Der Erfolg eines Automatisierungssystems hängt nicht allein von der Prozessorleistung der PLC ab. Die Programmiersprachen für das Steuerungsprogramm, die Erfassungsorte der Feldsignale, Zyklus- und Netzwerkzeiten, Umgebungsbedingungen der Remote-I/O-Stationen, die Sicherheitsarchitektur, das Diagnosekonzept und die zukünftige Erweiterungsplanung sind Bestandteile derselben Systementscheidung. Das Steuerungstechnikportfolio von Phoenix Contact umfasst PLCnext Control-Steuerungen, die Software PLCnext Engineer, die Remote-I/O-Systeme Axioline F, Axioline E und Axioline P, Axioline Smart Elements-Module sowie Modernisierungsoptionen für bestehende Inline-Stationen innerhalb einer gemeinsamen Automatisierungsarchitektur.
Dieser Leitfaden ordnet die Produkte nach Steuerungs-, Kommunikations- und I/O-Aufgaben, anstatt sie lediglich nach Markennamen aufzulisten. Numerische technische Angaben beziehen sich auf die genannte Artikelnummer oder auf ausdrücklich angegebene Bedingungen einer Produktfamilie. Die Netzwerkkapazität einer Steuerung, die Kanalzahl eines I/O-Moduls oder der Temperaturbereich einer Produktfamilie dürfen nicht automatisch auf andere Varianten übertragen werden. Die endgültige Architektur muss anhand aktueller Produktdatenblätter, Softwareversionen, Protokollkompatibilität, Cybersicherheitsrichtlinien und der Risikobeurteilung der Maschine überprüft werden.
Beginnen Sie die Steuerungsarchitektur mit einer Aufgabenliste
Vor der Auswahl einer Steuerung müssen Echtzeitaufgaben, Bewegungs- oder Prozesszyklen, die Anzahl digitaler und analoger Kanäle, Sonderfunktionen, die Geräteanzahl im Netzwerk und die Datenflüsse dokumentiert werden. Hinzu kommen IT-Aufgaben wie Rezeptverwaltung, Datenbankanbindung, Berichtswesen, Fernzugriff und Cloud-Integration. Wird festgelegt, ob eine Funktion auf der Steuerung, einem Industrie-PC, einem Edge-Gerät oder einem übergeordneten System ausgeführt wird, basiert die Prozessor- und Softwareauswahl auf konkreten Anforderungen.
PLCnext Technology konzentriert sich darauf, klassische IEC 61131-3-Programmierung mit Hochsprachen-Entwicklungsansätzen wie C/C++, C# und MATLAB Simulink in derselben Automatisierungsumgebung zu verbinden. Phoenix Contact bietet PLCnext Engineer als Engineering-Plattform an, die Konfiguration, IEC 61131-3-Programmierung, Visualisierung und Diagnose zusammenführt. Die zu verwendende Sprache, Laufzeitkomponente, Lizenz und Unterstützung der Zielhardware müssen jedoch zu Projektbeginn geprüft werden. Die Unterstützung einer Sprache durch das Ökosystem bedeutet nicht, dass jede Bibliothek für den echtzeitfähigen und sicheren Einsatz geeignet ist.
Offene und skalierbare Steuerung mit PLCnext Control
PLCnext Control-Geräte der Axiocontrol-Serie werden in unterschiedlichen Leistungsklassen angeboten. Die Steuerungen lassen sich über den Axioline F-Lokalbus mit I/O-Modulen erweitern. Bei bestimmten Steuerungen können linksseitig Erweiterungen für Sicherheitsfunktionen, zusätzliches Ethernet oder künstliche Intelligenz angeschlossen werden. Dieser modulare Ansatz ermöglicht unter einem gemeinsamen Technologiedach unterschiedliche Hardwareoptionen – von der grundlegenden Maschinensteuerung bis zu Anwendungen mit höheren Anforderungen an Leistung und funktionale Sicherheit.
