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Was ist ein RTOS? Echtzeitbetriebssysteme in der Industrieautomation

TSL Automation Solutions 6. Mai 2025 Aktualisiert am 18.05.2026

RTOS Echtzeitbetriebssystem industrielle Steuerung, TSL Automation Solutions

Inhaltsverzeichnis

Was ist ein RTOS?

Ein RTOS (Echtzeitbetriebssystem, Real-Time Operating System) ist ein Betriebssystem, das Aufgaben innerhalb garantierter, deterministischer Zeitvorgaben ausführt. Im Gegensatz zu Windows oder Linux, die Durchsatz und Multitasking priorisieren, garantiert ein RTOS, dass eine bestimmte Aufgabe innerhalb eines definierten Zeitfensters ausgeführt wird, typischerweise Mikrosekunden bis Millisekunden, unabhängig von anderen Systemaktivitäten.

Warum die industrielle Automatisierung Echtzeit-Computing braucht

In der Bewegungssteuerung erhält ein Servoantrieb alle 250 Mikrosekunden Positionsbefehle. Verpasst die Steuerung auch nur einen Befehlszyklus, stottert der Motor und die Maschine geht auf Störung. In Sicherheitssystemen muss ein Not-Halt innerhalb von 10 ms nach der Erkennung verarbeitet werden. Standard-Betriebssysteme wie Windows können diese Reaktionszeiten nicht garantieren, weil Hintergrundprozesse (Virenschutz, Betriebssystem-Updates, Treiber-Interrupts) die Aufgabenausführung unvorhersehbar verzögern können.

Verbreitete RTOS-Plattformen

VxWorks: kommerzielles Standard-RTOS für Luft- und Raumfahrt, Verteidigung und industrielle Automatisierung
QNX: POSIX-kompatibles RTOS für Automobil- und Medizingeräte
FreeRTOS: Open-Source-RTOS für Mikrocontroller und IoT-Gateways
PREEMPT_RT Linux: Echtzeit-Patch für Linux, eingesetzt in industriellen Soft-Echtzeit-Anwendungen
Windows CE / Windows IoT: weiche Echtzeit; eingesetzt in HMI-Panels und Bedienterminals

Harte Echtzeit vs. weiche Echtzeit

Harte Echtzeit: Das Verpassen einer Frist ist ein Systemversagen (z. B. Bewegungssteuerung, Sicherheits-SPSen). Weiche Echtzeit: Gelegentlich verpasste Fristen sind tolerierbar (z. B. HMI-Aktualisierungen, Datenaufzeichnung). Die meisten Cermate HMI-Panels laufen mit Embedded Windows CE oder Linux mit weichen Echtzeiteigenschaften, ausreichend für Bedienoberflächen und die SPS-Kommunikation.

Häufig gestellte Fragen

Ein RTOS (Real-Time Operating System, Echtzeitbetriebssystem) ist ein Betriebssystem, das Aufgaben mit garantiertem Zeitverhalten ausführt und Operationen innerhalb eines definierten und deterministischen Zeitfensters abschließt. Im Gegensatz zu Universalbetriebssystemen (Windows, Linux) garantiert ein RTOS, dass Aufgaben mit hoher Priorität stets innerhalb ihrer Frist ausgeführt werden. RTOS werden in SPSen, Motion-Controllern, Sicherheitssystemen und Embedded-Geräten eingesetzt, die harten Echtzeitdeterminismus erfordern.

Harte Echtzeitsysteme garantieren, dass jede Aufgabe innerhalb ihrer Frist abgeschlossen wird: Eine verpasste Frist ist ein Systemfehler (eingesetzt in sicherheitskritischen Steuerungen, ABS-Bremssystemen, Airbag-Steuergeräten, Chirurgierobotern). Weiche Echtzeitsysteme zielen darauf ab, die meisten Fristen einzuhalten, können aber gelegentliche Latenz tolerieren (eingesetzt in Medienstreaming, UI-Aktualisierungen und nicht sicherheitsrelevanter Datenprotokollierung). SPSen arbeiten mit harter Echtzeit, Windows-SCADA-Systeme mit weicher Echtzeit.

Gängige industrielle RTOS sind: VxWorks (Wind River, eingesetzt in Automatisierungssteuerungen von Siemens und Rockwell), QNX (Blackberry, Automobil- und Medizintechnik), FreeRTOS (Open Source, IoT-Geräte auf Mikrocontroller-Ebene), INTEGRITY (Green Hills, sicherheitszertifiziert) sowie proprietäre RTOS in SPS-CPUs (Siemens S7 Firmware, Mitsubishi iQ-R OS). Beckhoff TwinCAT führt eine harte Echtzeit-Kernelerweiterung unter Windows für die PC-basierte Steuerung aus.

Standard-Windows ist nicht echtzeitfähig: Die Scheduling-Latenz von 1 bis 50 ms macht es für die harte Echtzeit-Maschinensteuerung ungeeignet. Echtzeiterweiterungen (IntervalZero RTX64, Acontis EtherCAT Master, Beckhoff TwinCAT) ergänzen einen Echtzeitkernel, der parallel zu Windows läuft und Zykluszeiten von 250 Mikrosekunden bis 1 ms erreicht. Ohne Echtzeiterweiterung übernehmen Windows-Industrie-PCs überwachende Aufgaben, während SPSen die Echtzeitsteuerung übernehmen.

TSL Automation Solutions liefert Avalue Industrie-PCs für Überwachungs- und SCADA-Anwendungen (weiche Echtzeit) sowie Cermate HMI-Panels, die an SPS angebunden werden (die die harte Echtzeitsteuerung übernehmen). Für PC-basierte harte Echtzeitsteuerung mit TwinCAT- oder RTX-Erweiterungen kontaktieren Sie unser Team, um geeignete Avalue Industrie-PC-Konfigurationen zu besprechen, die diese Echtzeiterweiterungen unterstützen.

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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.