Die Zukunft steuern: 7 Trends in industriellen Steuerungssystemen

Industrielle Steuerungssysteme (ICS) sind das Rückgrat der modernen Industrie und spielen eine entscheidende Rolle beim Betrieb und der Verwaltung vieler Prozesse. Durch eine Kombination aus Software und Hardware überwachen und regulieren diese Systeme Maschinen, Produktionslinien und andere kritische Aktivitäten. Mit dem weiteren Voranschreiten in die Ära von Industrie 4.0 wird immer deutlicher, wie sehr wir auf Fortschritte bei elektronischen Komponenten angewiesen sind, um diese industriellen Steuerungssysteme zu verbessern und zu modernisieren.

In der sich schnell entwickelnden technologischen Landschaft von heute entwickeln sich sowohl die Art der industriellen Steuerungssysteme als auch ihre integralen Komponenten ständig weiter. Dies unterstreicht die Bedeutung für Elektronikingenieure, über die neuesten Trends, Technologien und Komponenteninnovationen informiert zu bleiben.

In diesem Artikel werden wir fünf vorherrschende Arten von Steuerungssystemen und ihre Schlüsselkomponenten beleuchten und dann auf sieben Trends eingehen, die die Welt der industriellen Steuerung prägen. Indem Ingenieure diese Systeme und Trends verstehen und nutzen, können sie ihre Projekte optimieren, was zu innovativeren und effizienteren Lösungen führt.

Arten von industriellen Steuerungssystemen

Industrielle Steuerungssysteme gibt es in einer Vielzahl von spezialisierten Formaten, die jeweils auf die spezifischen Bedürfnisse innerhalb des weiten Feldes industrieller Operationen zugeschnitten sind. Einer der Grundpfeiler dieses Bereichs ist der Programmable Logic Controller (PLC). PCSs sind robuste Computer, die ausdrücklich für industrielle Umgebungen konzipiert wurden und eine entscheidende Rolle bei der Steuerung einer Vielzahl von Fertigungsprozessen spielen. Wesentlich für ihre Funktion sind Mikroprozessoren, die die Datenverarbeitung übernehmen, modulare I/O-Systeme, die flexible Konfigurationen ermöglichen, Ethernet-Module, die nahtlose Konnektivität gewährleisten, und nichtflüchtiger Speicher, der die Datenspeicherung garantiert.

Dann gibt es Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)-Systeme. Diese Systeme glänzen in Szenarien, die Überwachung und Management umfangreicher Prozesse erfordern, insbesondere in Sektoren wie der Wasseraufbereitung und der Stromverteilung. Ihre Effizienz wird durch Datenerfassungsmodule, kabellose Kommunikationschips die den Ferntransfer von Daten erleichtern, und touchfähige HMI-Displays die die Benutzerinteraktivität und das Feedback verbessern, angetrieben.

Ein weiterer kritischer Systemtyp in der industriellen Steuerungslandschaft ist das verteilte Steuerungssystem (DCS). Entwickelt, um Prozesse in bestimmten Bereichen oder Einrichtungen zu bedienen, finden DCSs besonders in kontinuierlichen Fertigungsprozessen ihre Nische. Ihre Leistungsfähigkeit wird durch hochgeschwindigkeitsprozessoren, redundante Kommunikationsmodule und die Integration von AI-Chips gesteigert, die komplexe analytische Aufgaben ermöglichen. Eine Brücke zwischen menschlichen Bedienern und komplexen Maschinen, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), darf nicht übersehen werden. Diese Schnittstellen dienen als Fenster, das Einblicke in Echtzeitdaten und Metriken zur Systemleistung bietet. Ihre Wirksamkeit beruht auf leistungsstarken GPUs, die hochauflösende Displays, kapazitive Touchscreen-Module für eine intuitive Benutzererfahrung und nahtlos integrierte eingebettete Systeme antreiben.

Unser Überblick über die primären Arten von ICS wäre ohne Industrie-PCs unvollständig. Diese sind speziell für industrielle Anwendungen entwickelte Computer, die selbst unter herausfordernden Bedingungen eine zuverlässige Leistung bieten. Sie sind mit Funktionen wie stoßfesten SSDs, fortschrittlichen Wärmemanagementsystemen zur Bewältigung unterschiedlicher Temperaturen und vielseitigen I/O-Schnittstellen ausgestattet, um eine Reihe von Geräten anzuschließen.

Die Verbesserungen und Innovationen in diesen industriellen Steuerungssystemen werden durch Fortschritte bei elektronischen Komponenten vorangetrieben. Mit jedem Technologiesprung, von verbesserten Prozessoren und Sensoren bis hin zu fortschrittlichen Kommunikationsmodulen, werden die Effizienz und die Fähigkeiten industrieller Operationen exponentiell gesteigert.

Neue Trends in industriellen Steuerungssystemen

Programmierbare Steuerungssysteme wie PLC- und DCS-Systeme sind seit über einem halben Jahrhundert präsent. Dennoch erleben sie dank schneller Fortschritte wie schnelleren Prozessoren, erweitertem Speicher und erhöhter Funktionalität jährliche Upgrades. Das Forschungsunternehmen Mordor Intelligence prognostiziert für den Markt der industriellen Steuerungssysteme von 2023 bis 2028 ein robustes Wachstum von 8,9 % CAGR, was auf eine vielversprechende Zukunft des Sektors hinweist.