Offenheit darf nicht als unbegrenzte oder unkontrollierte Softwareinstallation verstanden werden. Für jede im Projekt eingesetzte Bibliothek und Anwendung werden Version, Herkunft, Lizenz, Aktualisierungsverfahren und Auswirkungen auf die Cybersicherheit dokumentiert. Steuerungsprogramm und IT-Komponenten werden hinsichtlich Ressourcenverbrauch und Berechtigungen getrennt. Benutzerrollen, Zertifikatsverwaltung, sichere Netzwerksegmente sowie Sicherungs- und Aktualisierungspläne werden bereits vor der Inbetriebnahme festgelegt. Insbesondere Fernzugriffe und Cloud-Verbindungen müssen im Rahmen der Sicherheitsrichtlinien und Netzwerkarchitektur der Anlage freigegeben werden.
Konkretes Steuerungsbeispiel: AXC F 2152
Der AXC F 2152 mit der Artikelnummer 2404267 ist eine modulare PLCnext Control-Steuerung mit Yocto/Linux-Echtzeitbetriebssystem sowie Programmiermöglichkeiten nach IEC 61131-3 und in Hochsprachen. Die aktuelle Produktseite nennt zwei Arm Cortex-A9-basierte Prozessorkerne mit jeweils 800 MHz, 512 MB DDR3 RAM, 512 MB internen Flash-Speicher und 48 kB NVRAM. Diese Hardwaredaten gelten für den AXC F 2152 und nicht für die gesamte PLCnext Control-Familie. Neuere oder leistungsfähigere Steuerungen können andere Prozessor- und Speicherarchitekturen verwenden.
Die Produktseite des AXC F 2152 nennt maximal 63 Lokalbusgeräte pro Axioline F-Station und insgesamt höchstens 1.482 Byte Prozessdaten für Ein- und Ausgänge. Auf PROFINET-Seite verfügt das Produkt sowohl über Controller- als auch über Device-Funktionalität. Die veröffentlichte minimale Aktualisierungszeit beträgt 1 ms für vier Geräte und 16 ms für 64 Geräte. Diese Angaben garantieren nicht automatisch die Zykluszeit der Anwendung. Programmlast, Netzwerktopologie, Gerätekonfiguration und Kommunikationsverkehr müssen in die Berechnung der tatsächlichen Leistung einbezogen werden.
Der Hersteller gibt für den AXC F 2152 einen nach IEC 62443-4-1 zertifizierten Entwicklungsprozess und eine Produktzertifizierung nach IEC 62443-4-2 an. Zu den Zertifizierungsbedingungen verweist er auf die Anwenderdokumentation. Diese Zertifizierungen sind wichtige Produkteigenschaften, machen das Anlagennetzwerk allein jedoch nicht sicher. Sichere Installation, Benutzerverwaltung, aktuelle Software, Netzwerksegmentierung, Datensicherung, Ereignisprotokollierung und Wartungsverfahren bleiben Aufgaben des Systemintegrators.
Axioline F: modulare I/O für den Schaltschrank
Axioline F ist ein blockmodulares I/O-System für den Schaltschrank. Das Portfolio umfasst neben digitalen und analogen Ein- und Ausgängen auch Module für spezielle Funktionen wie Temperaturerfassung, Kommunikation, Zähler und funktionale Sicherheit. Die Station kann direkt von einer PLCnext Control gesteuert oder über einen geeigneten Buskoppler als Remote-I/O an das übergeordnete Steuerungssystem angebunden werden. Diese Unterscheidung beeinflusst, ob die Steuerungsaufgabe dezentral im Feld oder zentral ausgeführt wird und welches Verhalten bei einem Netzwerkausfall erwartet wird.
Phoenix Contact hebt bei der Axioline F-Familie die Push-in-Anschlusstechnik, eine übersichtliche Verdrahtung und eine robuste mechanische Konstruktion hervor. Die Familienseite nennt Vibrationsfestigkeit bis 5g, Dauerschockfestigkeit von 10g und Schockfestigkeit von 30g. Der erweiterte Temperaturbereich von −40 bis +70 °C ist insbesondere für XC-Versionen angegeben. Es darf nicht davon ausgegangen werden, dass jedes standardmäßige Axioline F-Modul diesen Bereich abdeckt. Auch Zulassungen für maritime Anwendungen, explosionsgefährdete Bereiche oder funktionale Sicherheit müssen jeweils für den ausgewählten Artikel geprüft werden.
