Im Kern sind speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) spezialisierte Digitalrechner, die speziell für industrielle Anwendungen entwickelt wurden. Sie haben industrielle Steuerungssysteme revolutioniert und herkömmliche relaisbasierte Systeme abgelöst. Dank ihrer Fähigkeit, logische, arithmetische und Steuerungsoperationen auszuführen, bieten SPS mehr Flexibilität, Zuverlässigkeit und Effizienz.

SPSen arbeiten auf Basis eines zyklischen Prozesses, dem sogenannten Scanzyklus. Während dieses Zyklus liest die SPS zunächst die Eingangssignale von Sensoren, Schaltern und anderen angeschlossenen Eingabegeräten. Diese Eingangssignale werden anschließend gemäß dem im Speicher der SPS hinterlegten, benutzerdefinierten Programm verarbeitet. Die verarbeiteten Ergebnisse werden zur Generierung von Ausgangssignalen verwendet, die Aktoren wie Motoren, Ventile und Leuchten steuern. Dieser kontinuierliche Scanzyklus gewährleistet die Echtzeitüberwachung und -steuerung industrieller Prozesse.

SPS-Produkte gibt es in verschiedenen Ausführungen, die jeweils auf spezifische industrielle Bedürfnisse zugeschnitten sind.

Kompakt-SPSen, auch bekannt als Mikro-SPS, sind hochintegrierte Einheiten. Sie vereinen Stromversorgung, CPU und E/A-Schnittstellen in einem einzigen kompakten Gehäuse. Diese SPSen eignen sich ideal für Anwendungen im kleinen Maßstab, bei denen der Platz begrenzt und die Wirtschaftlichkeit entscheidend ist. Beispielsweise kann eine Kompakt-SPS in einer kleinen Verpackungsmaschine die grundlegenden Vorgänge wie Produktzuführung, Versiegelung und Schneiden steuern. Marken wie die Micro800-Serie von Rockwell Automation und die SIMATIC S7-1200 von Siemens sind in dieser Kategorie beliebt. Die Micro800-Serie mit ihren verschiedenen Modellen wie dem Micro810, der als intelligentes Relais fungieren kann, und dem Micro820, der für die unabhängige Steuerung kleiner Maschinen entwickelt wurde, bietet flexible Kommunikationsoptionen und ausreichende E/A-Kapazitäten für solche Anwendungen.

Modulare SPSen bieten ein hohes Maß an Flexibilität. Sie bestehen aus einem zentralen Rack oder einer Backplane, auf der verschiedene Module installiert werden können. Zu diesen Modulen gehören die CPU, das Netzteil, digitale und analoge E/A-Module sowie Funktionsmodule. Dank dieses modularen Aufbaus können Anwender das SPS-System an ihre spezifischen Anforderungen anpassen. In großen Produktionsanlagen mit komplexen Steuerungsanforderungen lässt sich eine modulare SPS so konfigurieren, dass sie verschiedene Ein- und Ausgänge verarbeitet, fortgeschrittene Steuerungsalgorithmen ausführt und mit anderen Geräten im Anlagennetzwerk kommuniziert. Die AC500-SPS-Plattform von ABB mit ihren Modellen AC500-eCo, AC500, AC500-XC und AC500-S ist ein Paradebeispiel für modulare SPSen. Diese Modelle sind je nach Anwendung skalierbar und eignen sich daher für Anwendungen von kleinen Maschinen bis hin zu großen Industrieanlagen.

Rack-SPS werden typischerweise in größeren Industrieanlagen eingesetzt, in denen hohe Leistung und Erweiterbarkeit unerlässlich sind. Sie werden in Standard-19-Zoll-Racks installiert, was eine komfortable und übersichtliche Unterbringung mehrerer Komponenten ermöglicht. Diese SPS verfügen oft über eine große Anzahl von Ein-/Ausgängen und unterstützen komplexe Steuerungsstrategien. In einem Kraftwerk kann eine Rack-SPS zur Steuerung des gesamten Stromerzeugungsprozesses eingesetzt werden, einschließlich Turbinensteuerung, Generatorüberwachung und Stromverteilung.

Industrielle Umgebungen sind rau und unterliegen Faktoren wie hohen Temperaturen, elektrischen Störungen und mechanischen Vibrationen. SPS-Steuerungen sind so konstruiert, dass sie diesen Bedingungen standhalten und einen hochzuverlässigen Betrieb gewährleisten. Sie bestehen aus robusten Komponenten und verfügen über fortschrittliche Schutzmechanismen gegen elektrische Störungen. Viele SPS-Steuerungen erfüllen beispielsweise strenge Industriestandards wie die IP-Schutzart (Ingress Protection), um einen zuverlässigen Betrieb auch in staubigen oder feuchten Umgebungen sicherzustellen.

Einer der größten Vorteile von SPSen ist ihre Programmierbarkeit. Sie verwenden Kontaktplanlogik, eine Programmiersprache, die traditionellen relaisbasierten Steuerschaltungen ähnelt und es Ingenieuren und Technikern mit Erfahrung in der elektrischen Steuerungstechnik ermöglicht, sie leicht zu erlernen und anzuwenden. Neben Kontaktplanlogik unterstützen moderne SPSen auch andere Programmiersprachen wie Funktionsbausteindiagramme (FBD), strukturierten Text (ST) und Ablaufdiagramme (SFC). Diese Programmierflexibilität ermöglicht die Implementierung komplexer, auf spezifische industrielle Prozesse zugeschnittener Steuerungsalgorithmen.

In der heutigen vernetzten Industriewelt müssen SPSen mit anderen Geräten im Anlagennetzwerk kommunizieren. Die meisten SPSen sind mit verschiedenen Kommunikationsschnittstellen wie Ethernet, RS-232, RS-485 und Feldbusprotokollen wie Profibus, Modbus und CANopen ausgestattet. Dies ermöglicht die nahtlose Integration mit anderen SPSen, Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMIs), SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) und ERP-Systemen (Enterprise Resource Planning). Beispielsweise kann eine SPS in einer Produktionsanlage mit einer HMI kommunizieren, um den Bedienern Prozessdaten in Echtzeit anzuzeigen und Befehle von ihnen zu empfangen. Sie kann außerdem Daten an ein SCADA-System senden, um die gesamte Anlage zentral zu überwachen und zu steuern.

SPS-Steuerungen finden in einer Vielzahl von Branchen Anwendung.

In der Fertigung werden speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) zur Steuerung von Produktionslinien, zur Automatisierung von Maschinen und zur Sicherstellung der Qualitätskontrolle eingesetzt. In einer Automobilmontagelinie steuern SPS die Bewegung von Robotern, Förderbändern und anderen automatisierten Anlagen. Sie überwachen zudem die Qualität der montierten Teile durch die Analyse von Sensordaten und leiten bei Bedarf Korrekturmaßnahmen ein. In einem Lebensmittel- und Getränkeherstellungsbetrieb steuern SPS die Abfüll-, Verschließ- und Etikettierungsprozesse und gewährleisten so eine präzise und einheitliche Produktverpackung.

Die Prozessindustrie, zu der Branchen wie Öl und Gas, Chemie und Energieerzeugung gehören, ist für die Prozesssteuerung stark auf speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) angewiesen. SPS werden zur Regelung von Variablen wie Temperatur, Druck, Durchflussrate und Füllstand in chemischen Reaktoren, Ölraffinerien und Kraftwerken eingesetzt. Beispielsweise steuern SPS in einem Kraftwerk den Betrieb von Kesseln, Turbinen und Generatoren und gewährleisten so eine stabile Stromerzeugung und einen effizienten Betrieb. In einer Ölraffinerie werden SPS zur Steuerung des Destillationsprozesses verwendet, um die Produktion verschiedener Ölprodukte zu optimieren.

SPS-Steuerungen spielen eine entscheidende Rolle in Gebäudeautomationssystemen. Sie werden zur Steuerung von Beleuchtung, Heizung, Lüftung und Klimaanlage (HLK) in Gewerbegebäuden eingesetzt. Durch die Integration von Sensoren wie Bewegungs-, Temperatur- und Lichtsensoren können SPS-Steuerungen den Betrieb dieser Systeme automatisieren und so die Energieeffizienz und den Komfort der Gebäudenutzer verbessern. Beispielsweise kann eine SPS-Steuerung so programmiert werden, dass sie das Licht in einem unbesetzten Raum ausschaltet oder die Temperatur in einem Gebäude abhängig von der Tageszeit und der Belegung anpasst.

Rockwell Automation ist ein weltweit führender Anbieter von Industrieautomation und Informationstechnologie. Die Allen-Bradley-SPSen und PACs (programmierbare Automatisierungssteuerungen) decken ein breites Anwendungsspektrum ab – von großen Industrieanlagen bis hin zu kleinen Maschinen. Die ControlLogix 5580-Steuerungsserie, die standardmäßig auf der Software Studio 5000® basiert, optimiert die Produktivität und verkürzt die Inbetriebnahmezeiten. Die CompactLogix 5380-Steuerungsfamilie bietet höhere Leistung, größere Kapazität und verbesserte Sicherheit und eignet sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem in der Fertigungs- und Prozessindustrie.

Siemens ist ein weiterer wichtiger Akteur auf dem SPS-Markt. Die SIMATIC-SPSen von Siemens sind bekannt für ihre hohe Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und fortschrittlichen Funktionen. Die SIMATIC S7-1500-Serie beispielsweise bietet hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit, eine große Anzahl von E/A-Punkten und die nahtlose Integration mit anderen Siemens-Produkten und -Systemen. Sie findet breite Anwendung in Branchen wie der Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie der Elektronikfertigung.

Die AC500-SPS-Plattform von ABB ist eine beliebte Wahl für Anwendungen in Industrie, Infrastruktur und Maschinenbau. Die Plattform bietet eine Reihe von Modellen, von der kompakten AC500-eCo bis hin zur High-End-SPS AC500-S, und stellt somit Lösungen für unterschiedliche Anwendungsanforderungen bereit. Die AC500-SPSen zeichnen sich durch ihre einfache Integration, lange Lebensdauer und ihre Fähigkeit aus, Produktivität, Zuverlässigkeit und Sicherheit in industriellen Prozessen zu verbessern.

 

SPS-Systeme sind die treibende Kraft der modernen industriellen Automatisierung. Ihre Vielseitigkeit, Zuverlässigkeit und Programmierbarkeit machen sie in einer Vielzahl von Branchen unverzichtbar. Mit dem technologischen Fortschritt entwickeln sich auch SPS-Systeme stetig weiter und bieten immer fortschrittlichere Funktionen und Leistungsfähigkeit. Ob kleiner Fertigungsbetrieb oder großer Industriekomplex – SPS-Systeme spielen eine entscheidende Rolle bei der Prozessoptimierung, Effizienzsteigerung und dem reibungslosen Betrieb industrieller Anlagen.