Die folgenden sind sieben einflussreiche Trends, die die industrielle Steuerung heute prägen:

1. Internet der Dinge & Industrie 4.0

Ein bedeutender Trend ist die Integration von Internet-der-Dinge (IoT)-Geräten und Industrie 4.0. Dieser Trend bietet Elektronikingenieuren die Möglichkeit, intelligentere und stärker vernetzte Systeme zu entwerfen und zu implementieren. Durch die Nutzung von IoT-fähigen Sensoren und konnektivitätsfähigen Komponenten können Ingenieure Echtzeitdaten sammeln und bessere Überwachungs- und Steuerungsfähigkeiten erreichen. Dieser datengesteuerte Ansatz ermöglicht es Ingenieuren, ihre Entwürfe zu optimieren, die Effizienz zu verbessern und prädiktive Wartungsstrategien zu implementieren, wodurch die Gesamtleistung industrieller Systeme verbessert wird.

2. Edge Computing

Ein weiterer Trend, auf den Elektronikingenieure achten sollten, ist der Aufstieg des Edge Computings. Getrieben durch schnellere Datenverarbeitung und niedrige Latenzzeiten ermöglicht Edge Computing Ingenieuren, Berechnungen näher an der Datenquelle durchzuführen, Datenübertragungsverzögerungen zu reduzieren und die Echtzeit-Entscheidungsfindung in kritischen industriellen Anwendungen zu verbessern. Durch die Integration von leistungsstarken Prozessoren, Speichermodulen und Stromversorgungssystemen können Ingenieure Edge-Computing-Lösungen mit verbesserter Reaktionsfähigkeit, reduzierter Netzwerkbelastung und erhöhter Autonomie effektiv implementieren.

3. Cybersicherheit

Cybersecurity ist ein entscheidender Aspekt moderner industrieller Steuerungssysteme. Da diese Systeme immer stärker vernetzt werden, wird der Schutz vor Cyberbedrohungen zunehmend wichtiger. Durch die Integration neuer sicherer Chips und Komponenten mit eingebauten Sicherheitsfunktionen können Ingenieure die Integrität und Vertraulichkeit kritischer Daten gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht die Implementierung robuster Sicherheitsprotokolle in ihren Entwürfen eine sichere Kommunikation und Authentifizierung, um Systeme vor potenziellen Cyberangriffen zu schützen.

4. Künstliche Intelligenz & Maschinelles Lernen

Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) revolutionieren industrielle Steuerungssysteme, indem sie die nächste Generation der prädiktiven Wartung und Optimierung ermöglichen. Elektronikingenieure können die Kraft von KI und ML nutzen, indem sie spezialisierte Chips und Komponenten in ihre Entwürfe integrieren. Diese Komponenten ermöglichen eine schnellere Datenverarbeitung, verbesserte Mustererkennung und erweiterte Entscheidungsfindungsfähigkeiten. Durch den Einsatz von KI- und ML-Technologien können Ingenieure intelligente Systeme entwickeln, die sich dynamisch an verändernde Bedingungen anpassen, Anomalien identifizieren und Operationen optimieren. 

5. Grüne und nachhaltige Fertigung

Durch die Auswahl von energieeffizienten Komponenten und nachhaltigen Materialien können Ingenieure den Energieverbrauch reduzieren und die Umweltauswirkungen von industriellen Steuerungssystemen minimieren. Die Integration dieser Komponenten in ihre Entwürfe steht nicht nur im Einklang mit dem weltweiten Streben nach umweltfreundlichen Praktiken, sondern hilft auch Industrien, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen. Durch ihre bewussten Entscheidungen tragen Elektronikingenieure zur Gesamtnachhaltigkeit industrieller Abläufe bei und ebnen den Weg für eine grünere Zukunft.

6. Drahtlostechnologie

Drahtlostechnologie transformiert industrielle Steuerungssysteme und bietet Elektronikingenieuren beispiellose Flexibilität und Mobilität. Ingenieure können sich auf zuverlässige drahtlose Kommunikationskomponenten, wie niedrigenergetische drahtlose Module und robuste Kommunikationsprotokolle, stützen, um Systeme mit nahtloser und zuverlässiger drahtloser Konnektivität zu entwerfen. Elektronikingenieure können diese Technologien nutzen, um vielseitige und anpassbare Systeme zu schaffen, die leicht implementiert und skaliert werden können, um sich an die sich entwickelnden industriellen Anforderungen anzupassen.

7. Modulare und skalierbare Systeme

In der Ära modularer und skalierbarer Systeme können Elektroingenieure industrielle Steuerungssysteme entwerfen, die leicht erweiterbar und an wechselnde Bedürfnisse anpassbar sind. Durch die Nutzung von modularen Komponenten können Ingenieure spezifische Module schnell integrieren oder ersetzen, um neue Funktionalitäten oder Upgrades zu berücksichtigen. Diese Modularität erleichtert die Systemflexibilität und Skalierbarkeit und ermöglicht es Ingenieuren, ihre Entwürfe effizient an sich entwickelnde Anforderungen anzupassen. Elektroingenieure können auch Plug-and-Play-Ansätze nutzen, um die Systemintegration zu vereinfachen, die Entwicklungszeit zu reduzieren und nahtlose Erweiterungen oder Modifikationen zu ermöglichen.

Ausblick

Zusammenfassend ist es für Elektroingenieure von größter Bedeutung, sowohl die wichtigsten Trends in der industriellen Steuerung als auch die grundlegenden Systeme und ihre Komponenten im Blick zu behalten. Diese Entwicklungen zu umarmen, stellt sicher, dass Ingenieure kontinuierlich verbesserte Entwürfe und überlegene Endprodukte liefern können. Jeder Trend und Fortschritt bietet neue Möglichkeiten, verschiebt die Grenzen des Möglichen und formt kontinuierlich die Zukunft der industriellen Steuerungssysteme.