SPS

Was bedeutet SPS?

Eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) ist ein industrielles Steuergerät, das Produktionsanlagen automatisiert. Sie liest Eingangssignale von Sensoren ein, verarbeitet diese nach einem hinterlegten Programm und gibt Steuerbefehle an Aktoren aus. Die Bezeichnung beschreibt die zentrale Eigenschaft: Das Steuerungsprogramm liegt im Speicher und lässt sich ohne Hardwareänderung anpassen.

SPS-Systeme bestehen aus einer Zentraleinheit (CPU), Ein- und Ausgangsmodulen sowie einer Stromversorgung. Die Programmierung erfolgt meist nach IEC 61131-3 in Sprachen wie Kontaktplan (KOP), Funktionsbausteinsprache (FBS) oder Strukturierter Text (ST). In der Industrie haben SPS-Steuerungen mechanische Relaisschaltungen weitgehend abgelöst.

Wie funktioniert eine SPS?

Eine SPS arbeitet in einem zyklischen Ablauf. Sie liest zunächst alle Eingänge ein (z. B. Endschalter, Temperaturfühler, Lichtschranken). Anschließend verarbeitet die CPU diese Daten nach dem gespeicherten Programm und berechnet die Ausgangssignale. Im letzten Schritt schaltet sie die Ausgänge (z. B. Motorrelais, Ventile, Signalleuchten).

Dieser Zyklus wiederholt sich kontinuierlich mit Zykluszeiten von wenigen Millisekunden bis zu mehreren hundert Millisekunden, abhängig von Programmgröße und Hardware. Moderne SPS können parallel Kommunikationsaufgaben über Industrial Ethernet oder Feldbussysteme abwickeln.

Praxisbeispiel aus der Industrie

In einer Abfüllanlage steuert eine SPS den gesamten Prozess: Sensoren melden, wenn eine Flasche die Füllposition erreicht. Die SPS öffnet das Füllventil für eine definierte Zeit, überwacht den Füllstand per Sensor und schließt das Ventil. Gleichzeitig koordiniert sie Förderbänder, Verschließeinheit und Etikettierstation. Bei Störungen wie fehlendem Material oder Sensorausfall stoppt die SPS die Anlage und meldet den Fehler.

Abgrenzung

Eine SPS unterscheidet sich von einem MES durch ihren Einsatzbereich: Die SPS steuert direkt Maschinen in Echtzeit, während ein MES Produktionsprozesse plant und überwacht. Gegenüber Industrie-PCs bietet eine SPS höhere Robustheit gegen Staub, Temperatur und Vibrationen sowie deterministisches Echtzeitverhalten.

Mikrocontroller in Embedded-Systemen sind kostengünstiger, aber weniger flexibel: Programmänderungen erfordern oft Neukompilierung und Flash-Programmierung. SPS-Programme lassen sich im laufenden Betrieb anpassen.

Normen und Rechtsgrundlagen

Die Programmierung von SPS ist in IEC 61131-3 standardisiert. Diese Norm definiert fünf Programmiersprachen und sorgt für Herstellerunabhängigkeit. Für die funktionale Sicherheit gilt IEC 61508 sowie branchenspezifisch IEC 62061 für Maschinensicherheit. Sicherheitsgerichtete SPS müssen je nach Risiko Performance Level nach ISO 13849-1 oder Safety Integrity Level nach IEC 61508 erfüllen.