Was ist eine SPS? Definition, Grundlagen und Funktion (2024)

Speicherprogrammierbare Steuerung Was ist eine SPS? Definition, Grundlagen und Funktion

Aktualisiert am 30.07.2024 Von Katharina Juschkat 7 min Lesedauer

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Speicherprogrammierbare Steuerungen werden zur Steuerung oder Regelung von Maschinen und Anlagen eingesetzt. Wir geben einen Überblick über die Funktion, die Vor- und die Nachteile.

Bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung, kurz SPS, handelt es sich um eine Komponente, die programmiert und eingesetzt wird, um eine Anlage oder Maschine zu regeln bzw. zu steuern. Eingesetzt werden SPSen in unterschiedlichen Branchen, wobei sie sich unter anderem in Härteprüfmaschinen, Spritzgussmaschinen oder vollautomatischen Produktionsanlagen finden.

Definition: Was ist eine SPS?

Der Begriff „SPS“ leitet sich vom englischen Terminus „Programmable Logic Controller“, kurz PLC, ab. Definiert wird die speicherprogrammierbare Steuerung nach der EN 61131 folgendermaßen:

Definition SPS

„Eine SPS ist ein digital arbeitendes elektronisches System für den Einsatz in industriellen Umgebungen mit einem programmierbaren Speicher zur internen Speicherung der anwenderorientierten Steuerungsanweisungen zur Implementierung spezifischer Funktionen wie z.B. Verknüpfungssteuerung, Ablaufsteuerung, Zeit-, Zähl- und arithmetische Funktionen, um durch digitale oder analoge Eingangs- und Ausgangssignale verschiedene Arten von Maschinen und Prozessen zu steuern.“
(EN 61131, Teil 1)

In SPSen können spezifische Funktionen wie beispielsweise eine Ablaufsteuerung implementiert werden, so dass auf diese Weise sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangssignale von Prozessen oder Maschinen gesteuert werden können.

Historischer Exkurs: Speicherprogrammierbare Steuerung

Wann genau die Erfolgsgeschichte speicherprogrammierter Steuerungen ihren Anfang hat, ist nicht genau bekannt bzw. umstritten. Einerseits werden die Ursprünge der SPS auf das Ende der 1950er Jahre datiert – denn in von zahlreichen Autoren wird das Jahr 1958 mit der Eintragung des Warenzeichens „Simatic“, der mittlerweile zu einem Synonym von SPS avanciert ist, als Meilenstein für die speicherprogrammierbaren Steuerungen gesehen. Andere Autoren datieren den Beginn der SPS-Technik auf das Ende der 1960er Jahren und führen an, dass die speicherprogrammierbare Steuerung damals in den Vereinigten Staaten von Amerika entwickelt worden sei.

Fakt ist: Zu dieser Zeit wurden Forderungen der Automobilindustrie laut, die besagten, dass ein flexibler Ersatz für herkömmliche elektromechanische Steuerungen notwendig sei. Dies wiederum wurde darauf zurückgeführt, dass die traditionellen Steuerungen dem rasch steigenden Automatisierungsgrad nicht mehr gerecht wurden.

Als Entwickler der SPS gilt allgemein Richard E. Morley, der im Jahr 1969 ein Modicon, d.h. ein auf einem Halbleiter basierendes Logiksystem, vorstellte. Bereits einige Jahre später, nämlich 1974, kam auch in Deutschland die erste SPS von Klaschka und Pilz auf den Markt. Im Jahr 1979 folgten diesem Beispiel weitere Hersteller in Deutschland. Seitdem haben sich zahlreiche Hersteller auf dem europäischen Markt etabliert. Während einige der etwa 300 Unternehmen die speicherprogrammierbaren Steuerungen für nahezu alle Einsatzzwecke produzieren, haben sich die meisten Hersteller auf ganz bestimmte Nischen spezialisiert.

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Wie eine SPS funktioniert

Handelt es sich um eine einfache SPS, verfügt diese über Eingänge, Ausgänge sowie ein Betriebssystem, d.h. Firmware, und eine Schnittstelle. Über diese Schnittstelle kann das jeweilige Anwenderprogramm geladen werden. Dieses definiert zudem, auf welche Art und Weise die Ausgänge in Abhängigkeit der Eingänge geschaltet werden.

