In der elektrischen Steuerung von Krananlagen übernimmt die SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) Kernaufgaben wie logische Verriegelung, Sicherheitsschutz, frequenzgesteuerte Drehzahlregelung und Datenerfassung. Bei der Wahl zwischen Siemens und Mitsubishi stehen Planungsbüros und Endanwender oft vor einer schwierigen Auswahl: Kelude Schwerindustrie hat in der elektrischen Ausrüstung von mehreren hundert Brücken- und Portalkränen beide Plattformen parallel eingesetzt und dabei systematische Vergleichsdaten gewonnen. Soll man sich für die integrierte Automatisierungslösung der Siemens S7-1200/1500-Serie entscheiden oder für die kosteneffiziente Steuerungsarchitektur der Mitsubishi iQ-R/FX5-Serie? Dieser Artikel vergleicht die beiden Systeme anhand von fünf Dimensionen – CPU-Leistung, Programmier-Toolchain, Kommunikationsfähigkeit, Sicherheitsstufe und Bewegungssteuerung – und liefert damit eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die technische Auswahl.

Die Auswahl sollte gemäß EN 60204-32 (Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen) und der internationalen Norm IEC 61131-3 für Programmiersprachen erfolgen. Bei Kränen als Spezialausrüstung muss die SPS nicht nur konventionelle Logiksteuerung erfüllen, sondern auch sicherheitsrelevante Funktionen wie die Signalaufnahme des Traglastbegrenzers, die Übermittlung von Mehrstufen-Drehzahlbefehlen an den Frequenzumrichter und die Überwachung des Sicherheitskreises übernehmen. Im Folgenden werden die Vergleichsaspekte im Detail erläutert.

Kernarchitektur der SPS im Kransteuerungssystem

Die elektrischen Systeme von Brücken- und Portalkränen verwenden typischerweise eine vierschichtige Architektur aus „SPS + HMI + Frequenzumrichter + Remote-IO". Die SPS fungiert als Steuerungszentrale: Sie empfängt Dutzende Eingangssignale von Meisterschaltern, Endschaltern, Lastsensoren und Encodern, verarbeitet diese logisch und gibt Signale an Frequenzumrichter und Schütze aus. Parallel dazu erfolgt der Datenaustausch mit dem übergeordneten SCADA-System über industrielles Ethernet.

Ebene 1: Bedien- und Eingabeebene – Meisterschalter, Funksender und HMI-Touchpanel übermitteln Betriebsbefehle.

Ebene 2: Sicherheitsverriegelungsebene – Endschalter, Überlastschutz und Not-Aus-Taster werden über sichere SPS-Eingangsmodule angeschlossen und realisieren eine redundante Hardware-Verriegelung.

Ebene 3: Logikverarbeitungsebene – Die SPS führt Kontaktplan-Programme (KOP) aus und verarbeitet Verriegelungslogik für Heben/Senken sowie Katz- und Kranfahren, Mehrstufen-Drehzahlumschaltung und Fehlerdiagnose.

Ebene 4: Antriebs- und Ausgabeebene – Über PROFINET oder CC-Link sendet die SPS Drehzahlbefehle sowie Start-/Stopp-Signale an die Frequenzumrichter und ermöglicht so eine präzise Motordrehzahlregelung.

In der Praxis umfasst die SPS-I/O-Punktzahl eines 32-t-Zweiträger-Brückenkrans typischerweise 80 bis 150 Punkte, davon etwa 60 bis 100 Digitaleingänge (Endschalter, Taster, Schützrückmeldungen), 20 bis 50 Digitalausgänge (Schütze, Leuchten, Summer) und 4 bis 8 Analogeingänge (Wägezellen, Stromwandler). Bei einer solchen Systemgröße muss die SPS-Zykluszeit unter 5 ms liegen, damit die Gesamtlatenz vom Auslösen eines Endschalters bis zur Bremsung 50 ms nicht überschreitet. Kelude Schwerindustrie hat diese I/O-Konfiguration in mehreren Projekten mit 32-t- bis 50-t-Brückenkränen hinsichtlich Machbarkeit und Zuverlässigkeit verifiziert.