Konkretes Buskopplerbeispiel: AXL F BK ETH
Der AXL F BK ETH mit der Artikelnummer 2688459 ist ein IP20-Buskoppler, der ein Modbus/TCP (UDP)-Netzwerk mit dem Axioline F-Lokalbus verbindet. Die Produktseite nennt Ethernet mit 10/100 Mbit/s an zwei RJ45-Schnittstellen, eine Übertragungsrate von 100 Mbit/s auf dem Axioline F-Lokalbus und maximal 63 anschließbare Lokalbusgeräte pro Station. Die Nennversorgung beträgt 24 V DC. Der veröffentlichte Toleranzbereich einschließlich Restwelligkeit liegt bei 19,2–30 V DC. Diese Werte dürfen nur unter Berücksichtigung der Hardware-Revisionen des Artikels 2688459 und der Hinweise im Datenblatt verwendet werden.
Dieses Beispiel zeigt, dass die Bezeichnung „Ethernet-Buskoppler“ allein nicht ausreicht. Das Protokoll des übergeordneten Netzwerks, die Client-Server-Rolle des Steuerungssystems, IP-Adressierung, erwartete Zykluszeiten, Redundanz, Porttopologie und Gerätebeschreibungsdateien müssen vorab festgelegt werden. Soll PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT oder ein anderes Protokoll eingesetzt werden, ist der entsprechende Axioline F-Buskoppler auszuwählen. Die Modbus/TCP-Funktionalität des AXL F BK ETH umfasst nicht automatisch andere Protokolle.
Hohe Kanaldichte mit Axioline Smart Elements
Axioline Smart Elements sind steckbare Module, die selbst keine Buskommunikation bereitstellen und jeweils eine bestimmte I/O-Funktion erfüllen. Die Kommunikation erfolgt über die Backplane oder den Träger, der das Smart Element mit dem geeigneten I/O-System verbindet. Phoenix Contact gibt für ein Smart Element bis zu 16 Anschlüsse auf 15 × 62 mm sowie Leiteranschlüsse bis 1,5 mm² mit Aderendhülse mit Kunststoffkragen an. Die Push-in-Technologie hilft dabei, die Signalverdrahtung auch auf engem Raum zugänglich zu halten.
Axioline F-Backplanes sind mit vier oder sechs Smart Element-Steckplätzen erhältlich. Die zweireihige Anordnung kann die Stationsbreite reduzieren. Unterschiedliche Module für digitale Ein- und Ausgänge, Analogfunktionen, Temperaturmessung und serielle Kommunikation können innerhalb derselben Systemarchitektur berücksichtigt werden. So ist der AXL SE RS485 EF mit der Artikelnummer 1507978 ein IP20-Kommunikationsmodul mit einer RS-485-Schnittstelle, Übertragungsraten von 100 bit/s bis 230.400 bit/s und Modbus/RTU-Client-Server-Unterstützung. Die tatsächlichen Prozessdaten, der Protokollmodus und die Zyklusanforderungen müssen anhand der vollständigen Produktdokumentation überprüft werden.
Welche Anforderungen erfüllen Axioline E und Axioline P?
Die Führung jedes Signals zum zentralen Schaltschrank kann Kabellängen, Klemmenanzahl und Inbetriebnahmezeit erhöhen. Axioline E ist als Remote-I/O-System in Blockbauweise für die schaltschranklose Montage in Maschinen- oder Prozessnähe ausgelegt. Die Produktseite von Phoenix Contact beschreibt Axioline E-Varianten für Umgebungen mit Anforderungen an IP65/IP67 und mit M12-Anschlusstechnik. Bei der Feldmontage werden Netzwerkprotokoll, Leistungskodierung, Portanzahl, I/O-Typ, Sensorversorgungsstrom, Kabeltopologie und das Verschließen ungenutzter Ports mit geeigneten Schutzkappen gemeinsam geplant.
Axioline P konzentriert sich hingegen auf Prozessanwendungen mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen. Das Portfolio umfasst redundante PROFINET-Busanbindungen, digitale und analoge I/O-Optionen, einen erweiterten Temperaturbereich sowie im laufenden Betrieb austauschbare Standard- oder eigensichere I/O-Module. „Hot-Swap“ bietet zwar Vorteile bei der Wartung, bedeutet jedoch nicht, dass jedes Modul im vorgesehenen Bereich unter Spannung gezogen und gesteckt werden darf. Die Einstufung des explosionsgefährdeten Bereichs, der Eigensicherheitsnachweis, die Redundanzarchitektur und das Herstellerverfahren müssen produkt- und anlagenspezifisch geprüft werden.
