Was ist eine SPS?

Eine SPS ist ein kleiner Industriecomputer, der Maschinen automatisch steuert. Sie sitzt meist in einem Schaltschrank, hat keinen Bildschirm und keine Tastatur – aber sie erledigt einen ganz konkreten Job: sie liest Signale von Sensoren, prüft eine programmierte Logik und schaltet daraufhin Motoren, Ventile, Lampen oder Förderbänder.

Stellen Sie sich die SPS als das Gehirn einer Maschine vor. Eine Verpackungsanlage, ein Aufzug, eine Ampelanlage, eine Bohrinsel – fast jede automatisierte Anlage in der Industrie wird von mindestens einer SPS gesteuert.

Auf Englisch heißt das gleiche Gerät PLC (Programmable Logic Controller). Beide Begriffe meinen exakt dieselbe Art von Computer.

SPS steht für speicherprogrammierbare Steuerung. Die Bezeichnung bedeutet wörtlich: eine Steuerung, deren Logik in einem Speicher liegt – und damit jederzeit umprogrammierbar ist.

Vor der SPS waren Steuerungen festverdrahtet: Hunderte Relais wurden mit Kupferdraht zu einer festen Schaltung verbunden. Wer die Logik ändern wollte, musste den ganzen Schaltschrank umverdrahten. Die SPS hat das ersetzt: heute ändert man die Software, die Hardware bleibt.

Eine SPS macht im Prinzip nur drei Dinge – immer wieder, sehr schnell:

• Lesen: Was sagen die Sensoren? Ist der Taster gedrückt? Steht das Förderband? Wie heiß ist der Ofen?
• Entscheiden: Vergleicht die Eingangswerte mit der hinterlegten Logik – einer Art Rezept aus „Wenn–Dann“-Regeln.
• Schalten: Schickt das Ergebnis an die Aktoren: Motor an, Ventil zu, Lampe rot, Roboter fährt los.

Beispiel Aufzug: Sie drücken den Knopf für 3. Stock. Die SPS sieht das Signal, prüft wo die Kabine gerade ist, schließt die Türen, lässt den Motor anlaufen, stoppt im richtigen Stockwerk und öffnet die Türen wieder. Alles in Sekundenbruchteilen, alles deterministisch.

Beispiel Klimaanlage: Die SPS liest dauernd die Raumtemperatur. Wird sie höher als der Sollwert, schaltet sie den Kompressor ein und regelt die Lüftergeschwindigkeit. Sinkt sie unter den Sollwert, schaltet die SPS aus.

Eine SPS arbeitet in einem Endloszyklus – dem sogenannten Scan-Zyklus. Vier Schritte, immer wieder:

• Eingänge lesen. Die SPS macht einen Schnappschuss aller Sensorzustände.
• Programm ausführen. Die Logik wird von oben nach unten abgearbeitet.
• Ausgänge schreiben. Erst jetzt schalten Motoren, Ventile, Lampen.
• Selbsttest. Kommunikation, Diagnose, Watchdog. Dann beginnt der nächste Zyklus.

Ein Zyklus dauert je nach Anlage 1 bis 50 Millisekunden. Eine schnelle Verpackungsmaschine läuft mit 5 ms, eine Wasserpumpenstation reicht oft mit 50 ms aus.

Eine SPS besteht aus wenigen, klar abgegrenzten Bausteinen:

• CPU – der Prozessor, der die Logik abarbeitet.
• Speicher – hier liegt das Programm und die Daten.
• Eingangsmodule – nehmen Signale von Sensoren entgegen (Schalter, Temperaturfühler, Drucksensoren).
• Ausgangsmodule – schalten Aktoren (Motoren, Ventile, Lampen).
• Stromversorgung – meist 24 Volt Gleichspannung.
• Kommunikationsschnittstellen – Ethernet, Profinet, Modbus, OPC UA.

Bauformen reichen von winzig (Siemens LOGO! 8 für 8 Eingänge und 4 Ausgänge) bis riesig (Siemens S7-1500 mit redundanter Doppel-CPU für zehntausende Datenpunkte). Die Mechanik unterscheidet sich, das Prinzip bleibt gleich.

Eine SPS ist ein Computer – aber ein sehr spezieller. Die wichtigsten Unterschiede:

Praktisch überall, wo Maschinen automatisch laufen sollen. Ein paar Beispiele aus dem Alltag:

• Aufzüge in Bürogebäuden und Wohnhäusern.
• Ampelanlagen an Kreuzungen.
• Verpackungsmaschinen in der Lebensmittelindustrie.
• Förderbänder in Logistikzentren.
• Sägewerke und Trocknungsanlagen in der Holzindustrie.
• Pumpwerke in der Wasserversorgung.
• Sortieranlagen im Recycling.
• Klimaanlagen in großen Gebäuden.
• Roboterzellen in der Automobilfertigung.
• Brennlinien in Zementwerken.

Die meisten Menschen kommen täglich mit dutzenden SPSen in Berührung – ohne es zu merken. Genau das ist gewollt: eine SPS arbeitet im Hintergrund.

