Blogs / September 3, 2025

Steuerungstechnik – Grundlagen, Anwendungen und Zukunftsperspektiven

Einleitung

Die Steuerungstechnik ist eine der tragenden Säulen moderner Technik und Industrie. Sie sorgt dafür, dass Maschinen, Anlagen und Systeme zuverlässig, präzise und Steuerungstechnik arbeiten. Ohne Steuerungstechnik wären automatisierte Produktionsprozesse, intelligente Gebäude, moderne Fahrzeuge oder auch alltägliche Haushaltsgeräte nicht denkbar.

In diesem Artikel wird das Gebiet umfassend betrachtet – von den Grundlagen über die Geschichte, die verschiedenen Arten von Steuerungen, typische Anwendungen und Werkzeuge bis hin zu aktuellen Trends und Zukunftsaussichten.

1. Grundlagen der Steuerungstechnik

1.1 Definition

Unter Steuerungstechnik versteht man die gezielte Beeinflussung von Prozessen und Systemen durch Signale, die nach einem festgelegten Programm oder Ablauf wirken. Sie ist Teilgebiet der Automatisierungstechnik und beschäftigt sich mit der Umsetzung logischer Abhängigkeiten zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen.

Steuerung: Vorgang, bei dem eine Eingangsgröße eine Ausgangsgröße bestimmt – ohne Rückkopplung.
Regelung: Vorgang, bei dem der Istwert einer Größe ständig mit einem Sollwert verglichen und automatisch angepasst wird.

1.2 Abgrenzung Steuerung – Regelung

Ein klassisches Beispiel:

Steuerung: Schalter betätigen → Lampe leuchtet.
Regelung: Thermostat in der Heizung → gleicht Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Temperatur aus.

1.3 Historische Entwicklung

Mechanische Steuerungen im 19. Jahrhundert: z. B. Nockenwellen in Textilmaschinen.
Elektromechanische Relaissteuerungen Anfang des 20. Jahrhunderts.
Elektronische Schaltungen ab den 1950er Jahren.
SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) seit den 1970er Jahren – bis heute dominierende Technologie.
Industrie 4.0 und IoT: Vernetzte, intelligente Steuerungen der Gegenwart und Zukunft.

1.4 Wichtige Begriffe

Signal: Träger einer Information (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch).
Sensor: Erfasst Messgrößen und wandelt sie in Signale um.
Aktor: Wandelt Signale in physikalische Aktionen um.
Steuergerät: Herzstück, das Signale verarbeitet und Befehle ausgibt.

2. Arten der Steuerungen

2.1 Mechanische Steuerungen

Nutzen mechanische Elemente (Nocken, Hebel, Seile). Heute nur noch in speziellen Anwendungen.

2.2 Elektrische Steuerungen

Basieren auf Schützen und Relais. Vorteile: Robust, einfach. Nachteil: Schwer änderbar.

2.3 Elektronische Steuerungen

Arbeiten mit Transistoren, Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern. Sie sind klein, flexibel und komplex programmierbar.

2.4 Pneumatische Steuerungen

Nutzen Druckluft, z. B. in der Automobilindustrie, Robotik, Verpackungsmaschinen. Vorteile: Sauber, schnell.

2.5 Hydraulische Steuerungen

Nutzen Flüssigkeitsdruck. Besonders geeignet für hohe Kräfte, z. B. in Bau- und Landmaschinen.

2.6 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS)

Standard in der Industrie. Eigenschaften:

Modularer Aufbau
Einfache Anpassbarkeit
Hohe Betriebssicherheit
Integration in Netzwerke

2.7 Softwarebasierte/PC-basierte Steuerungen

Nutzen Industrie-PCs und Standardsoftware. Vorteil: Verbindung von Steuerung, Visualisierung und Datenanalyse.

3. Komponenten der Steuerungstechnik

3.1 Sensoren

Beispiele:

Näherungssensoren
Temperaturfühler
Drucksensoren
Bildverarbeitungssysteme

3.2 Aktoren

Beispiele:

Elektromotoren
Hydraulikzylinder
Pneumatikventile
Relais und Schütze

3.3 Steuergeräte

SPS
Mikrocontroller
Industrie-PCs

3.4 Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI)

Bedienelemente wie:

Touchscreens
Taster und Schalter
Visualisierungssoftware

4. Anwendungen der Steuerungstechnik

4.1 Industrieautomation

Fertigungsstraßen
Industrieroboter
Prozessleittechnik

4.2 Gebäudeautomation

Heizungs-, Klima- und Lüftungsanlagen
Licht- und Jalousiesteuerung
Sicherheitssysteme

4.3 Fahrzeugtechnik

Motorsteuergeräte
ABS, ESP
Airbagsysteme

4.4 Medizintechnik

Beatmungsgeräte
Infusionspumpen
bildgebende Diagnosesysteme

4.5 Haushaltsgeräte

Waschmaschinen
Geschirrspüler
Smarte Kühlgeräte

4.6 Energietechnik

Steuerungen in Kraftwerken
Smart Grids
Wind- und Solartechnik

5. Methoden und Werkzeuge

5.1 Darstellungsarten

Kontaktplan (KOP)
Funktionsplan (FUP)
Anweisungsliste (AWL)
Strukturierter Text (ST)
Ablaufkettensprache (AS)

5.2 Entwicklungswerkzeuge

Programmiersoftware für SPS
Simulationstools
Digitale Zwillinge

5.3 Simulation und Test

Virtuelle Inbetriebnahme spart Kosten und minimiert Risiken.

6. Sicherheit in der Steuerungstechnik

6.1 Funktionale Sicherheit

Ziel: Schutz von Mensch, Maschine und Umwelt.
Beispiele:

Not-Aus-Schalter
Sicherheits-SPS

6.2 Normen und Richtlinien

IEC 61508 (Funktionale Sicherheit)
ISO 13849 (Maschinensicherheit)
EU-Maschinenrichtlinie

6.3 IT-Sicherheit

Cyberangriffe auf industrielle Steuerungssysteme nehmen zu → Maßnahmen wie Firewalls, VPN, sichere Protokolle sind nötig.

7. Herausforderungen und Zukunftstrends

7.1 Industrie 4.0

Vernetzte Systeme, Datenanalyse in Echtzeit, intelligente Fabriken.

7.2 Künstliche Intelligenz

Selbstoptimierende Systeme, Mustererkennung, vorausschauende Wartung.

7.3 Edge- und Cloud-Computing

Dezentrale Datenverarbeitung, Verbindung von Steuerung und Big Data.

7.4 Nachhaltigkeit

Ressourcenschonende Prozesse, Energieoptimierung durch Steuerungstechnik.

7.5 Mensch-Roboter-Kollaboration

Neue Sicherheitskonzepte und Steuerungen für gemeinsame Arbeitsräume.

8. Ausbildung und Berufsfelder

8.1 Studienrichtungen

Elektrotechnik
Automatisierungstechnik
Mechatronik

8.2 Ausbildungsberufe

Mechatroniker
Elektroniker für Automatisierungstechnik
Industriemechaniker

8.3 Berufsfelder

SPS-Programmierer
Inbetriebnahme-Techniker
Automatisierungsingenieur
Service- und Wartungstechniker

8.4 Zukunftsaussichten

Durch zunehmende Automatisierung ist der Bedarf an Fachkräften hoch und wird weiter wachsen.