Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS): einfach erklärt
Eine speicherprogrammierbare Steuerung – kurz SPS – ist ein industrietauglicher Computer, der Maschinen und Anlagen steuert. Sie liest Signale von Sensoren ein, verarbeitet diese nach einem gespeicherten Programm und schaltet daraufhin Ausgänge wie Motoren, Ventile oder Meldeleuchten.
Der entscheidende Unterschied zu einem Büro-PC liegt nicht in der Rechenleistung, sondern in der Verlässlichkeit: Eine SPS läuft jahrelang ohne Neustart, arbeitet bei Temperaturschwankungen und Vibrationen zuverlässig weiter und reagiert in genau vorhersagbaren Zeiten.
Woher der Name kommt
Vor der SPS wurde Maschinenlogik fest verdrahtet: Relais, Schütze und Zeitglieder im Schaltschrank bildeten die Steuerung ab. Eine Änderung am Ablauf bedeutete Umverdrahten – teuer und langwierig.
Die SPS ersetzte diese feste Verdrahtung durch ein Programm im Speicher. Genau darauf zielt der Name: Die Steuerung ist speicherprogrammierbar, das Verhalten der Anlage lässt sich also ändern, ohne einen einzigen Draht neu zu legen.
Der Zyklus: so „denkt“ eine SPS
Eine SPS arbeitet nicht wie ein PC, sondern durchläuft ununterbrochen dieselbe Schleife – den Zyklus:
- Eingangsabbild lesen: Alle Eingänge werden gleichzeitig eingelesen und im Prozessabbild der Eingänge gespeichert.
- Programm bearbeiten: Die Logik wird von oben nach unten abgearbeitet – auf Basis dieses eingefrorenen Abbilds, nicht der realen Klemmen.
- Ausgangsabbild schreiben: Erst am Ende werden alle Ausgänge gemeinsam aktualisiert.
- Systemaufgaben: Kommunikation, Diagnose und die Überwachung durch die Zykluszeitüberwachung (Watchdog).
Typische Zykluszeiten liegen je nach Programmumfang zwischen weniger als einer Millisekunde und einigen zehn Millisekunden. Diese Zeit bestimmt, wie schnell eine Anlage überhaupt reagieren kann – ein Impuls, der kürzer als ein Zyklus ist, wird ohne besondere Maßnahmen schlicht nicht erkannt.
Aufbau einer SPS
| Baugruppe | Aufgabe |
|---|---|
| Zentralbaugruppe (CPU) | Führt das Programm aus und verwaltet Speicher und Kommunikation |
| Digitale Eingangsbaugruppe | Erfasst Schalter, Taster und binäre Sensoren (EIN/AUS) |
| Digitale Ausgangsbaugruppe | Schaltet Schütze, Ventile und Meldeleuchten |
| Analogbaugruppen | Verarbeiten Messwerte wie Temperatur, Druck oder Füllstand (0–10 V, 4–20 mA) |
| Kommunikationsbaugruppe | Anbindung an PROFINET, EtherNet/IP oder Modbus |
| Stromversorgung | Erzeugt die Versorgungsspannung, meist 24 V DC |
Kompaktgeräte vereinen all das in einem Gehäuse, modulare Systeme lassen sich dagegen frei bestücken – und damit an die Anlagengröße anpassen.
Programmierung
Programmiert wird eine SPS nach IEC 61131-3. In der Praxis dominiert der Kontaktplan (KOP), weil er wie ein Stromlaufplan aussieht und damit auch für Elektrofachkräfte unmittelbar lesbar ist. Daneben kommen der Funktionsbausteinsprache (FUP), Strukturierter Text (ST) und die Ablaufsprache (AS) zum Einsatz. Details dazu in unserem Beitrag zur SPS-Programmierung.
Wo SPS-Systeme eingesetzt werden
- Fertigungs- und Montageanlagen – Taktsteuerung, Verkettung, Sicherheitslogik
- Verpackungsmaschinen – Bewegungsabläufe gemeinsam mit Servoantrieben
- Fördertechnik – Staudruckregelung, Sortierung, Drehzahlvorgabe an Frequenzumrichter
- Wasser- und Abwassertechnik – Pumpensteuerung, Füllstandsregelung, Meldung an das SCADA-System
- Gebäudetechnik – Lüftung, Heizung, Energiemanagement
SPS, DCS oder Industrie-PC?
Die SPS ist stark bei schneller, binärer Maschinenlogik. Ein Prozessleitsystem (DCS) spielt seine Stärken bei tausenden kontinuierlichen Regelkreisen in der Verfahrenstechnik aus. Der Industrie-PC kommt dort zum Einsatz, wo Rechenleistung, Bildverarbeitung oder komplexe Datenverarbeitung gefragt sind. Die Grenzen verschwimmen zunehmend – moderne Steuerungen beherrschen alle drei Welten in Teilen.
Häufige Fragen
Was ist eine speicherprogrammierbare Steuerung?
Eine SPS ist ein industrietauglicher Computer, der Sensorsignale einliest, sie nach einem gespeicherten Programm verarbeitet und daraufhin Ausgänge wie Motoren und Ventile schaltet. Sie ersetzt die früher fest verdrahtete Relaissteuerung durch ein änderbares Programm.
Wofür steht die Abkürzung SPS?
SPS steht für speicherprogrammierbare Steuerung. Im Englischen entspricht das dem Begriff PLC (Programmable Logic Controller).
Wie funktioniert der Zyklus einer SPS?
In vier Schritten, die sich endlos wiederholen: Eingänge einlesen, Programm von oben nach unten bearbeiten, Ausgänge gemeinsam schreiben, danach Systemaufgaben wie Kommunikation und Diagnose.
Welche Programmiersprachen gibt es für eine SPS?
Die Norm IEC 61131-3 definiert fünf: Kontaktplan (KOP), Funktionsbausteinsprache (FUP), Strukturierter Text (ST), Anweisungsliste (AWL) und Ablaufsprache (AS). In der Maschinensteuerung dominiert der Kontaktplan.
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