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Was ist Automatisierungstechnik?
Automatisierungstechnik ermöglicht die selbstständige Steuerung und Regelung von Produktionsprozessen per Software und Hardware. Sie ist die Ingenieurdisziplin, die Maschinen, Anlagen und Prozesse so ausrüstet, dass sie ihre Aufgaben ohne ständiges menschliches Eingreifen ausführen: Sensoren erfassen den Zustand, Steuerungen entscheiden, Aktoren greifen ein, und Leitsysteme machen das Geschehen für Menschen sichtbar. Ihre Hauptaufgabe ist das Messen, Steuern und Regeln von Produktionsanlagen und Maschinen; dazu kommen Überwachung, Visualisierung und die Verbindung zur Unternehmenssoftware.
Der Begriff fasst mehrere Teilgebiete zusammen, die in der Ausbildung oft getrennt gelehrt werden: Messtechnik, Steuerungstechnik, Regelungstechnik, Antriebstechnik, Kommunikationstechnik, Leittechnik und Robotik. In der Praxis treten sie immer gemeinsam auf. Ein automatisches Lager, eine Abfülllinie oder eine Fördertechnikanlage enthält alle davon, und die eigentliche Ingenieurleistung liegt darin, sie zu einem System zu verbinden.
In der Intralogistik ist Automatisierungstechnik die Grundlage jeder automatischen Anlage: Regalbediengeräte, Fördertechnik, Fahrerlose Transportsysteme und Kommissioniersysteme sind Automatisierungstechnik in Bewegung, und die Software darüber, vom Materialflussrechner bis zum Lagerverwaltungssystem, ist ohne die Ebene der Sensoren und Steuerungen nicht denkbar.
Was ist der Unterschied zwischen Mechanisierung, Automatisierung und Automation?
Die Begriffe beschreiben Stufen desselben Wegs. Mechanisierung ersetzt menschliche Muskelkraft durch Maschinen; der Mensch steuert und überwacht weiter, etwa am Gabelstapler oder an der handbedienten Presse. Automatisierung überträgt auch das Steuern und Überwachen auf technische Einrichtungen; der Mensch gibt Ziele vor und greift bei Störungen ein. Die inzwischen zurückgezogene DIN V 19233 definierte Automatisierung als das Ausrüsten einer Einrichtung, sodass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet; die Begriffe der Leittechnik führt heute die DIN IEC 60050-351.
Automation bezeichnet im Deutschen teils den erreichten Zustand, in dem ein Prozess weitgehend ohne Bedienpersonal abläuft, teils schlicht dasselbe wie Automatisierung, entsprechend dem englischen automation. Eine scharfe Grenze gibt es nicht. Wichtiger als die Wortwahl ist der Automatisierungsgrad: Er beschreibt, welcher Anteil der Funktionen einer Anlage automatisch abläuft, und er ist in fast jeder realen Anlage kleiner als hundert Prozent. Teilautomatisierung, bei der Maschinen die wiederkehrenden Schritte übernehmen und Menschen Ausnahmen, Rüsten und Entscheidungen, ist in Lager und Produktion die Regel.
Welche Ziele verfolgt die Automatisierungstechnik?
Zentrale Ziele sind die Steigerung von Produktivität und Qualität in der Fertigung, mehr Flexibilität in der Produktion sowie die Reduktion von Fehlern, Kosten und Durchlaufzeiten. Im Einzelnen:
- Produktivität: Anlagen laufen schneller, gleichmäßiger und über mehr Schichten, ohne dass die Leistung mit der Tagesform schwankt.
- Qualität: Prozesse werden reproduzierbar; Messwerte werden erfasst statt geschätzt, Abweichungen fallen sofort auf.
- Sicherheit und Entlastung: Gefährliche, schwere und monotone Arbeiten übernehmen Maschinen; Sicherheitstechnik schützt Menschen an den Schnittstellen.
- Flexibilität: Umrüsten auf andere Produkte oder Ladeeinheiten wird zum Programmwechsel statt zum Umbau.