Hardware-Architektur und CPU-Leistung im Vergleich

Die Siemens-S7-1200-Serie (CPU 1214C/1215C) eignet sich für Steuerungssysteme von Einzelträger-Kranen und Elektrokettenzügen bis 20 t. Die typische Konfiguration umfasst 8 DI/6 DO mit Transistorausgang und unterstützt 6 Hochgeschwindigkeitszähler (HSC) zur Erfassung von Encoder-Impulsen. Die S7-1500-Serie (CPU 1511 bis 1518) ist für Zweiträger-Brückenkrane und Portalkrane ab 32 t ausgelegt, erreicht eine Bitverarbeitungszeit von 60 ns pro Befehl, bietet bis zu 5 MB Programmspeicher und unterstützt redundante CPUs mit Hot-Standby-Umschaltung.

Die Mitsubishi-iQ-F-Serie (FX5U/FX5UC) positioniert sich als Pendant zur S7-1200, verfügt über integrierte Positionierungsfunktionen (4 Achsen, 200-kHz-Impulsausgang) und erreicht eine Kontaktplan-Ausführungszeit von 34 ns pro Schritt. Die iQ-R-Serie (R04/R08/R16) konkurriert mit der S7-1500, nutzt eine RISC-CPU-Architektur, erreicht 0,98 ns für LD-Befehle, bietet eine Programmspeicherkapazität von bis zu 1.200K Schritten und unterstützt redundante Systeme sowie CC-Link-IE-TSN-Echtzeitkommunikation. Bei kosten sensitiven Brückenkränen der 16-t- bis 20-t-Klasse liegt die Gesamtmaterialkosten der iQ-F-Lösung bei etwa 60 % bis 75 % der Siemens-Lösung.

Programmierumgebung und Entwicklungseffizienz im Vergleich

Der Siemens TIA Portal V18 ist eine durchgängige Engineering-Plattform, die SPS-Programmierung, HMI-Konfiguration, Frequenzumrichter-Inbetriebnahme und Sicherheitsprogrammierung in einer einzigen Softwareumgebung vereint. Unterstützt werden die vier IEC-61131-3-Sprachen KOP (Kontaktplan), FUP (Funktionsbausteinsprache), SCL (Strukturierter Text) und GRAPH (Ablaufsprache). Für die Kranbranche besonders relevant: Die integrierten Technologiebausteine des TIA Portals (z. B. Simatic Easy Motion) ermöglichen die direkte Parametrierung von Mehrfachgeschwindigkeitsprofilen und geschlossenen Positionsregelkreisen, was die Entwicklungszeit erheblich verkürzt.

Mitsubishi GX Works3 ist die spezifische Programmierumgebung für die iQ-Serie und unterstützt die Sprachen KOP, SFC, ST und FUP. Das Simple-Motion-Modul realisiert Positionierung und Synchronsteuerung über tabellarische Parametrierung, ohne dass komplexe Bewegungssteuerbefehle programmiert werden müssen. Der KOP-Programmierstil von Mitsubishi orientiert sich an der japanischen Elektrotechnik-Praxis und ist für die ältere Generation von Elektroingenieuren in China vertrauter. Jedoch ist die Versionskompatibilität der Projektdateien zu beachten – bei der Migration von GX-Works3-Projekten zwischen verschiedenen Versionen kann es gelegentlich zum Verlust von Funktionsbaustein-Parametern kommen.

Bei der Inbetriebnahme-Effizienz erweist sich die Online-Diagnose des TIA Portals (Topologieansicht, Gerätestatus, Zykluszeitanalyse) als ausgereifter als die von GX Works3. Mitsubishi erfordert für Systemüberwachung und Fehlersuche zusätzliche eigenständige Tools wie GX LogViewer. In der praktischen Anwendung zeigt sich: Für ein Brückenkran-Steuerungssystem vergleichbarer Spezifikation (ca. 120 I/O-Punkte) beträgt die durchschnittliche Programmier- und Inbetriebnahmedauer bei der Siemens-Lösung etwa 15–20 Arbeitstage, bei der Mitsubishi-Lösung etwa 12–18 Arbeitstage.

Industrielle Kommunikation und Systemintegration

Siemens baut die Kommunikationsarchitektur auf PROFINET auf. Die Zykluszeit von PROFINET RT (Real-Time) kann bis zu 1 ms betragen, IRT (Isochronous Real-Time) erreicht 31,25 µs – geeignet für Mehrkran-Kopplungen, bei denen mehrere Frequenzumrichter präzise synchronisiert werden müssen. Das PROFIsafe-Sicherheitsprotokoll überträgt Standarddaten und Sicherheitssignale über dasselbe Netzwerk und erreicht mit TÜV-Zertifizierung die Sicherheitsstufe SIL3/PL e, was die Anforderungen der Vorschrift TSG 51-2023 an Sicherheitsstromkreise von Kranen erfüllt.

Mitsubishi setzt auf CC-Link IE TSN als Kernprotokoll, basierend auf Time-Sensitive-Networking-Technologie, mit einer Kommunikationszykluszeit von 31,25 µs und einer Synchronisationsgenauigkeit von ±1 µs. CC-Link IE Field unterstützt Stern-, Linien- und Ringtopologien mit bis zu 254 Stationen. Das SLMP-Protokoll (Seamless Message Protocol) von Mitsubishi ermöglicht eine unkomplizierte TCP/IP-Kommunikation mit übergeordneten Systemen, Bildverarbeitungssystemen und SCADA-Systemen. Die Sicherheitsfunktionen von Mitsubishi erfordern jedoch ein separates Sicherheits-CPU-Modul und erreichen maximal SIL2/PL d – für Hochrisiko-Krananwendungen mit SIL3-Anforderung ist daher ein zusätzliches Sicherheitsrelais erforderlich.

Auswahlmatrix für Kransteuerungen

Basierend auf den fünf genannten Kriterien zeigt die folgende Matrix konkrete Empfehlungen für verschiedene Krantypen und Einsatzszenarien. Bei der Wahl der SPS-Steuerung sind die Kompatibilität zur bestehenden Anlagentechnik, die Anforderungen der technischen Spezifikation, die Exportzertifizierung sowie die Verfügbarkeit lokaler technischer Unterstützung zu berücksichtigen.

Einzelträger- und Hängekrane unter 20 t – Empfehlung: Mitsubishi FX5U oder Siemens S7-1200. Ist die Anlage bereits mit japanischen Frequenzumrichtern (z. B. Mitsubishi FREQROL, Yaskawa) ausgestattet, bevorzugen Sie die Mitsubishi FX5U, um den Kommunikationsaufwand bei der Inbetriebnahme zu reduzieren. Für den Export in die EU mit CE-Zertifizierung ist die Siemens S7-1200 mit dem Sicherheitskonzept PROFIsafe Pflicht, da die Sicherheitsstufe SIL2 von Mitsubishi die Anforderungen an Sicherheitskreise von Kranen nach EN ISO 13849-1 (PL e) nicht erfüllt.

Zweiträger-Brückenkrane von 32 bis 100 t – Empfehlung: Siemens S7-1500. In dieser Leistungsklasse ist für einen unterbrechungsfreien Betrieb in der Regel eine redundante CPU-Konfiguration (S7-1500R/H) erforderlich. Die Mitsubishi iQ-R unterstützt zwar ebenfalls Redundanz, verfügt jedoch über weniger Referenzprojekte in der Praxis. Die Technologie-CPU S7-1500T kann zudem einen separaten Motion-Controller ersetzen und direkt anspruchsvolle Funktionen wie Pendeldämpfung und kooperative Einsatzplanung mehrerer Krane übernehmen.

Portalkrane und Schiffbau-Portalkrane – Empfehlung: Siemens S7-1500 mit dezentraler Peripherie ET 200SP. Bei großen Spannweiten liegen die IO-Stationen oft mehr als 100 m auseinander. Die Ringnetz-Redundanz (MRP) von PROFINET gewährleistet, dass ein einzelner Leitungsausfall den Systembetrieb nicht beeinträchtigt. Das CC-Link IE Field von Mitsubishi unterstützt zwar ebenfalls Ringtopologien, erfordert aber bei Strecken über 200 m den Einsatz von Glasfaser-Repeatern.

Kosteneffiziente Umbauprojekte im Inland – Empfehlung: Mitsubishi iQ-F/FX5U. Für reine Inlandsprojekte ohne CE-Anforderungen, bei denen das Bedienpersonal bereits mit der Kontaktplan-Programmierung (KOP) von Mitsubishi vertraut ist, liegen die Gesamtkosten (inkl. SPS, IO-Module, Kommunikationskabel, Programmieraufwand) bei etwa 60 % bis 75 % einer vergleichbaren Siemens-Lösung. Auch die Ersatzteilversorgung ist hier in der Regel unkomplizierter. Kelude Schwerindustrie bietet für beide Marken die komplette Elektroschrank-Konfektionierung, Programmierung, Inbetriebnahme sowie technischen Support an und empfiehlt die optimale SPS-Lösung basierend auf den spezifischen Projektanforderungen.