Trennen Sie I/O für funktionale Sicherheit von Standard-I/O
Sicherheitssensoren oder Signale für einen sicheren Stopp dürfen nicht wie standardmäßige Digitaleingänge ausgewählt werden. Der AXL F PSDI8/4 1F mit der Artikelnummer 2701559 ist ein Axioline F-Sicherheitseingangsmodul für das PROFIsafe-System. Das Produkt bietet vier zweikanalige oder acht einkanalige sichere Digitaleingänge, 24 V DC-Eingänge sowie Anschlussmöglichkeiten in 2-, 3- oder 4-Leitertechnik. Die Produktseite nennt ausschließlich die Anbindung des Moduls an Steuerungen von Phoenix Contact oder Siemens. Diese Kompatibilitätsgrenze muss in der Projektarchitektur eingehalten werden.
Die Kanalzahl eines Sicherheitsmoduls bestimmt nicht allein das erforderliche Sicherheitsniveau. Sensorarchitektur, ein- oder zweikanalige Ausführung, Kurzschluss- und Querschlussdiagnose, Testimpulse, Reaktionszeit, Kabelführung und die sichere Abschaltung auf der Aktorseite müssen gemeinsam berechnet werden. Auch wenn PROFIsafe-Kommunikation und standardmäßiger PROFINET-Verkehr dasselbe physische Netzwerk nutzen können, müssen Adressierung, F-Parameter, Validierung und Änderungsmanagement gemäß dem Sicherheitslebenszyklus erfolgen.
Vergleichen Sie Steuerungs- und I/O-Optionen
| Aufgabe oder Umgebung | Zu prüfende Lösung | Wesentliche Auswahlkriterien |
|---|---|---|
| Maschinen- oder Anlagensteuerung | PLCnext Control | Programmlast, Sprache, Zykluszeit, Netzwerke, Speicher, Sicherheit und Erweiterung |
| Modulare Signalerfassung im Schaltschrank | Axioline F | Kanaltyp, Busprotokoll, Stationsgrenzen, Temperatur und Sonderfunktionen |
| Hohe I/O-Dichte auf engem Raum | Axioline Smart Elements | Trägerkompatibilität, Steckplatzanzahl, Kanalfunktion und Leiterquerschnitt |
| Schaltschranklose Remote-I/O direkt an der Maschine | Axioline E | IP-Schutzart, M12-Ports, Netzwerkprotokoll, Leistung und Umgebungsbedingungen |
| Prozessanwendungen und hohe Verfügbarkeit | Axioline P | Redundanz, Hot-Swap, Ex-/eigensichere Kanäle und Temperatur |
| Modernisierung einer bestehenden Inline-Station | Umstieg auf PLCnext mit Inline-Adapter | Bestehende Module, Firmware, Datenzuordnung, Stillstandszeit und schrittweise Migration |
| Hardwareunabhängiger Steuerungsansatz | Virtual PLCnext Control | Host-Infrastruktur, Echtzeitfähigkeit, Lizenz, Redundanz, OT/IT-Sicherheit und Wartung |
Bestehende Systeme schrittweise modernisieren
Phoenix Contact bietet einen adapterbasierten Modernisierungsansatz, um bestehende Inline-I/O-Stationen mit PLCnext Control zu nutzen. So kann die Steuerungsebene schrittweise erneuert werden, anstatt die gesamte Feldverdrahtung auf einmal auszutauschen. Dennoch darf nicht davon ausgegangen werden, dass jedes bestehende Inline-Modul, jede Sonderfunktion und jede Firmwareversion unterstützt wird. Die bisherige Datenzuordnung, Diagnosebits, Analogskalierungen, Sicherheitsfunktionen und die Ersatzteilsituation müssen einzeln erfasst werden.
