Virtuelle Steuerungssysteme und vPLC in der modernen Automatisierung

Steuerungssysteme wandern vom Schaltschrank in die Rechenebene

Die industrielle Steuerung verlagert sich langsam von dedizierter Rack-Hardware hin zu softwaredefinierter Ausführung. Virtuelle SPS, oft als vSPS bezeichnet, laufen inzwischen auf Industrieservern statt in herkömmlichen Schaltschränken.

Dieser Wandel ersetzt die Automatisierungslogik nicht. Er verlagert sie. Die Steuerungs-Engine rückt näher an die IT-Infrastruktur, während die Feldgeräte in der Produktionshalle unverändert bleiben.

Abbildung 1. Automobilproduktionslinien erproben zunehmend softwaredefinierte Modelle für die Steuerungsausführung.

Was eine virtuelle SPS tatsächlich anders macht

Eine herkömmliche SPS vereint Hardware und Laufzeitlogik in einem robusten Gerät. Eine vSPS trennt diese Ebenen. Die Laufzeitumgebung wird auf standardisierter Recheninfrastruktur ausgeführt.

Diese Trennung ermöglicht eine flexible Bereitstellung. Ingenieure können Steuerungsinstanzen über mehrere Server hinweg klonen, verschieben oder skalieren, ohne das gesamte Steuerungssystem neu zu konzipieren.

Abbildung 2. Herkömmliche SPS-Systeme dominieren weiterhin deterministische Steuerungsumgebungen auf Feldebene.

In einigen Installationen werden Ökosysteme wie Siemens-Automatisierungsplattformen um virtualisierte Laufzeitebenen erweitert, um hybride Architekturen zu unterstützen, die Edge-Steuerung und Orchestrierung auf IT-Ebene kombinieren.

Wo die Architektur an Grenzen stößt und wo sie skaliert

Virtuelle SPS lassen sich effizient skalieren, wenn die Rechenressourcen erweitert werden. Speicher und Rechenleistung können durch standardmäßige Server-Upgrades erhöht werden, statt Hardware-Austauschzyklen abzuwarten.

Dieses Modell unterstützt eine modulare Automatisierung. Ingenieure können zusätzliche Steuerungsinstanzen für neue Produktionslinien bereitstellen, ohne die I/O-Strukturen neu zu konzipieren.

Abbildung 3. Verteilte I/O-Strukturen bleiben weitgehend unverändert, selbst wenn die Steuerung in softwaredefinierte Umgebungen verlagert wird.

Installationen in Fabriken und praktische Einschränkungen

Industrielle Ethernet-Protokolle wie PROFINET und EtherNet/IP verbinden weiterhin die Feldgeräte. Die wichtigste architektonische Änderung findet vorgelagert in der Steuerungsausführungsebene statt.

Dies bringt Herausforderungen bei der IT- und OT-Integration mit sich. Netzwerksegmentierung, VLAN-Design und Cybersicherheitszonen werden für einen stabilen Betrieb entscheidend.

Abbildung 4. Industrieserver hosten inzwischen mehrere Automatisierungsanwendungen, darunter Steuerungslogik und IIoT-Dienste.

Bei großem Maßstab wird Redundanz unerlässlich. RAID-Speicher, VM-Failover und Server-Cluster verringern das Ausfallrisiko in großen Produktionsumgebungen.

Warum sich dieser Wandel gerade jetzt beschleunigt

Moderne Fabriken setzen bereits auf Industrie-PCs für Analysen, OEE-Überwachung und Datenerfassung. vSPS erweitern diese Rechenebene auf die Echtzeitsteuerung.

Diese Konvergenz unterstützt IIoT-Architekturen. Daten können leichter von der Steuerungslogik in Cloud-Analysen fließen, ohne Engpässe durch die Protokollübersetzung.

Auch die zunehmende Nutzung von Edge-Computing treibt diesen Trend voran. Hersteller wünschen sich schnellere Erkenntnisse, ohne das deterministische Verhalten auf Feldebene zu beeinträchtigen.

Die Sicht eines Field Engineers auf den Übergang

Virtuelle SPS werden robuste Steuerungen in kritischen Sicherheitskreisen nicht ersetzen. Sie werden die Steuerungshierarchie erweitern und nicht kritische Automatisierungsaufgaben übernehmen.

Der größte Nutzen zeigt sich in hybriden Systemen. Hochgeschwindigkeitsaufgaben mit deterministischen Anforderungen verbleiben auf dedizierter SPS-Hardware, während Orchestrierung und Datenlogik in virtuelle Umgebungen verlagert werden.

In der Praxis entsteht dadurch eine Architektur mit geteiltem Steuerungsmodell. Die eine Seite gewährleistet deterministische Steuerung. Die andere ermöglicht Skalierbarkeit und die Integration von Analysen.

Die Branche bewegt sich eher auf dieses Gleichgewicht als auf eine vollständige Ablösung zu.

Michael Grant, Reporter für industrielle Systeme, 14 Jahre Erfahrung mit Automatisierungsintegrationsprojekten von Siemens und Schneider Electric