SPSen werden in speziellen Sprachen programmiert, die in der Norm IEC 61131-3 standardisiert sind. Vier Sprachen sind heute relevant:

• Kontaktplan (KOP) – grafisch, sieht aus wie ein Stromlaufplan. Wer Schaltpläne lesen kann, lernt KOP in wenigen Stunden.
• Funktionsbausteinsprache (FBS) – grafisch mit Bausteinen. Beliebt für Regelaufgaben.
• Strukturierter Text (ST) – textuell, ähnlich wie Pascal oder Basic. Stark bei komplexer Logik.
• Ablaufsprache (AS) – grafisch, modelliert Schritte und Übergänge. Ideal für Maschinenabläufe.

Ein winziges Beispiel: ein Motor mit Selbsthaltung (klassische Start/Stop-Schaltung) in Strukturiertem Text:

bMotor := (bStart OR bMotor) AND bStop AND bNotAus;

Erfinder der SPS war Dick Morley mit seinem Team bei Bedford Associates, Massachusetts. Im Jahr 1968 schrieb General Motors eine Ausschreibung aus: ein elektronischer Ersatz für die hartverdrahteten Relaisschränke seiner Getriebefertigung. Bedford gewann den Zuschlag.

1969 baute das Team das erste Gerät – das Modicon 084. 16 Eingänge, 16 Ausgänge, 1 KB Speicher. Es lief bei GM fast zwanzig Jahre durchgehend im Schichtbetrieb.

In der Praxis hört man neben „SPS“ oft auch SCADA, DCS oder IPC. Schnellüberblick:

In der Regel: Die SPS steuert. SCADA schaut zu. DCS macht beides für sehr große, prozesskontinuierliche Anlagen eng integriert. IPC und Soft-PLC ersetzen die SPS-Hardware durch PC-Hardware, machen aber denselben Job.

Fünf Hersteller halten zusammen rund 60–77 % des globalen SPS-Marktes (etwa 13–17 Mrd. USD im Jahr 2024):

• Siemens (Deutschland) – Marktführer mit über 20 %, in der DACH-Region nahezu Standard. Aktuelle Familien: S7-1200, S7-1500, ET 200SP. Engineering-Software: TIA Portal.
• Rockwell / Allen-Bradley (USA) – stark in Nordamerika und Automotive. Logix-Familie: CompactLogix, ControlLogix, GuardLogix.
• Schneider Electric / Modicon (Frankreich) – die Erfinder. Modicon M580 und M340.
• Mitsubishi Electric (Japan) – Marktführer in Asien. MELSEC iQ-R und iQ-F.
• ABB (Schweiz) und B&R Industrial Automation (Österreich, ABB-Tochter seit 2017) – AC500 und X20/X90.

Daneben relevant: Beckhoff (PC-basierte Steuerung, TwinCAT 3, Erfinder von EtherCAT), Omron, WAGO, Phoenix Contact und CODESYS – letzteres kein Hardware-Hersteller, sondern eine herstellerneutrale Programmierplattform aus Kempten, die auf über 350 Geräten verschiedener OEMs läuft.

Die Grundlagen lernt man in wenigen Tagen. Wer schon Stromlaufpläne lesen kann, versteht Kontaktplan in einer Stunde. Wer Pascal, Basic oder C kann, lernt Strukturierten Text in ein paar Stunden. Es gibt kostenlose Simulatoren (Siemens TIA Portal Trial, CODESYS Free, OpenPLC) – damit können Sie sofort üben, ohne Hardware zu kaufen.

Schwieriger wird es bei drei Themen:

• Anlagensicherheit – wer Sicherheits-SPSen programmiert, braucht Kenntnisse in IEC 62061 und ISO 13849.
• Komplexe Schrittketten – große Maschinen mit vielen parallelen Abläufen verlangen Erfahrung mit der Ablaufsprache.
• Herstellerspezifika – jedes Engineering-Tool (TIA, Studio 5000, TwinCAT, Automation Studio) hat seine eigenen Eigenheiten. Der Wechsel zwischen Vendor A und B kostet Zeit.

Ja – mehr denn je. Die SPS bleibt das deterministische Herzstück der Anlage, weil kein anderer Computertyp ihre Verlässlichkeit und Lebensdauer erreicht. Was sich geändert hat: die SPS ist heute vernetzt.

Drei Stichworte für die Industrie 4.0-Praxis:

• OPC UA – herstellerneutraler Standard, mit dem jede moderne SPS ihre Daten an MES, ERP und Cloud anbietet.
• MQTT / Sparkplug B – schlankes Pub/Sub-Protokoll, besonders beliebt in Brownfield-Anlagen, wo nachgerüstet wird.
• Predictive Maintenance – aus Schwingungs-, Strom- und Temperaturdaten der SPS errechnen Algorithmen, wann ein Lager getauscht werden muss, bevor es ausfällt.

Die SPS bleibt damit die verlässliche Datenquelle für Industrie 4.0: Vernetzung erweitert die Steuerung, ersetzt ihre deterministische Aufgabe aber nicht.