Von physischen SPSen zur virtuellen Steuerung: SIMATIC S7-1500V treibt die softwaredefinierte Automatisierung voran

SIMATIC S7-1500V Einführung

01Verlagerung von SPS-Funktionen von dedizierter Hardware in Software

In einem herkömmlichen Automatisierungssystem ist jede SPS ein komplettes Hardwarepaket. Prozessor, Speicher, Kommunikationsschnittstellen, Betriebsumgebung und Steuerungsprogramm sind eng miteinander verbunden. Diese Anordnung liefert vorhersehbare Leistung, doch eine Erhöhung der Steuerungskapazität erfordert in der Regel eine weitere Steuerungseinheit, mehr Schaltschrankplatz, zusätzliche Verkabelung und neue Ersatzteileplanung.

Der SIMATIC S7-1500V verändert diese Beziehung, indem die SPS-Laufzeitumgebung von einem dedizierten Steuerungsgerät getrennt wird. Das Steuerungsprogramm läuft als virtuelle Softwareinstanz auf zugelassener Recheninfrastruktur. Die Steuerungskapazität kann daher an den Anwendungsanforderungen ausgerichtet werden, statt dauerhaft durch einzelne Hardwareeinheiten begrenzt zu sein.

Dieses Modell ist insbesondere für Hersteller relevant, die regelmäßig Produktionsmodule ergänzen, neue Produktvarianten einführen oder ihre Ausrüstung an wechselnde Nachfrage anpassen. Ein Unternehmen könnte standardisierte virtuelle Steuerungskonfigurationen für mehrere ähnliche Produktionszellen erstellen. Wenn zusätzliche Kapazität benötigt wird, können Ingenieure eine weitere genehmigte Instanz bereitstellen, ohne für jede Anwendung ein völlig neues Schaltschrankkonzept zu entwerfen.

Vertrautheit bleibt für Automatisierungsteams wichtig. Die virtuelle Steuerung gewährleistet Kontinuität innerhalb der umfassenden SIMATIC-Umgebung, sodass Ingenieure weiterhin etablierte SPS-Programmierkonzepte, Diagnosemethoden und Automatisierungsstrukturen nutzen können. Dadurch verringert sich die Störung, die häufig mit einer umfassenden Architekturänderung einhergeht.

Virtuelle Steuerung unterstützt zudem eine schrittweise Modernisierung. Anlagen müssen ihre bestehende Steuerungsflotte nicht in einem einzigen Projekt ersetzen. Physische S7-Steuerungen können weiterhin zeitkritische Maschinen steuern, während virtuelle SPSen werden für modulare Prozesseinheiten, Hilfssysteme, Pilotanlagen oder Anwendungen eingeführt, die eine flexible Bereitstellung erfordern.

Die Verlagerung einer Steuerung in Software beseitigt nicht die Notwendigkeit einer disziplinierten Ingenieurtätigkeit. Die Echtzeit-Leistung hängt nach wie vor von den Prozessorressourcen, dem Netzwerkdesign, der Ein-/Ausgabearchitektur, den Zykluszeit-Anforderungen und dem Systemverhalten bei einer Störung ab. Jede virtuelle Steuerungsanwendung muss ordnungsgemäß entworfen, getestet, in Betrieb genommen und dokumentiert werden.

02Industrial Edge verbinden, WinCC OA , und bestehende IT-Infrastruktur

Eine virtuelle SPS entfaltet ihren größten Nutzen, wenn sie als Teil einer koordinierten industriellen Softwareumgebung arbeitet. In dieser Architektur Siemens Industrial Edge verbindet Steuerungsanwendungen mit lokaler Datenverarbeitung, Visualisierungssystemen und zentralen IT-Ressourcen.

Der S7-1500V verwaltet die Automatisierungslogik, während Industrielle Edge-Anwendungen verarbeitet Produktionsinformationen nahe der Maschine oder des Prozesses. Durch lokale Ausführung können Leistungskennzahlen berechnet, Anomalien erkannt und ausgewählte Informationen für Unternehmenssysteme aufbereitet werden, ohne jedes Rohsignal an ein entferntes Rechenzentrum zu senden.

WinCC Open Architecture , allgemein bekannt als WinCC OA , erweitert skalierbar SCADA-Funktionen . In Kombination mit Industrial Edge und der virtuellen SPS kann sie Visualisierungs- und Überwachungsfunktionen näher an virtualisierten Steuerungsworkloads platzieren. Dies ist nützlich für verteilte Anlagen, Energieanlagen, Infrastrukturnetze und große Produktionsstätten, die eine flexible Überwachungsarchitektur benötigen.

Eine praktische Installation könnte umfassen verteilte E/A und Instrumente auf Feld-Ebene, eine S7-1500V instanz für die Steuerung, Industrielle Edge-Anwendungen für lokale Verarbeitung und WinCC OA für die Operatorvisualisierung. Die zentrale IT-Infrastruktur kann dann Identitätsverwaltung, Software-Repositories, Backups, Systemüberwachung und Langzeitspeicherung historischer Daten unterstützen.