- Transparenz: Jeder Schritt hinterlässt Daten, aus denen Kennzahlen wie die OEE, Rückverfolgbarkeit und Planungsgrundlagen entstehen.
- Verfügbarkeit und Kosten: Weniger Ausfälle durch Diagnose, weniger Ausschuss, weniger Personalbindung pro Stück, bei hohen Lohnkosten in Deutschland ein Standortfaktor.
Die Grenzen gehören dazu: Automatisierung lohnt sich bei wiederkehrenden Prozessen mit ausreichendem Volumen. Bei stark schwankenden Aufgaben, kleinen Stückzahlen oder häufig wechselnden Produkten ist der Aufwand für Programmierung, Umrüstung und Sicherheitstechnik oft höher als der Nutzen. Ziel ist der passende Automatisierungsgrad, nicht der höchste.
Aus welchen Teilgebieten besteht die Automatisierungstechnik?
| Teilgebiet | Aufgabe | Typische Komponenten |
|---|---|---|
| Messtechnik, Sensorik | Physikalische Größen erfassen und in Signale wandeln | Lichtschranken, Endschalter, Encoder, Waagen, Temperatur- und Druckaufnehmer, Scanner, Kameras |
| Steuerungstechnik | Aus Eingangssignalen nach festen Regeln Ausgangsbefehle bilden | Speicherprogrammierbare Steuerungen, Industrie-PCs, Sicherheitssteuerungen |
| Regelungstechnik | Eine Größe trotz Störungen auf einem Sollwert halten | Regler in Steuerungen und Antrieben, Temperatur-, Druck-, Positions- und Drehzahlregelung |
| Antriebstechnik, Aktorik | Befehle in Bewegung oder Wirkung umsetzen | Motoren, Frequenzumrichter, Servoantriebe, Ventile, Zylinder, Greifer |
| Kommunikationstechnik | Komponenten und Ebenen verbinden | Feldbusse, Industrial Ethernet, OPC UA, Funk |
| Leittechnik, Visualisierung | Anlage bedienen, beobachten, Störungen melden, Daten archivieren | Bedienpanels, SCADA-Systeme, Prozessleitsysteme |
| Robotik | Handhaben, Palettieren, Montieren, Kommissionieren | Industrieroboter, Portale, mobile Roboter |
| Software, Informationstechnik | Aufträge, Daten und Prozesse oberhalb der Steuerung führen | Materialflussrechner, MES, Lagerverwaltung, ERP-Anbindung |
Die Tabelle folgt der in der Fachliteratur üblichen Einteilung. In der Praxis liegt die Ingenieurleistung selten in einem einzelnen Teilgebiet, sondern in ihrem Zusammenspiel: Ein Sensor ist nur so nützlich wie die Steuerung, die sein Signal auswertet, und die Kommunikation, die es dorthin bringt.
Die beiden Grundbegriffe werden im Alltag vermischt, in der Technik aber klar getrennt. Beim Steuern wirkt eine Eingangsgröße über eine feste Logik auf den Ausgang, ohne dass das Ergebnis zurückgemessen wird: offener Wirkungsweg. Ist die Lichtschranke frei und liegt ein Transportauftrag vor, läuft der Förderer an. Ob die Palette wirklich ankommt, prüft die Steuerung erst an der nächsten Lichtschranke, nicht im Steuervorgang selbst.
Beim Regeln wird die Ausgangsgröße fortlaufend gemessen, mit dem Sollwert verglichen und die Abweichung ausgeregelt: geschlossener Wirkungsweg, der Regelkreis. Ein Regalbediengerät, das auf Millimeter genau vor dem Fach anhalten muss, regelt seine Position; ein Frequenzumrichter regelt die Drehzahl gegen wechselnde Last; eine Kühlanlage regelt die Temperatur. Die Norm DIN IEC 60050-351, Nachfolgerin der DIN 19226, definiert beide Begriffe genau so. Für die Praxis genügt die Faustregel: Steuern ist die Logik der Abläufe, Regeln das Halten von Größen. Eine moderne Anlage braucht beides, und die speicherprogrammierbare Steuerung kann trotz ihres Namens beides.