Weiterführende Informationen zur Kransteuerung

Für weiterführende Informationen zu Normen und Auswahlkriterien für elektrische Steuerungen von Hebezeugen empfehlen wir folgende Artikel:

• EN 60204-32 – Elektrische Ausrüstung von Maschinen: Anforderungen für Hebezeuge – Umfassende Sicherheitsnormen für Kran-Schaltschränke

• EN 60204-32: Anforderungen an die elektrische Ausrüstung von Kranen – Grundlagen für das Design der Kran-Elektrik

• SPS-Umbau bei Brückenkranen: Lohnt sich der Tausch von Relais auf SPS? Ein 5-Schritte-Vergleich und Amortisationsrechnung – Praxisbeispiele zur Aufrüstung älterer Krane

Häufige Fragen zur SPS-Auswahl

Kelude Schwermaschinen: Ihr Partner für industrielle Hebe- und Fördertechnik

Kelude Schwermaschinen ist ein führender Hersteller von Industriekränen und Hebezeugen. Unser Sortiment umfasst Brückenkräne, Portalkräne, Auslegerkrane, Elektroseilzüge sowie maßgeschneiderte Lösungen für anspruchsvolle Einsatzbereiche. Wir liefern zuverlässige Technik, die höchsten Sicherheitsstandards entspricht und für den Dauereinsatz in der Industrie ausgelegt ist.

Industriekrane und Hebezeuge für höchste Ansprüche

Unsere Krananlagen werden nach den aktuellen DIN- und EN-Normen gefertigt und sind für vielfältige Anwendungen konzipiert – vom leichten Werkstattkran bis zur schweren Lastaufnahme im Stahlwerk. Jede Anlage wird individuell auf Ihre betrieblichen Anforderungen abgestimmt und gewährleistet eine hohe Wirtschaftlichkeit bei maximaler Betriebssicherheit.

Brückenkrane: Effiziente Lastenbewegung in der Halle

Unsere Brückenkrane überzeugen durch eine robuste Konstruktion, präzise Steuerung und eine hohe Verfügbarkeit. Sie eignen sich ideal für den innerbetrieblichen Materialfluss in Fertigungs- und Lagerhallen. Je nach Anforderung liefern wir Einzelträger- oder Zweiträgerkrane mit verschiedenen Traglasten und Spannweiten.

Portalkrane: Flexibilität für den Außenbereich

Für den Umschlag von Gütern im Freien oder auf Freiflächen bieten wir leistungsstarke Portalkrane. Diese sind als Vollportal- oder Halbportalvariante verfügbar und zeichnen sich durch eine einfache Montage sowie eine hohe Standfestigkeit aus. Sie sind die ideale Lösung für Lagerplätze, Containerterminals und Produktionsstandorte.

Auslegerkrane und Elektroseilzüge: Präzision am Arbeitsplatz

Unsere Auslegerkrane ermöglichen eine ergonomische und punktgenaue Lastenhandhabung direkt am Arbeitsplatz. In Kombination mit unseren wartungsarmen Elektroseilzügen bieten sie eine wirtschaftliche Lösung für wiederkehrende Hebevorgänge. Die Steuerung erfolgt wahlweise über Funkfernbedienung oder hängendes Bedienpanel.

Maßgeschneiderte Kranlösungen und Modernisierung

Neben Standardanlagen realisieren wir auch Sonderkonstruktionen, die exakt auf Ihre Prozesse zugeschnitten sind. Unser Leistungsspektrum umfasst ebenso die Modernisierung bestehender Krananlagen, die Nachrüstung von Sicherheitstechnik sowie die Ersatzteilversorgung. So erhöhen Sie die Verfügbarkeit Ihrer Anlagen und senken langfristig Ihre Betriebskosten.

Häufige Fragen zu unseren Krananlagen

F: Welche Normen liegen Ihren Krananlagen zugrunde?
A: Unsere Krane werden gemäß den einschlägigen DIN- und EN-Normen konstruiert und gefertigt, darunter DIN 15018 für den Kranbau und EN 13000 für mobile Krane. Die elektrische Ausrüstung entspricht der EN 60204-32.

F: Bieten Sie auch kundenspezifische Sonderanfertigungen an?
A: Ja, wir planen und bauen Krananlagen individuell nach Ihren betrieblichen Anforderungen – von der Lastaufnahme bis zur Steuerungstechnik. Sprechen Sie uns an, wir entwickeln eine passende Lösung.

F: Wie gestaltet sich der Service nach der Inbetriebnahme?
A: Wir bieten umfassende Serviceleistungen wie Wartungsverträge, Inspektionen, Ersatzteilversorgung und technischen Support. Unser Ziel ist eine hohe Anlagenverfügbarkeit und eine lange Lebensdauer Ihrer Krane.

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