Unterstützung für Technologien wie Microsoft Hyper-V und Red Hat OpenShift hilft zudem dabei, industrielle Workloads mit einer Infrastruktur zu verbinden, die Unternehmens-IT-Teams bereits verstehen. Dennoch müssen die Verantwortlichkeiten klar bleiben. Automatisierungsingenieure kennen Prozessrisiken und das Verhalten von Maschinen, während IT-Spezialisten Erfahrung in Virtualisierung, Rechenressourcen, Zugriffsverwaltung und Cybersicherheit einbringen.

Cybersicherheit muss von Anfang an in die Architektur integriert werden. Netzwerksegmentierung, rollenbasierte Zugriffsberechtigung sichere Kommunikation, Zertifikatsverwaltung, Patch-Prozeduren und zuverlässige Backups sind unverzichtbar. Virtualisierung erhöht die Flexibilität, doch die Verfügbarkeit im industriellen Umfeld darf niemals wie eine gewöhnliche Büro-IT-Workload behandelt werden.

03Ein flexiblerer Ansatz für Erweiterung, Upgrades und Lebenszyklus-Management

Einer der deutlichsten Vorteile einer softwaredefinierten Steuerung ist die effizientere Skalierung von Automatisierungssystemen. Bei einem hardwarezentrierten Projekt kann eine Erweiterung einen weiteren SPS-Controller, Gehäuseanpassungen, zusätzliche Stromversorgungen, neue Kommunikationshardware und geplante Elektroarbeiten erfordern. Mit einer virtuellen SPS , lässt sich zusätzliche Steuerungskapazität hingegen durch eine neue Softwareinstanz bereitstellen – vorausgesetzt, Rechenressourcen, Netzwerkleistung, Lizenzierung und Redundanz wurden ordnungsgemäß geplant.

Dies ist besonders wertvoll für modulare Fertigung . Pharmazeutische Skids, Wasseraufbereitungseinheiten, Energiemanagementsysteme, Materialflusseinrichtungen sowie flexible Montagestationen bestehen häufig aus wiederholbaren Funktionsblöcken. Standardisierte Vorlagen für virtuelle Controller verkürzen die Engineering-Zeit und verbessern die Konsistenz, wenn ähnliche Einheiten in mehreren Produktionslinien oder Fabriken eingesetzt werden.

Die softwarebasierte Steuerung verändert auch die Verwaltung von Aktualisierungen. Da die Controller-Laufzeitumgebung nicht dauerhaft an ein physisches Gerät gebunden ist, können Softwareversionen und Rechenhardware unterschiedliche Lebenszykluspläne verfolgen. Ingenieurteams können eine aktualisierte Umgebung vorbereiten, sie unter kontrollierten Bedingungen testen, die Änderung dokumentieren und sie während eines genehmigten Wartungsfensters einführen.

Sicherung und Wiederherstellung können ebenfalls systematischer werden. Genehmigte Konfigurationen, Controller-Programme und virtuelle Instanzen lassen sich zentral verwalten, wodurch Wartungsteams einen klareren Überblick über die an jedem Standort installierte Software erhalten. Falls eine Rechenplattform ersetzt werden muss, kann eine validierte Controller-Umgebung wiederhergestellt werden, ohne die gesamte Anwendung von Grund auf neu zu erstellen.

Diese Vorteile machen industrielle Upgrades jedoch nicht risikofrei. Jede Änderung erfordert weiterhin Kompatibilitätsprüfungen, Funktions-Tests, eine Cybersicherheitsbewertung sowie ein definiertes Wiederherstellungsverfahren. Der eigentliche Lebenszyklusvorteil besteht in einer besseren Kontrolle der Komplexität – darunter klareres Versionsmanagement, transparentere Bereitstellung und geringere Abhängigkeit von zahlreichen Steuerungs-Hardwarevarianten.

04Fazit

Die SIMATIC S7-1500V stellt mehr dar als eine physische SPS, die in eine virtuelle Umgebung übertragen wurde. Sie signalisiert einen umfassenderen Wandel hinsichtlich der Konzeption, Erweiterung und Wartung industrieller Steuerungssysteme.

Durch die Zusammenarbeit mit Siemens Industrial Edge, WinCC OA , und etablierter IT-Infrastruktur verbindet die virtuelle SPS Automatisierungslogik mit lokaler Datenverarbeitung, skalierbarer Visualisierung und zentralisierter Systemverwaltung. Neue Steuerungskapazitäten können flexibler bereitgestellt, Software-Updates systematischer vorbereitet und Lebenszyklusinformationen transparenter verwaltet werden.

Die realistischste Zukunft ist hybride. Physische SPSen werden weiterhin zuverlässige Maschinenebene-Steuerung bieten, während virtuelle SPSen flexibilität dort hinzufügen, wo schnelle Bereitstellung, standardisierte Konfigurationen und skalierbare Rechenleistung Priorität haben. Mit der S7-1500V , bringt Siemens diese beiden Welten zusammen und bietet Herstellern einen praktischen Weg hin zu softwaredefinierter Automatisierung .

05Empfohlene Produkte