Durch das Betriebssystem wird zudem garantiert, dass das Anwenderprogramm stets über den aktuellen Zustand der Geber verfügt. Letztlich erfolgt die Schaltung der Ausgänge anhand des Anwenderprogramms derart, dass die Anlage bzw. die Maschine in der vorgesehenen Art und Weise arbeitet.

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Um die speicherprogrammierbare Steuerung an die Anlage bzw. Maschine anzubinden, kommen sowohl Aktoren, die im Allgemeinen an den Ausgängen der speicherprogrammierbaren Steuerung angeschlossen sind, als auch Sensoren zum Einsatz. Des Weiteren werden Statusanzeigen verwendet. Grundsätzlich befinden sich die Sensoren an den SPS-Eingängen, wobei durch sie die speicherprogrammierbare Steuerung Informationen darüber erhält, was in der Anlage bzw. Maschine vonstattengeht.

Als Sensoren gelten beispielsweise:

  • Lichtschranken
  • Endschalter
  • Taster
  • Inkrementalgeber
  • Füllstandsensoren
  • Temperaturfühler
Sensor Wie Sensoren funktionieren und wo sie eingesetzt werden

Als Aktoren gelten z.B:

  • Schütze zum Einschalten elektrischer Motoren
  • elektrische Ventile für Druckluft oder Hydraulik
  • Antriebssteuerungsmodule

In Bezug auf eine SPS ist zudem anzumerken, dass ihre Realisierung auf verschiedene Art und Weise erfolgen kann. Das heißt, sie kann als Einzelgerät, als Softwareemulation, als PC-Einsteckkarte usw. verwirklicht werden. Häufig finden sich auch modulare Lösungen, im Rahmen derer die SPS aus mehreren Steckmodulen zusammengebaut wird.

Handelt es sich um Einzelgeräte, weisen diese differente Vorteile hinsichtlich der Miniaturisierung auf und sind preiswerter, wenn sie kleinere Aufgaben der Automatisierung erfüllen sollen. Handelt es sich dagegen um Geräte, die einen modularen Aufbau aufweisen, verfügen sie über die charakteristischen Vorteile, die einem Baukasten- bzw. Modulsystem innewohnen. Im Allgemeinen handelt es sich um eine problemlose Erweiterbarkeit, enorme Flexibilität sowie Kosteneinsparungen aufgrund des Einsatzes einer Vielzahl gleicher Module; diese können zudem in hohen Stückzahlen produziert werden.

Anwendungs- bzw. Praxisbeispiele für SPS

Aufgrund der Tatsache, dass SPSen es ermöglichen, wiederholbare Prozesse ebenso einfach durchzuführen wie die Informationsbeschaffung, kommen sie in vielen verschiedenen Bereichen zum Einsatz. In der Stahlindustrie, der Medizintechhnik, der Getränkeindustrie, und eigentlich in allen industriellen Bereichen, die automatisiert ablaufen, kommen auch SPSen zum Einsatz. Und nicht nur in Industrieanlagen, auch im täglichen Leben begegnen uns SPSen täglich, etwa in Ampeln, Aufzügen, Kläranlage oder einer Rolltreppe.

Soft-SPS

Mittlerweile existieren auch sogenannte Soft-SPSen, wobei zum einwandfreien Funktionieren derselben eine zuverlässige Hardware ebenso unerlässlich ist wie die Installation eines Betriebssystems.

Grundsätzlich muss sich eine speicherprogrammierbare Steuerung in Softwareform die PC-Prozessorleistung mit dem Betriebssystem teilen, wobei in bestimmten Fällen hierzu noch eine installierte Anwendersoftware kommen kann.

Der Prozessor des PCs hat demnach die Aufgabe auf der einen Seite die absolut deterministisch und in Echtzeit ablaufenden Programme der SPS abzuarbeiten, andererseits werden an den Prozessor des PCs weitere Anforderungen von anderer Software gestellt. Diese Software stellt in der Regel niedrigere Ansprüche als die SPS – und zwar sowohl in Bezug auf das deterministische Zeitverhalten als auch die Zuverlässigkeit.

