Steuerarchitektur

Steuerarchitektur bezeichnet die Struktur und Gestaltung von Systemen, die Prozesse durch Erfassung von Messwerten, Verarbeitung von Daten und Ansteuerung von Stellgliedern kontrollieren. Sie kommt vor allem in Automatisierungs-, Embedded- und Maschinensteuerungsszenarien zum Einsatz.

Ziel ist es, Prozesse zuverlässig, effizient und sicher zu regeln, Regelkreise zu implementieren und die Wartbarkeit sowie Skalierbarkeit der Steuerung zu gewährleisten. Eine gute Steuerarchitektur berücksichtigt Robustheit, Realzeitverhalten und Änderungsmanagement bei Erweiterungen oder Umbauten.

Typische Architekturansätze unterscheiden zentralisierte, dezentralisierte und hybride Strukturen. Zentralisierte Steuerung setzt einen zentralen Controller ein, während dezentrale Architekturen mehrere Steuerungseinheiten an unterschiedlichen Standorten nutzen. Hybride Ansätze kombinieren beide Modelle, um lokale Reaktionszeiten zu verbessern und zentrale Koordination sicherzustellen.

Aufbau erfolgt oft schichtweise: Feldebene mit Sensoren und Aktuatoren, Steuerungsebene mit Controllern (z. B. PLC, DCS, Embedded Controller) und Management- oder Oberflächenebene mit HMI, Historian und Sicherheitsmodulen. Die Kommunikationsinfrastruktur sorgt für den Datenaustausch zwischen den Ebenen und Geräten, häufig über standardisierte Protokolle und Netzwerke.

Typische Komponenten umfassen Sensorik, Aktorik, Regelalgorithmen, Kommunikationsinfrastruktur, Datenspeicherung und Sicherheitsmechanismen. Standards und Schnittstellen wie IEC 61131-3, OPC UA, CAN, Profibus und EtherCAT erleichtern Interoperabilität und Integration in heterogenen Anlagen.

Herausforderungen sind Echtzeitfähigkeit, Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz, Sicherheit und das Management von Lebenszyklus und Wartung. Die Steuerarchitektur entwickelt sich im Zuge von Industrie 4.0 weiter hin zu vernetzten, intelligenten Systemen mit Edge-Computing und umfassender Datenintegration.