Wie ist ein Automatisierungssystem aufgebaut?
Das klassische Ordnungsmodell ist die Automatisierungspyramide; die Norm IEC 62264 bezeichnet ihre Ebenen als Level 0 bis 4 und regelt die Integration von Steuerung, Betriebsleitung und Unternehmensplanung. Die Pyramide ordnet die Technik nach Zeithorizont und Abstraktion:
| Ebene | Aufgabe | Typische Systeme | Zeithorizont |
|---|---|---|---|
| Feldebene | Messen und Stellen an der Anlage | Sensoren, Aktoren, Antriebe, dezentrale Peripherie | Millisekunden |
| Steuerungsebene | Anlagenteile steuern und regeln | SPS, Sicherheitssteuerungen, Industrie-PCs | Millisekunden bis Sekunden |
| Prozessleitebene | Anlage als Ganzes führen, bedienen, beobachten | SCADA, Prozessleitsystem, Materialflussrechner | Sekunden bis Minuten |
| Betriebsleitebene | Aufträge, Bestände, Ressourcen führen | MES, Lagerverwaltungssystem | Minuten bis Schichten |
| Unternehmensebene | Planung, Einkauf, Vertrieb, Finanzen | ERP-System | Tage bis Monate |
Die Pyramide ist ein Denkmodell, keine Bauvorschrift. In realen Anlagen kommunizieren Ebenen auch direkt miteinander, ein Materialflussrechner spricht mit Steuerungen und mit dem ERP-System, und mit Industrial Ethernet und OPC UA verwischen die Grenzen weiter. Ihr Wert liegt darin, Verantwortlichkeiten zu klären: Was entscheidet die Steuerung in Millisekunden, was der Materialflussrechner in Sekunden, was das ERP-System am Tag zuvor? Für den Materialfluss ist das auf der Seite Systemarchitektur im Materialfluss ausgeführt.
Die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist das Arbeitspferd der Automatisierungstechnik. Sie liest zyklisch alle Eingänge, arbeitet ihr Programm ab und setzt die Ausgänge, deterministisch und in wenigen Millisekunden. Ihre Vorgängerin, die verbindungsprogrammierte Steuerung (VPS) aus Relais und Schützen, trug ihre Logik in der Verdrahtung; bei jeder Änderung musste umverdrahtet werden. Mit der SPS wurde die Logik zum Programm, und das ist bis heute der Kern der Flexibilität automatisierter Anlagen. Aufbau, Programmierung und Bauarten beschreibt die Seite SPS.
Daneben gibt es Steuerungen für besondere Aufgaben: Sicherheitssteuerungen mit redundanter Hardware für Not-Halt, Schutztüren und sichere Geschwindigkeit; CNC-Steuerungen für Werkzeugmaschinen mit Bahninterpolation; Robotersteuerungen mit eigener Bewegungsplanung; Prozessleitsysteme für kontinuierliche Prozesse der Verfahrenstechnik mit vielen Regelkreisen; Industrie-PCs mit Soft-SPS, wenn Steuerung, Visualisierung und Datenverarbeitung auf einem Gerät laufen sollen. In einer Intralogistikanlage arbeiten meist SPS, Sicherheitssteuerung und ein übergeordneter Rechner zusammen; die Roboter am Palettierplatz bringen ihre eigene Steuerung mit, die die SPS über Schnittstellen führt.
Wie kommunizieren die Komponenten einer Anlage?
