Die Steuerungstechnik ist im Umbruch
»Die industrielle Steuerung wird virtuell«
Virtuelle Steuerungen wie die »Virtual PLCnext Control« von Phoenix Contact halten zunehmend Einzug in digitalisierte Produktionsumgebungen. Was können sie dort konkret leisten, welche Hardware benötigen sie, und welche Anwendungen und Aufgaben verbleiben für »klassische« Hardware-Steuerungen?
Rudolf Braun und Michael Rolf, beide bei Phoenix Contact in Bad Pyrmont tätig, nehmen dazu Stellung.
Markt&Technik: Welche Aufgaben können virtuelle Steuerungen erfüllen?
Rudolf Braun, Product Management Control Systems: Die virtuelle Steuerung Virtual PLCnext Control auf Basis der PLCnext Technology von Phoenix Contact bietet eine Vielzahl von Funktionen und Vorteilen, die den aktuellen Anforderungen der Industrie gerecht werden. Sie kann grundsätzlich alle Aufgaben übernehmen, die eine klassische Hardware-SPS durchführt. Virtuelle Steuerungen bieten aber viele Vorteile gegenüber klassischen SPS. Sie lassen sich zum Beispiel unabhängig von physischen Geräten entwickeln und anpassen. Neue Anforderungen können so flexibel umgesetzt werden. Außerdem ermöglichen virtuelle Steuerungen die individuelle Einrichtung von Ressourcen wie RAM oder CPU-Kernen. Anwender können vorhandene Computersysteme oder Serverarchitekturen nutzen; es muss also keine zusätzliche Hardware-Steuerung gekauft und installiert werden. Die bestehende Hardware lässt sich besser auslasten und einfacher durch existierende standardisierte Protokolle der Virtual PLCnext Control an die OT-Ebene anbinden.
Aufgrund der Multiinstanzfunktion der Virtual PLCnext Control sind weitere Steuerungen schnell integrierbar, ohne eine neue klassische Steuerung zu verbauen. Die Grundlage dafür bildet die Containertechnologie, auf der die Virtual PLCnext Control beruht. Durch die hohe Anpassungsfähigkeit der virtuellen Steuerung lassen sich zudem auch zukünftige Technologien und Entwicklungen einfach und zielgerichtet in die Anwenderapplikation implementieren.
Für welche Aufgaben wird es auch in absehbarer Zukunft »klassische« Steuerungen brauchen? Welche Aufgaben werden dort verbleiben?
Michael Rolf, Business Development Controls: Diese Entscheidung wird am Ende jeder Kunde oder jede Industrie für sich treffen müssen. Anwender, die ihre Steuerungen weiterhin in Schaltschränken verbauen wollen und in klassischem IEC-Code entwickeln, könnten dazu neigen, auf die klassische SPS-Technik zu setzen. Gibt es bereits Computersysteme oder Serverarchitekturen in den Maschinen oder Fabrikgebäuden und werden die Vorteile der virtuellen Steuerungen erkannt, tendieren die Kunden oder Industrien eher zu einer virtuellen Lösung. Auch Anwender, die bei der Planung neuer Anlagen oder Applikationen Wert auf Zukunftsfähigkeit, Flexibilität, Skalierbarkeit, Ressourceneffizienz oder einen geringen Wartungsaufwand legen, werden sich für eine virtuelle Steuerung aussprechen. Die Virtual PLCnext Control ermöglicht eine OT-/IT-Konvergenz. Wollen die Industrien/Kunden ihre OT in die IT verlegen, bietet sich die Virtualisierung an.
Autark agierende Applikationen werden in absehbarer Zeit überwiegend klassische Steuerungen einsetzen. Dies gilt besonders dann, wenn keine Anbindung an ein übergeordnetes Netzwerk oder das Internet vorgesehen ist. Gerade bei kostensensitiven Anwendungen, die keine für die Verwendung der Virtual PLCnext Control geeigneten Computersysteme umfassen, bieten klassische Steuerungen nach wie vor klare Vorteile. Dazu gehören die niedrigeren Initialkosten der Hardware, eine einfache Austauschbarkeit im Servicefall sowie eine schnelle Inbetriebnahme durch Techniker vor Ort. Applikationen, die hohe Anforderungen an die installierte Steuerungs-Hardware in puncto Vibration, Staub oder EMV-Störungen stellen, werden künftig ebenfalls klassische Steuerungen nutzen, weil diese über die erforderlichen Zertifizierungen verfügen. Und schließlich wird die dezentrale Steuerungstechnik mit Safety-Anforderungen weiterhin auf klassischen SPS-Systemen beruhen, die speziell für sicherheitskritische Anwendungen ausgelegt sind und die notwendigen Zertifikate haben.
Könnten virtuelle Steuerungen »klassische« Steuerungen in absehbarer Zeit ersetzen?
Michael Rolf: Virtuelle Steuerungen können grundsätzlich alle Aufgaben übernehmen, die eine klassische Hardware-SPS ausführt. Insgesamt tragen virtuelle Steuerungen dazu bei, die Automatisierung in Unternehmen effizienter, kosteneffektiver und besser an die Bedürfnisse der modernen Produktion angepasst zu gestalten. Sie sind besonders vorteilhaft für Unternehmen, die schnell auf Marktanforderungen reagieren müssen und die Automatisierung ihrer Prozesse kontinuierlich optimieren wollen. Dennoch gibt es weiterhin Anwendungsfälle, in denen der Einsatz einer klassischen Hardware-SPS sinnvoll bleibt. Dazu zählen beispielsweise Branchen mit strengen regulatorischen Vorgaben oder bestehende Anlagen, die für eine klassische SPS ausgelegt sind. Allerdings wird der Umfang dieser Anwendungen deutlich abnehmen. Hier entscheidet der Markt und somit die Endanwender, ob sie bereit sind, die klassische Steuerung in die Computer- oder Serverarchitekturen zu verlegen. Mit der Virtual PLCnext Control steht die entsprechende Lösung bereits zur Verfügung.
Benötigen virtuelle Steuerungen wie die Virtual PLCnext Control spezielle Hardware? Welche Arten von Hardware eignen sich dafür?
Michael Rolf: Die Virtual PLCnext Control läuft auf verschiedenen Hardware-Plattformen – von Embedded-Systemen und Industrie-PCs (ARM64) bis zu leistungsfähigen Servern (x86) in Rechenzentren. Die Hardware-Architektur bildet entweder ein x86- oder ARM64-Prozessor. Als Betriebssystem kommt Linux OS mit Realtime Patch zum Einsatz, zum Beispiel Yocto oder Ubuntu Pro. Beim Container Tool setzt die Virtual PLCnext Control auf die Podman Container Engine ab Version 4.9.
Inwieweit wird sich durch das Aufkommen virtueller Steuerungen der Aufgaben- und Funktionsumfang »klassischer« Steuerungen ändern?
Rudolf Braun: Virtuelle Steuerungen auf Basis der PLCnext Technology bieten durch ihre flexiblen Einsatzmöglichkeiten erhebliche Änderungen im Aufgaben- und Funktionsumfang gegenüber klassischen Steuerungen. Sie lassen sich beispielsweise auf verschiedenen Hardware-Plattformen wie Industrie-PCs, Edge-Geräten oder Servern installieren. Das ermöglicht eine hohe Flexibilität bei der Implementierung und Skalierung von Steuerungsaufgaben. Weil die PLCnext Technology auch Hochsprachen wie C++, C# oder Matlab/Simulink unterstützt, lassen sich Steuerungsfunktionen und Erweiterungen individueller und umfangreicher programmieren. Die Auswahl der präferierten Programmiersprache und Pflege erfolgt in einem Computersystem. Virtuelle Steuerungen verarbeiten und speichern die Daten nicht nur lokal, sondern übertragen sie auch zur Analyse in die Cloud. Dort werden sie von entsprechenden Diensten für Aufgaben wie die vorausschauende Wartung genutzt. Virtuelle Steuerungen lassen sich zudem als OCI-Container leicht auf unterschiedlichen Plattformen bereitstellen und managen, was die Integration und Verwaltung von Steuerungsanwendungen vereinfacht.
Die virtuellen Steuerungen stellen somit einen wesentlichen Bestandteil einer modernen, digitalisierten Fertigungsumgebung dar. Wegen ihrer erhöhten Flexibilität und erweiterten Funktionalitäten bringen sie einen Mehrwert im Vergleich zu klassischen Steuerungen. Diese werden zukünftig mehr zu einem »Sicherheitsanker«, etwa bei einer gekappten Verbindung zum übergeordneten Netzwerk oder bei hohen Anforderungen an harte Echtzeit.
Inwieweit werden sich durch das Aufkommen virtueller Steuerungen Sensor-to-Cloud- oder Edge-to-Cloud-Datenmanagement- und -Datenkommunikationskonzepte ändern?
Rudolf Braun: Virtuelle Steuerungen beeinflussen das Sensor-to-Cloud- und Edge-to-Cloud-Datenmanagement sowie die Datenkommunikation maßgeblich. Das betrifft beispielsweise die einfache Datenintegration: Virtuelle Steuerungen auf Basis der PLCnext Technology ermöglichen eine durchgängige Erfassung und Einbindung von Sensordaten, die direkt an Cloud-Dienste wie Proficloud.io oder Computersysteme übermittelt werden können. Dort lassen sie sich nahtlos weiterverarbeiten oder an andere Cloud-Systeme übergeben. Die in die PLCnext Technology integrierten Kommunikationsschnittstellen machen das Auslesen der Sensordaten direkt in die Cloud einfach, fehlerfrei und zukunftsweisend.
Wie schlägt sich die »Virtual PLCnext Control« im PLCnext-Ecosystem und im PLCnext-App-Store nieder?
Michael Rolf: Die Virtual PLCnext Control stellt einen festen Bestandteil des Ecosystems PLCnext Technology dar. Sie ist mit den gleichen Funktionalitäten wie eine klassische PLCnext-Steuerung ausgestattet und bietet alle Funktionen des Ecosystems. Die Virtual PLCnext Control stellt eine Erweiterung der PLCnext-Steuerungen dar und substituiert diese nicht. Anwender können das Ecosystem PLCnext Technology so auch Hardware-unabhängig nutzen. Die virtuelle Steuerung steht für Phoenix Contact als containerisierte Lösung einer klassischen Hardware-Steuerung PLCnext Control. Wie gewohnt lassen sich Apps aus dem PLCnext Store in die Steuerung laden und ausführen.
Welche nächsten Schritte plant Phoenix Contact in puncto virtuelle Steuerungen? Wie sieht die weitere Roadmap aus?
Michael Rolf: Wir arbeiten weiterhin daran, neue Funktionen in die Virtual PLCnext Control zu bringen. Damit werden den Anwendern noch mehr Möglichkeiten geboten, die Lösung in ihren Applikationen zu nutzen. Mit dem neuen Firmware-Release kommen zum Beispiel die einfache Multiinstanzierbarkeit und die EtherNet/IP-Funktionalität hinzu.
Phoenix Contact auf der embedded world 2026: Halle 1, Stand 434
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