Virtual PLCnext Control stellt die PLCnext-Architektur als softwarebasierte Steuerung in einem OCI-Container bereit. Zu den wesentlichen Merkmalen der Produktfamilie gehören PROFINET-Controller- oder -Device-Funktionalität, webbasiertes Management sowie Programmiermöglichkeiten nach IEC 61131-3 und in Hochsprachen. Eine virtuelle Steuerung sollte nicht als einfache Installation verstanden werden, die Hardware überflüssig macht; Echtzeitverhalten, unterstützte Plattform, Netzwerkkarte, Host-Redundanz, Ressourcenzuweisung, Lizenzierung, Datensicherung und Cybersicherheitsbetrieb sind grundlegende Bestandteile der Architektur.
Ablauf von Engineering und Inbetriebnahme
- Funktionen klassifizieren: Trennen Sie Echtzeitsteuerung, Standard-I/O, funktionale Sicherheit, Prozessfunktionen, Datenerfassung und IT-Funktionen.
- I/O-Liste detaillieren: Dokumentieren Sie Kanaltyp, Signalpegel, Sensorversorgung, Filter, Skalierung und Fehlerverhalten.
- Einbauort festlegen: Entscheiden Sie, ob das Signal im Schaltschrank, an der Maschine oder im Prozessfeld erfasst werden soll.
- Protokoll auswählen: Stellen Sie sicher, dass Steuerung, Busmodul und Feldgeräte hinsichtlich Netzwerkrolle und angestrebter Aktualisierungszeit aufeinander abgestimmt sind.
- Kapazität berechnen: Vergleichen Sie Geräteanzahl, Prozessdatenumfang, Zykluszeit, Leistungsbudget und Stationsstrom mit den Produktgrenzwerten.
- Cybersicherheit planen: Erstellen Sie Richtlinien für Benutzer, Zertifikate, Netzwerksegmentierung, Fernzugriff, Patches und Datensicherung.
- Funktionale Sicherheit validieren: Trennen Sie Standard-I/O und sichere I/O; stellen Sie die Rückverfolgbarkeit von der Risikobeurteilung bis zu den Sicherheitsfunktionen her.
- Tests protokollieren: Dokumentieren Sie Kanaltests, Netzwerklast, Fehlerszenarien, Neustart, Wiederherstellung aus einer Datensicherung und die Validierung der funktionalen Sicherheit.
Erforderliche Angaben für ein Angebot
- Maschinen- oder Prozessbeschreibung, Regelkreise und erwartete Programmzykluszeit
- IEC 61131-3, C/C++, C#, MATLAB Simulink oder weitere Entwicklungsanforderungen
- Vollständige Kanalliste für digitale und analoge Signale, Temperaturmessung, Zähler, serielle Kommunikation und funktionale Sicherheit
- Einbauort jeder Station, IP-Schutzart, Temperatur, Vibration und Einstufung hinsichtlich explosionsgefährdeter Bereiche
- Anforderungen an PROFINET, Modbus/TCP, EtherNet/IP oder andere Netzwerkprotokolle sowie an die Topologie
- Berechnung von Geräteanzahl, Prozessdatenumfang, Leistung und Erweiterungsmöglichkeiten je Steuerung und I/O-Station
- Redundanz, Hot-Swap, unterbrechungsfreier Betrieb und zulässige Stillstandszeit bei Wartungsarbeiten
- Ziele der funktionalen Sicherheit, F-I/O-Kanäle und Anforderungen an die Steuerungskompatibilität
- Anforderungen an Cloud-Anbindung, übergeordnetes System, Datenbank, Fernzugriff und Zeitsynchronisation
- Bestandsaufnahme der vorhandenen Inline- oder sonstigen I/O-Infrastruktur und Plan für die schrittweise Migration
Mit diesem Datensatz wird das Steuerungs- und I/O-Portfolio von Phoenix Contact über die reine Komponentenauswahl hinaus zur Grundlage einer nachhaltigen Automatisierungsarchitektur. Oskon kann Steuerungsleistung, I/O-Anordnung, Kommunikationslast, Sicherheitsanforderungen und Wartungsstrategie gemeinsam bewerten und daraus eine geeignete PLCnext Control- und Axioline-Konfiguration erstellen. Vor der Bestellung müssen Artikelnummern, Hardware-Revisionen, Firmware-Kompatibilität, Lizenzen und Zertifikate anhand der aktuellen Phoenix Contact-Dokumentation verbindlich geklärt werden.
