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Echtzeit-Computing in der Industrieautomation: Was es in der Praxis bedeutet

TSL Automation Solutions 16. Juli 2024 Aktualisiert am 18.05.2026

Echtzeit-Computing industrielle Automatisierungssteuerung, TSL Automation Solutions

Inhaltsverzeichnis

Was Echtzeit wirklich bedeutet

In der industriellen Automatisierung bedeutet Echtzeit nicht "sehr schnell", sondern deterministisch. Ein Echtzeitsystem garantiert, dass eine Aufgabe innerhalb eines festgelegten Zeitfensters ausgeführt wird, jedes Mal, ohne Ausnahme. Ein Servoregelkreis mit 1 ms Zykluszeit muss seinen Positionsbefehl exakt alle 1 ms ±10 Mikrosekunden erhalten, unabhängig von sonstigen Systemaktivitäten.

Harte Echtzeit vs. weiche Echtzeit

Harte Echtzeit: Das Verpassen einer Deadline ist ein Systemausfall mit physischen Folgen (Überdrehzahl des Motors, Kollision, unsicherer Zustand). Erfordert ein zertifiziertes RTOS.
Weiche Echtzeit: Gelegentlich verpasste Deadlines führen zu verminderter Leistung, aber nicht zu Sicherheitsausfällen. SCADA-Datenaktualisierungen, HMI-Aktualisierungen und Datenaufzeichnung sind Aufgaben mit weicher Echtzeit.

Windows ist kein Echtzeitsystem

Standard-Windows (auch Windows 10 IoT) ist kein Echtzeit-Betriebssystem. Hintergrundprozesse wie Virenscans, Betriebssystem-Updates und Treiber-Interrupts können die Ausführung von Aufgaben um mehrere zehn Millisekunden verzögern. Für Motion Control und Sicherheits-SPS-Anwendungen ist für die Steuerungsebene ein dediziertes RTOS (VxWorks, QNX oder Linux mit PREEMPT_RT-Patch) erforderlich, während Windows nur die HMI- und Datenpräsentationsebene übernimmt.

EtherCAT und Echtzeit-Feldbus

EtherCAT erreicht deterministische Zykluszeiten von 31,25 Mikrosekunden über Standard-Ethernet-Hardware und ermöglicht damit PC-basierten Soft-Motion-Controllern eine harte Echtzeit-Servoregelung ohne dedizierten DSP. Die EtherCAT-Master-Software (TwinCAT, CODESYS usw.) läuft in der Echtzeitpartition eines PC-basierten Steuerungssystems, während Windows oder Linux die Bedien-HMI-Ebene bereitstellt.

Häufig gestellte Fragen

Echtzeit-Computing in der industriellen Automatisierung bedeutet, Steuerungsaufgaben mit garantiertem, deterministischem Timing auszuführen: Verarbeitung und I/O-Aktualisierungen werden innerhalb eines festen Zeitfensters (typischerweise 1 bis 10 ms) ohne verpasste Fristen abgeschlossen. SPS und RTOS-basierte Systeme bieten harte Echtzeitleistung. Standard-Windows-PCs sind nicht echtzeitfähig: Sie eignen sich für übergeordnete Aufgaben (SCADA, Datenprotokollierung), nicht aber für die direkte Maschinensteuerung mit deterministischem Timing.

Harte Echtzeitsysteme garantieren die Einhaltung jeder Frist: Eine verpasste Frist ist ein Systemfehler (eingesetzt in sicherheitskritischen Steuerungen, Motorantrieben und CNC-Maschinen). Weiche Echtzeitsysteme zielen darauf ab, die meisten Fristen einzuhalten: Gelegentliche Latenzspitzen sind akzeptabel (eingesetzt in Datenerfassung, HMI-Aktualisierungen und Alarmverarbeitung). SPSen und dedizierte Motion-Controller sind harte Echtzeitsysteme, Windows-SCADA-Systeme sind weiche Echtzeitsysteme.

Standard-Windows ist kein Echtzeitbetriebssystem: Es hat eine nicht deterministische Interrupt-Verarbeitung und Scheduling-Latenzen von 1 bis 50 ms. Für Echtzeitsteuerung auf Windows-Hardware kann eine Echtzeiterweiterung (etwa Acontis EtherCAT Master, IntervalZero RTX oder TwinCAT) deterministische Zykluszeiten von 1 ms oder weniger erreichen. Ohne Echtzeiterweiterung sollten Windows-PCs nur überwachende Aufgaben übernehmen, keine direkte Maschinensteuerung.

Harte Echtzeitleistung in der Automatisierung liefern SPS (Siemens S7, Mitsubishi iQ-R, Delta AS), dedizierte Motion-Controller, Industrie-PCs mit Echtzeit-Betriebssystemerweiterungen (RTX, TwinCAT, EtherCAT-Master-Software) und FPGA-basierte I/O-Systeme. Der Industrie-PC dient als leistungsstarker SCADA-Server oder HMI-Host; die SPS oder der Echtzeit-Controller übernimmt die deterministische Maschinensteuerung.

TSL Automation Solutions liefert Avalue Industrie-PCs für SCADA, Datenerfassung und übergeordnete Automatisierungsaufgaben, die eine weiche Echtzeitfähigkeit unter Windows erfordern. Für Bedienoberflächen auf Maschinenebene, die an SPS mit harter Echtzeitsteuerung angebunden sind, liefern wir Cermate HMI-Panels. Wenden Sie sich an unser Team in Mumbai, um Ihre konkreten Echtzeitanforderungen zu besprechen.

Schlagwörter: Echtzeitverarbeitung Industrie deterministisches Steuerungssystem Echtzeit-Industrie-PC Motion Control Echtzeit weiche vs. harte Echtzeit PREEMPT RT Linux industriell

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TSL Automation Solutions

Marketingleiterin, TSL Automation Solutions

Sanjana berichtet über Trends in der Industrieautomation, Produkteinführungen und Technologiethemen für TSL Automation Solutions, einen Distributor für HMI, Panel-PCs und Embedded-Computing-Systeme mit Sitz in Mumbai, der Hersteller in ganz Indien und weltweit beliefert.