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Was ist eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung)?
Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein digitales Gerät, das Maschinen und Anlagen steuert, indem es die Signale angeschlossener Sensoren einliest, ein gespeichertes Programm abarbeitet und daraus die Befehle für Antriebe, Ventile und Anzeigen ableitet. Der entscheidende Unterschied zur älteren, fest verdrahteten Steuerung liegt im Wort speicherprogrammierbar: Das Verhalten der Anlage steht als Programm im Speicher und wird geändert, indem man das Programm ändert, nicht die Verdrahtung.
Im englischen Sprachraum heißt das Gerät PLC, Programmable Logic Controller. In der Intralogistik ist die SPS die unterste Steuerungsebene: Sie treibt Förderer, Regalbediengeräte, Verschiebewagen und Übergabeplätze an, überwacht Lichtschranken und Endschalter und meldet Zustände an den Materialflussrechner darüber. Fast jede Bewegung in einem automatisierten Lager beginnt in einer SPS.
Entwickelt wurde die SPS 1968/69 für General Motors (Modicon 084 von Bedford Associates) als Ersatz für Relaissteuerungen, deren Umbau bei jedem Modellwechsel Wochen kostete. In Deutschland prägte die SIMATIC-Reihe von Siemens seit den 1970er Jahren (S3 ab 1973, S5 ab 1979) den Begriff so stark, dass „S5" und „S7" in vielen Betrieben als Synonym für die Steuerung selbst gelten.
Wofür steht SPS, und wie unterscheidet sie sich von PLC, VPS und Prozessleitsystem?
Um die SPS herum werden mehrere Begriffe verwendet, die teils dasselbe, teils Verschiedenes bezeichnen:
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| SPS | Speicherprogrammierbare Steuerung – der deutsche Fachbegriff, so auch in der Norm IEC 61131 verwendet |
| PLC | Programmable Logic Controller – die englische Bezeichnung für dasselbe Gerät |
| VPS | Verbindungsprogrammierte Steuerung – die fest verdrahtete Vorgängertechnik aus Relais und Schützen; die Funktion ergibt sich aus der Verdrahtung |
| Soft-SPS | Eine SPS als Software auf einem Industrie-PC statt als eigenes Gerät |
| Prozessleitsystem | Kein Gegenstück zur SPS, sondern die Ebene darüber: Es koordiniert viele Steuerungen und führt die Anlage als Ganzes; erklärt auf der Seite Prozessleitsystem (PLS) |
Der Unterschied zwischen SPS und VPS ist mehr als historisch. Verbindungsprogrammierte Steuerungen finden sich bis heute in Altanlagen und bei einfachen Sicherheitskreisen mit Sicherheitsrelais; in modernen Anlagen übernehmen Sicherheits-SPS auch Not-Halt und Schutztüren. Alles, was sich ändern können muss, gehört in die SPS.
Wie funktioniert eine SPS?
Eine SPS arbeitet zyklisch, und dieser Zyklus erklärt fast alles über ihr Verhalten. Er besteht aus drei Schritten, die sich ununterbrochen wiederholen:
- Eingänge lesen: Die Zustände aller Sensoren werden in das Prozessabbild der Eingänge kopiert – ein Speicherbereich, der den Anlagenzustand zum Zyklusbeginn einfriert.
- Programm bearbeiten: Das Anwenderprogramm wird von oben nach unten durchlaufen. Es rechnet ausschließlich mit dem Prozessabbild, nicht mit den physischen Eingängen; so bleibt das Ergebnis innerhalb eines Zyklus konsistent.
- Ausgänge schreiben: Das Prozessabbild der Ausgänge wird auf die Ausgabebaugruppen übertragen, die Aktoren schalten.
Die Dauer eines Durchlaufs ist die Zykluszeit, typischerweise wenige Millisekunden. Sie bestimmt, wie schnell die Steuerung auf ein Signal reagiert, und sie ist deterministisch: Eine SPS garantiert, dass ein Signal spätestens nach zwei Zyklen verarbeitet und beantwortet ist. Das ist der Grund, warum eine SPS kein gewöhnlicher PC ist, auch wenn beide einen Prozessor haben. Ein PC bearbeitet Aufgaben, wenn er dazu kommt; eine SPS bearbeitet sie in festem Takt.
Der Aufbau folgt diesem Zyklus: Eine Zentralbaugruppe (CPU) mit Prozessor und Speicher führt das Programm aus und hält Merker, Zeitgeber und Zähler; Eingabebaugruppen nehmen digitale und analoge Signale von Tastern, Lichtschranken, Endschaltern, Temperatur- und Füllstandsgebern an; Ausgabebaugruppen schalten Schütze, Ventile, Frequenzumrichter und Leuchten; eine Stromversorgung und ein Rückwandbus verbinden die Baugruppen; Kommunikationsschnittstellen stellen die Verbindung zu Bedienpanels, anderen Steuerungen und übergeordneten Systemen her.
Welche Bauarten von SPS gibt es?
| Bauart | Aufbau | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| Modulare SPS | CPU, Stromversorgung, Ein- und Ausgabebaugruppen und Sonderbaugruppen als einzeln steckbare Module auf einem Baugruppenträger oder einer Hutschiene | Anlagen, die wachsen oder sich ändern; Fördertechnik, Lager, Produktionslinien |
| Kompakte SPS | CPU, feste Anzahl Ein- und Ausgänge und Netzteil in einem Gehäuse | Klar umrissene Aufgaben mit wenigen Signalen: einzelne Maschine, Pumpstation, kleine Förderstrecke |
| Soft-SPS | Steuerungssoftware mit Echtzeitkern auf einem Industrie-PC, Ein- und Ausgänge über Feldbus | Anlagen mit hohem Rechenbedarf, Visualisierung und Steuerung auf einem Gerät |
| Sicherheits-SPS | Steuerung mit redundanter, geprüfter Hardware und Software für Schutzfunktionen nach ISO 13849-1 und IEC 62061 (auf Basis von IEC 61508) | Not-Halt, Schutztüren, Lichtvorhänge, sichere Geschwindigkeit an Regalbediengeräten |
| Dezentrale Peripherie | Ein- und Ausgabestationen vor Ort an der Anlage, per Feldbus mit der zentralen CPU verbunden | Lange Förderstrecken, verteilte Anlagen; spart Verdrahtung zum Schaltschrank |
In einer Intralogistik-Anlage kommen meist mehrere Bauarten zusammen: eine modulare SPS je Anlagenbereich, dezentrale Peripherie entlang der Fördertechnik und eine Sicherheits-SPS für die Schutzeinrichtungen. Die Wahl der Bauart ist eine Frage der Signalanzahl, der Ausdehnung der Anlage und der späteren Änderbarkeit.
Der deutsche Markt wird von Siemens SIMATIC geprägt. Daneben sind Rockwell Automation (Allen-Bradley) vor allem in Anlagen mit amerikanischem Ursprung, Beckhoff mit PC-basierten Steuerungen, B&R, Schneider Electric (Modicon), Mitsubishi Electric und Phoenix Contact verbreitet. Für den Betreiber ist weniger der Hersteller entscheidend als die Generation: Bei Siemens sind heute SIMATIC S7-1500 und die S7-1200 in ihrer zweiten Generation (G2, seit 2024) die aktuellen Reihen; die erste S7-1200-Generation läuft ab November 2026 aus. Die S7-300 ist seit Oktober 2023 im Produktauslauf und seit Oktober 2025 abgekündigt, Ersatzteile sichert Siemens noch etwa bis 2033 zu. Die S7-400 wird noch bis über 2035 hinaus versorgt, für Neuprojekte ist aber die S7-1500 die übliche Wahl. Die S5, 1979 eingeführt und ab 2003 aus dem Programm genommen, wird von Siemens seit Oktober 2020 weder repariert noch mit Ersatzteilen versorgt und ist nur noch über den Gebrauchtmarkt zu halten.
Wie wird eine SPS programmiert?
Die Programmierung ist in der Norm IEC 61131-3 geregelt. Sie definiert in der aktuellen Fassung von 2025 vier Sprachen; die Anweisungsliste als fünfte wurde 2013 als überholt eingestuft und 2025 aus der Norm gestrichen, ist in Altprogrammen aber noch überall anzutreffen. Die Sprachen unterscheiden sich weniger in dem, was sie können, als darin, für wen sie lesbar sind:
| Sprache | Kürzel | Art | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| Kontaktplan | KOP (LD) | grafisch | An Stromlaufpläne angelehnt, vertraut für Elektrofachkräfte; Verriegelungen, einfache Logik |
| Funktionsbausteinsprache | FBS (FBD), bei Siemens FUP | grafisch | Verknüpfung logischer Bausteine, gut lesbar bei Verriegelungen und Signalverknüpfungen |
| Strukturierter Text | ST (SCL bei Siemens) | textuell | Hochsprachenähnlich; Berechnungen, Datenverarbeitung, Kommunikation |
| Ablaufsprache | AS (SFC), bei Siemens GRAPH | grafisch | Schrittketten: Einlagern, Auslagern, Anfahren einer Anlage |
| Anweisungsliste | AWL (IL) | textuell | Maschinennah; 2013 in der Norm als überholt gekennzeichnet, seit der Fassung 2025 nicht mehr Teil der Norm, in Altprogrammen häufig |
In der Praxis werden mehrere Sprachen in einem Projekt kombiniert: die Schrittkette eines Regalbediengeräts in der Ablaufsprache, die Verriegelungen der Fördertechnik im Funktionsplan, die Telegrammkommunikation zum Materialflussrechner in Strukturiertem Text. Programmiert wird in der Engineering-Umgebung des Herstellers, bei Siemens im TIA Portal. Was das Programm inhaltlich tut, gibt in der Intralogistik die Ebene darüber vor: Der Materialflussrechner schickt Transportaufträge als Telegramme, die SPS setzt sie in Bewegungen um und meldet Positionen und Störungen zurück.
Eine SPS ist heute kein Einzelgerät, sondern ein Knoten in einem Netz. Nach unten spricht sie über Feldbusse mit Sensoren, Antrieben und dezentraler Peripherie; in Deutschland überwiegen PROFINET und, in Altanlagen, PROFIBUS, daneben EtherCAT und IO-Link für die Sensorebene. Ein Frequenzumrichter erhält seinen Sollwert nicht mehr über eine Analogleitung, sondern als Telegramm, und meldet Strom, Drehzahl und Störungen zurück.
Zur Seite kommuniziert sie mit dem Bedienpanel (HMI) am Schaltschrank oder an der Anlage, das Zustände anzeigt, Handbetrieb erlaubt und Störungen quittiert, und mit anderen Steuerungen, wenn ein Förderer eine Ladeeinheit an den Nachbarbereich übergibt. Nach oben stellt sie ihre Daten dem Materialflussrechner und dem SCADA-System bereit, klassisch über herstellerspezifische Protokolle wie S7-Kommunikation, zunehmend über OPC UA als herstellerneutralen Standard. Bei einer Modernisierung ist diese Kommunikationsstruktur meist der aufwendigere Teil: Sie muss neu aufgebaut werden, bevor eine einzige Bewegung wieder läuft.
Welche Arten von Steuerungen gibt es?
Unabhängig von der Bauart unterscheidet die Steuerungstechnik nach der Art der Signale binären Steuerungen (Signale mit zwei Zuständen, etwa Lichtschranke frei oder belegt), digitalen Steuerungen (Zahlenwerte wie eine Position oder ein Zählerstand) und analogen Steuerungen (stufenlose Größen wie Temperatur oder Druck, die die SPS über Analogbaugruppen digitalisiert). Eine moderne SPS beherrscht alle drei; die Unterscheidung hilft bei der Auswahl der Baugruppen.
Binäre Steuerungen, der häufigste Fall in der Intralogistik, unterteilt man weiter nach der Art der Aufgabe: Eine Verknüpfungssteuerung leitet die Ausgänge direkt aus den Eingängen ab: Ist die Lichtschranke frei und der Förderer bereit, läuft der Antrieb. Eine Ablaufsteuerung arbeitet Schritte in festgelegter Reihenfolge ab, wobei jeder Schritt erst nach einer Bedingung an den nächsten übergibt: Palette aufnehmen, zum Fach fahren, absetzen, zurückmelden. Fast alle Bewegungen eines Regalbediengeräts sind Ablaufsteuerungen, fast alle Schutzfunktionen Verknüpfungssteuerungen.
In einem automatisierten Lager sitzt die SPS an jeder Stelle, an der sich etwas bewegt:
- Fördertechnik: Antriebe der Rollen- und Kettenförderer, Stauplätze, Verschiebewagen, Heber und Drehtische; Lichtschranken und Scanner an jedem Übergabepunkt. Bauarten und Steuerung auf der Seite Fördertechnik.
- Regalbediengeräte: Fahr-, Hub- und Lastaufnahme-Achsen, Positionierung, Feinpositionierung im Fach, Sicherheitsfunktionen; erklärt auf der Seite Regalbediengerät (RBG).
- Übergabestellen: Konturenkontrolle, Wiegung und Identifikation am Wareneingang des Lagers; Übergabe an Fahrerlose Transportsysteme und Stapler.
- Produktionsversorgung: Anbindung von Maschinen und Montagelinien an den Materialfluss.
Darüber liegt der Materialflussrechner, der die Transportaufträge verteilt und den Fortschritt verfolgt. Die Schnittstelle zwischen beiden ist in der Praxis die kritischste der Anlage: Sie besteht aus Telegrammen mit festgelegtem Aufbau, meist über PROFINET oder TCP/IP, und jede Unklarheit in dieser Schnittstellenspezifikation zeigt sich später als Störung im Betrieb. Wie die Ebenen vom ERP bis zur SPS zusammenspielen, beschreibt die Seite Systemarchitektur im Materialfluss; für die Visualisierung der Anlagenzustände aus den Steuerungen ist das SCADA-System zuständig.
Wann und wie wird eine alte SPS modernisiert?
Steuerungen altern anders als die Mechanik, die sie bewegen. Ein Regal hält Jahrzehnte, ein Regalbediengerät ebenfalls; die Steuerung darin erreicht nach 15 bis 20 Jahren den Punkt, an dem der Hersteller sie abkündigt, Ersatzteile nur noch gebraucht zu bekommen sind, die Programmierwerkzeuge auf keinem aktuellen Rechner mehr laufen und die Fachkräfte, die das Programm kennen, in Rente gehen. Bei der Siemens S5 ist dieser Punkt seit Jahren überschritten; die S7-300 ist seit Oktober 2025 abgekündigt und nur noch über Ersatzteile versorgt.
Ein SPS-Retrofit ersetzt die Steuerung und meist die Antriebstechnik, behält aber Mechanik, Sensorik und Verkabelung, soweit sie tauglich sind. Der Ablauf beginnt mit einer Bestandsaufnahme, weil in gewachsenen Anlagen selten eine aktuelle Dokumentation vorliegt: Was tut das alte Programm wirklich, welche Sonderfälle hat es über die Jahre angesammelt, welche Schnittstellen bedient es? Daraus entsteht die Spezifikation für das neue Programm, das vor der Inbetriebnahme mit Simulation und Integrationstests geprüft und dann Anlagenbereich für Anlagenbereich umgeschaltet wird. Wie Artschwager + Kohl das in Lager und Produktion umsetzt, beschreibt die Seite SPS-Retrofit.
Im Produktionslager von K+S in Bernburg liefen Regalbediengeräte, Palettenfördertechnik und Querverfahrwagen mit Siemens-S5-Steuerungen und einem Lagerverwaltungssystem auf IBM RS6000. Ersatzteile, Herstellerunterstützung und technischer Support waren zunehmend eingeschränkt. Artschwager + Kohl ersetzte die S5-Steuerungen durch Siemens S7, baute die Kommunikationsstrukturen neu auf, band Regalbediengeräte und Fördertechnik an und führte als Lagerverwaltung SAP EWM MFS ein – bei laufender Produktion, mit Reengineering, Simulations- und Integrationstests und einem schrittweisen Brownfield-Migrationskonzept. Beschrieben in der Case Study Produktionslager auf SAP EWM MFS modernisiert; ein zweites Beispiel, bei dem fünf S5-945 durch eine zentrale S7-416 für bis zu 15 Produktionslinien ersetzt wurden, zeigt die Case Study Produktionssteuerung mit MES und SCADA.
Wie geht es von hier aus weiter?
Diese Seite erklärt, was eine SPS ist, wie sie arbeitet und wo sie in der Intralogistik sitzt. