuverkabelung.

Integration von IT- und OT-Netzwerken

Die meisten modernen Feld-I/O-Geräte verwenden industrielle Automatisierungs protokolle wie PROFINET, EtherNet/IP oder Modbus TCP. Da diese Protokolle auf Standard-Ethernet-Infrastruktur laufen, integrieren sich vSPS nahtlos in das bestehende IT-Netzwerk. Dies erfordert jedoch eine enge Zusammenarbeit zwischen IT- und OT-Abteilungen. Ingenieure müssen robuste VLAN-Topologien entwerfen, um sicherzustellen, dass der Maschinenverkehr sicher und deterministisch bleibt.

Zuverlässigkeits- und Robustheitsaspekte

Traditionelle SPS sind speziell für raue Umgebungen gebaut und bewältigen extreme Hitze, Staub und Feuchtigkeit. Sie sind hoch deterministisch und für sicherheitskritische Aufgaben ausgelegt. Standard-Server hingegen verfügen nicht über die robusten Gehäuse und redundanten Stromversorgungen eines Industrie-Controllers. Bei der Wahl einer vSPS muss sichergestellt werden, dass die Hosting-Hardware in einem geschützten Bereich steht oder nach Industriestandards gebaut ist, um katastrophale Ausfallzeiten zu vermeiden.

Vermeidung des Single Point of Failure

Die Konzentration der gesamten Fabriklogik auf einen Server birgt ein erhebliches Risiko. Fällt dieser Server aus, steht die gesamte Produktionslinie. Um dem entgegenzuwirken, müssen Ingenieure Ausfallsicherungen wie RAID-Speicher, redundante Server und virtuelle Maschinen (VMs) für eine schnelle Wiederherstellung implementieren. Während ein verteiltes System aus physischen SPS Ausfälle isoliert, erfordert eine zentralisierte vSPS eine ausgefeiltere Strategie zur Katastrophenwiederherstellung.