Ohne Kommunikation bleibt Automatisierungstechnik eine Sammlung von Inseln. Auf der Feldebene haben Feldbusse die Einzelverdrahtung abgelöst: PROFIBUS in Altanlagen, heute überwiegend PROFINET und andere Industrial-Ethernet-Systeme wie EtherCAT, für Sensoren und einfache Aktoren IO-Link. Ein Frequenzumrichter bekommt seinen Sollwert als Telegramm und meldet Strom, Drehzahl und Störungen zurück; eine dezentrale Peripheriestation bündelt die Signale eines Anlagenbereichs und spart die Verkabelung zum Schaltschrank. Für Sicherheitssignale gibt es Profile wie PROFIsafe, die über dasselbe Netz laufen.
Nach oben, zu Leitsystemen, Materialflussrechnern und Unternehmenssoftware, setzt sich OPC UA als herstellerneutraler Standard durch; daneben laufen weiter herstellerspezifische Protokolle und, im Materialfluss, klar spezifizierte Telegramme zwischen Materialflussrechner und Steuerung. Diese Schnittstellenspezifikationen sind in Projekten der kritischste Punkt: Jede Unklarheit darin wird später zur Störung im Betrieb. Wie der Materialflussrechner mit den Steuerungen arbeitet, beschreibt die Seite Materialflusssteuerung.
- Automatische Lager: Regalbediengeräte, Shuttles und Fördertechnik mit Steuerungen je Gasse, Materialflussrechner darüber; erklärt auf der Seite Automatische Lagersysteme.
- Fördertechnik und Sortierung: Antriebe, Stauplätze, Weichen, Scanner, Waagen und Konturenkontrollen an jedem Übergabepunkt; Seite Fördertechnik.
- Innerbetrieblicher Transport: Fahrerlose Transportsysteme mit Navigation, Sicherheitsscannern und Leitsteuerung.
- Produktionslinien: Abfüll-, Verpackungs- und Palettieranlagen, Montagelinien mit Robotern, Werkzeugmaschinen; die Produktionsdaten fließen in das MES.
- Prozessindustrie: Chemie, Lebensmittel, Pharma mit Prozessleitsystemen, vielen Regelkreisen und Chargenführung.
- Infrastruktur: Wasser- und Energieversorgung, Gebäude, Verkehr, mit Fernwirktechnik und Leitsystemen.
Was diese Bereiche unterscheidet, ist weniger die Technik als der Zeithorizont und die Fehlerfolge: In der Fördertechnik geht es um Sekunden und eine liegengebliebene Palette, in der Prozessindustrie um Minuten und eine verlorene Charge, in der Infrastruktur um Versorgungssicherheit.
Wie hängen Automatisierungstechnik und Industrie 4.0 zusammen?
Industrie 4.0 ist kein Ersatz für Automatisierungstechnik, sondern setzt auf ihr auf. Die Idee ist, die Daten, die automatisierte Anlagen ohnehin erzeugen, über Ebenen und Unternehmen hinweg nutzbar zu machen: Sensorwerte, Zustände und Kennzahlen fließen in Datenplattformen, werden mit Auftrags- und Qualitätsdaten verknüpft und für Planung, Instandhaltung und Optimierung ausgewertet. Technisch stehen dahinter herstellerneutrale Schnittstellen wie OPC UA, vernetzte Sensorik, digitale Abbilder von Anlagen und zunehmend Verfahren des maschinellen Lernens, etwa für die vorausschauende Instandhaltung.
Für den Betreiber einer bestehenden Anlage beginnt Industrie 4.0 nüchtern: mit Steuerungen, die ihre Daten überhaupt herausgeben können, mit einer Kommunikationsstruktur, die sie transportiert, und mit einer Software-Ebene, die sie in Aufträge und Kennzahlen übersetzt. Genau das ist häufig der Anlass für ein Retrofit: Eine Steuerung aus den 1990er Jahren kann mechanisch tadellos arbeiten und trotzdem keine Daten liefern.
Zwei Projekte von Artschwager + Kohl zeigen die Spannweite. Für K+S Bernburg wurde die komplette Produktionssteuerung für bis zu 15 Produktionslinien mit BigBag-, Sack- und Tütenabfüllung und automatischer Palettierung modernisiert: Fünf Siemens-S5-945-Steuerungen wurden durch eine zentrale S7-416 ersetzt, die Steuerungssoftware analysiert und portiert, das SCADA-System neu aufgebaut und ein MES auf Basis von ProLeiT Plant iT eingeführt, das Produktionsaufträge aus SAP übernimmt, die Linien versorgt, Produktionsdaten zurückmeldet und OEE-Kennzahlen bereitstellt. Alle Ebenen der Pyramide waren betroffen, von den Signalen der Abfüllanlagen bis zur SAP-Anbindung. Case Study Produktionssteuerung, MES und SCADA für 15 Linien.
Für Servus Intralogistics in Dornbirn entstand die Automatisierung einer Vertical-Farming-Anlage: Lagerverwaltung, Materialflussrechner, Regalbediengeräte- und Fördertechniksteuerung auf Basis von LOMAS, dazu eine rezepturgesteuerte Lagersteuerung, die Pflanzenbehälter abhängig von ihrer Wachstumsphase durch Ankeimen, Tag-Nacht-Zyklen, Bewässerung und Ernte bewegt. Ein übergeordnetes Farm Operating System überwacht Klima und Wachstum und aktualisiert die Rezepte laufend aus Sensor- und Kameradaten. Case Study Vertical Farming automatisieren.
Wie geht es von hier aus weiter?
Diese Seite ordnet die Automatisierungstechnik als Ganzes ein. Die Vertiefung führt in die Ebenen: SPS für die Steuerung, Prozessleitsystem und SCADA für das Führen der Anlage, MES für die Produktion, Systemarchitektur für das Zusammenspiel im Materialfluss. Wer Steuerungen oder Elektrotechnik einer bestehenden Anlage erneuern will, findet den Einstieg bei SPS-Retrofit und Elektrotechnik und Schaltschrankbau; wer die Software-Ebene darüber braucht, bei individuellen Softwarelösungen. Einen Überblick über alle Systeme gibt der Hub Intralogistik.
Häufige Fragen zur Automatisierungstechnik
Automatisierungstechnik ermöglicht die selbstständige Steuerung und Regelung von Produktionsprozessen per Software und Hardware. Sie umfasst Messtechnik, Steuerungs- und Regelungstechnik, Antriebstechnik, Kommunikation, Leittechnik und Robotik und verbindet sie zu Anlagen, die ohne ständiges menschliches Eingreifen arbeiten.
Im Deutschen bezeichnet Automation teils den erreichten Zustand, in dem ein Prozess weitgehend ohne Bedienpersonal abläuft, teils dasselbe wie Automatisierung. Eine scharfe Grenze gibt es nicht; aussagekräftiger ist der Automatisierungsgrad einer Anlage.
Sensorik und Messtechnik, Steuerungstechnik, Regelungstechnik, Antriebstechnik und Aktorik, Kommunikationstechnik, Leittechnik mit Visualisierung, Robotik sowie die Software oberhalb der Steuerung wie Materialflussrechner und MES.
Beim Steuern wirkt eine Eingangsgröße über eine feste Logik auf den Ausgang, ohne Rückmessung des Ergebnisses. Beim Regeln wird die Ausgangsgröße fortlaufend gemessen, mit dem Sollwert verglichen und die Abweichung ausgeregelt.
Ein Ordnungsmodell mit Feld-, Steuerungs-, Prozessleit-, Betriebsleit- und Unternehmensebene, dessen Ebenen die IEC 62264 als Level 0 bis 4 bezeichnet. Es ordnet Systeme wie SPS, SCADA, MES und ERP nach Zeithorizont und Aufgabe; in realen Anlagen kommunizieren die Ebenen auch direkt.
Produktivität und Qualität steigern, Menschen von gefährlichen und monotonen Arbeiten entlasten, Flexibilität und Transparenz erhöhen, Fehler, Kosten und Durchlaufzeiten senken. Ziel ist der passende Automatisierungsgrad, nicht der höchstmögliche.