Problematisch gestaltet sich allerdings, dass der Prozessor des PCs sozusagen zwischen den beiden Anwendungswelten hin- und herswitchen muss, denn dies kann sich negativ auf die Leistungsfähigkeit der Soft-SPS auswirken.

Hersteller von SPSen (Auswahl)

Speicherprogrammierbare Steuerungen werden weltweit von verschiedenen Herstellern produziert, wobei Siemens das Unternehmen mit den weltweit größten Marktanteilen ist. Zu den größten SPS-Herstellern rund um den Globus zählen unter anderem:

  • Siemens
  • Rockwell Automation
  • Mitsubishi Electric
  • Schneider Electric
  • Omron
  • GE Fanuc
  • Eaton (ehem. Moeller)
  • Hitachi
  • Fuji Electric
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Die Vorteile einer SPS im Überblick

Im Folgenden werden die Vorteile im Vergleich zu einer verbindungsprogrammierten Steuerung (VPS) dargestellt.

Grundsätzlich vereinfachte Änderungen

Soll eine Steuerung realisiert bzw. implementiert werden, gelingt dies im Allgemeinen nicht sofort. In der Regel wird diese stattdessen sukzessive perfektioniert. Erst nach differenten Modifikationen ist meist das angestrebte Ergebnis erreicht. Während bei einer verbindungsprogrammierten Steuerung die Verdrahtung in regelmäßigen Abständen geändert werden muss, gestaltet sich dies bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung weitaus einfacher, denn es muss lediglich das Programm geändert werden. Hierdurch kommt es zu einer deutlichen Verringerung des Zeitaufwandes für Modifikationen der Steuerung. Des Weiteren ist es möglich, späte Änderungen des Programms durchzuführen.

Raumbedarf und Material

Im Allgemeinen werden die Realisierung und Auswertung der Zähl- und Zeitfunktion, das Auswerten unterschiedlicher Zustände sowie Verknüpfungen bei einer speicherprogrammierbaren Steuerung intern durchgeführt. Auf diese Weise werden die Kosten für die Materialien (beispielsweise Zeitrelais und Hilfsschütze) eingespart, welche bei einer verbindungsprogrammierten Steuerung anfallen würden.

Programme vervielfachen

Wurde ein Steuerprogramm einmal geschrieben, kann es so häufig wie gewünscht eingesetzt und kopiert werden. Anders gestaltet sich dies bei einer VPS, denn es müsste jeweils eine separate Erstellung der Steuerung erfolgen. Ipso facto gestaltet sich eine SPS auch dann deutlich kosteneffizienter, wenn die Steuerungsaufgaben vervielfältigt werden sollen.

Optionen zum Dokumentieren und Kommentieren

Wird ein SPS-Programm geschrieben, ist es möglich und auch sinnvoll, wenn zu den jeweiligen Anweisungen auch hilfreiche Kommentare verfasst werden. Auf diese Weise können später existierende Programme weitaus einfacher verstanden und gegebenenfalls modifiziert werden.

Zeiteffizienz bzw. Zeitersparnis

Speicherprogrammierbare Steuerungen sind benötigen weniger Montagearbeit, Materialaufwand und Verdrahtung. Aus diesem Grund können etwaige Projekte in einem weitaus kürzeren Zeitrahmen realisiert werden. Zudem ist ein Bearbeiten in Gruppen möglich, so dass Teilkomponenten erstellt und später zusammengefasst werden.

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Ferndiagnose und Fernwartung

Ein weiterer Vorteil von speicherprogrammierbaren Steuerungen besteht darin, dass die Steuerung des jeweiligen Programms auch von einem anderen Ort aus völlig unproblematisch erfolgen kann. Gleiches gilt für die Überwachung und die Modifikation des Programms - summa summarum handelt es sich bei einer SPS also um eine enorm praktische Lösung.

Weitere Vorteile

Darüber hinaus weisen SPS noch zahlreiche weitere Vorteile auf: So punkten sie mit einem niedrigen Verbrauch an Energie, differenten Vernetzungsmöglichkeiten mit weiteren IT-Anlagen sowie ihrer sehr hohen Zuverlässigkeit.

Buchtipp

Mit der Hochsprache STEP 7-SCL (Structured Control Language) lassen sich übersichtliche, gut zu wartende Programme für komplexe Automatisierungsaufgaben schreiben. SCL basiert auf der Sprache ST (Strukturierter Text) der Norm IEC 61131-3. Im Fachbuch SPS-Programmierung mit SCL im TIA-Portal werden die Grundlagen an einfachen Beispielen aus der Praxis erarbeitet.

Die Nachteile einer speicherprogrammierbaren Steuerung

Grundsätzlich weisen speicherprogrammierbare Steuerungen nur geringe Nachteile auf. Ein Nachteil ist jedoch, dass für nur wenig komplexe oder kleine Anlagen eine SPS zu teuer ist.

Des Weiteren besteht die Notwendigkeit nach zusätzlicher Infrastruktur und Technik wie beispielsweise Sicherungssätze, Datenträger, Programmiergeräte usw. Hinzu kommt zudem, dass zur Umsetzung von speicherprogrammierbaren Steuerungen gut ausgebildetes und entsprechend qualifiziertes Personal notwendig ist.

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Was ist eine SPS? Definition, Grundlagen und Funktion (2024)

FAQs

Was ist eine SPS? Definition, Grundlagen und Funktion? ›

Eine SPS ist ein kleiner Computer mit CPU und Speicher. Das Programm der SPS kann über Eingänge Signale von Sensoren wie z.B. Tastern und Näherungsschaltern auswerten. Abhängig von diesen Eingangssignalen können Aktoren über die Ausgänge der SPS gesteuert werden.

Was versteht man unter einer SPS? ›

Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS; englisch: programmable logic controller, PLC) ist ein Gerät, das zur Steuerung oder Regelung einer Maschine oder Anlage eingesetzt und auf digitaler Basis programmiert wird. Sie löst die „festverdrahtete“ verbindungsprogrammierte Steuerung in den meisten Bereichen ab.

Welche Arten von SPS Typen gibt es? ›

Dabei sind folgende drei Konzepte wichtig:
  • Modulare SPS (einzelne Komponenten mit spezifischen Aufgaben; erweiterbar)
  • Kompakt SPS (fester Verbund der Komponenten; nur bedingt oder gar nicht erweiterbar)
  • Chip SPS bzw. eingebettete SPS (können, wie eine Art Mikrocontroller, in Leiterplatten bzw.

Ist SPS und PLC das gleiche? ›

Ein Programmable Logic Controller (PLC) oder auch Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) genannt, ist ein robuster Computer, der für die industrielle Automatisierung verwendet wird. Diese Steuerungen können einen bestimmten Prozess, eine Maschinenfunktion oder sogar eine gesamte Produktionslinie automatisieren.

Was macht eine Sicherheits SPS? ›

Zu den typischen SPS-Funktionen gehören Zeitsteuerung, Kontrolle und Ablaufsteuerung von Aktionen wie das Ein- und Ausschalten von Motoren, Pumpen oder Ventilen. Eine Sicherheits-SPS hingegen ist eine dedizierte Steuerung, die speziell für die Erfüllung von Sicherheitsanforderungen gebaut und zertifiziert wurde, wie z.

Welche Vorteile hat eine SPS? ›

Vorteile von SPS gegenüber VPS
  • hohe Flexibilität und Einsatzvielfalt.
  • unkomplizierte Vervielfältigung und Änderung der Programmierung statt umständlicher Umverdrahtung.
  • vereinfachte Implementierung der Programmierung.
  • geringerer Montageaufwand.
  • schnelle Funktionswechsel.
  • hohe Zuverlässigkeit.
  • niedriger Energieverbrauch.
Feb 1, 2023

Wer programmiert SPS? ›

SPS-Programmierer:innen arbeiten in der Regel in produktions- und prozessorientierten Unternehmen. Das können IT-Unternehmen oder Systemhäuser sein. Sie finden aber auch genauso gut eine Anstellung im Elektro-Maschinenbau.

Ist SPS ein Bussystem? ›

Als Feldbus bezeichnet man ein Bussystem, das Sensoren und Aktoren zum Informationsaustausch mit einem Steuerungsrechner (SPS) verbindet. Dabei wird also über Busleitungen eine Datenverbindung von einer SPS zu unterschiedlichen Geräteteilnehmern geschaffen.

In welcher Sprache werden SPS programmiert? ›

Überblick über gängige Programmiersprachen für SPS

In der SPS-Programmierung werden vor allem die Sprachen genutzt, die in der Norm IEC 61131 – 3 festgelegt sind. Diese umfassen Strukturierter Text (ST), Funktionsbausteinsprache (FBS), Kontaktplan (KOP), Ablaufsprache (AS) und Anweisungsliste (AWL).

Ist eine SPS eine CPU? ›

Eine SPS ist ein kleiner Computer mit CPU und Speicher. Das Programm der SPS kann über Eingänge Signale von Sensoren wie z.B. Tastern und Näherungsschaltern auswerten. Abhängig von diesen Eingangssignalen können Aktoren über die Ausgänge der SPS gesteuert werden.

Ist ein Arduino eine SPS? ›

Um den Aufbau einer starken industriellen Belegschaft zu unterstützen, hat Arduino ein spezielles SPS-Ausbildungs-Kit entwickelt.

Wie viele Eingänge hat eine SPS? ›

auf bis zu 24 digitale Eingänge, 20 digitale Ausgänge, analoge Eingänge und 8 analoge Ausgänge ausgebaut werden (ab Version LOGO! 8) und kann somit auch komplexere Anlagen steuern.

Wer hat die SPS erfunden? ›

50 Jahre speicherprogrammierbare Steuerungen und SPS-Programmierung. Ein halbes Jahrhundert ist es nun her, als die US-amerikanischen Ingenieure Odo J. Struger und Richard E. Morley die ersten speicherprogrammierbaren Steuerungen, kurz "SPS", entwickelt haben.

Wie funktioniert die SPS? ›

Die SPS steuert, reguliert und überwacht Maschinen und Anlagen. Sie interpretiert Eingangssignale (z.B. von Sensoren und Tastern), verarbeitet sie entsprechend einem vordefinierten Programm und erzeugt daraus Ausgangssignale. Diese Ausgangssignale beeinflussen dann die Maschinen und Anlagen.

Wie schaltet eine SPS? ›

Der Pluspol der 24V Gleichspannungsversorgung wird über die Signalgeber auf die Eingänge geschaltet. Die +24V Versorung für die Ausgänge erfolgt entweder direkt oder geschaltet (z.B. Not-Aus-geschaltet) an der Ausgabebaugruppe und wird SPS-gesteuert auf die Stellglieder oder Leuchtmelder ausgegeben.

Was braucht man um SPS Programmierer zu werden? ›

Ausbildung als SPS-Programmierer:in

Ebenso gibt es kein direktes Studium. Voraussetzung für einen Job als SPS-Programmierer:in ist jedoch eine abgeschlossene Berufsausbildung in der IT, der Elektrotechnik, dem Maschinenbau oder ein abgeschlossenes Studium in den genannten Fachbereichen.

Wie wird ein SPS Programm ausgeführt? ›

Bei einer SPS wird das Anwenderprogramm von der Zentralbaugruppe ausgeführt. Die CPU der Zentralbaugruppe ist ein auf die Steuerungstechnik ausgerichtetes Mikroprozessorsystem. Je leistungsfähiger die CPU der Zentralbaugruppe, desto schneller die Programmbearbeitung.

Was versteht man unter einem Merker bei einer SPS? ›

Merker sind kleine Speicherplätze, in denen Zwischenergebnisse gespeichert werden können. Dabei kann ein Merker als Bit, Byte, Word oder DWord schreibend und lesend verwendet werden, ohne direkten Einflüssen von außen zu unterstehen.

Was bekommt ein SPS Programmierer? ›

Als SPS-Programmierer verdient man in Deutschland durchschnittlich 48.184€ im Jahr. Das entspricht einem monatlichen Bruttogehalt von 4.015€. Das Gehalt als SPS-Programmierer liegt zwischen 46.345€ und 49.023€. 21 SPS-Programmierer Stellenanzeigen auf jobvector.de.

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Author: Tyson Zemlak

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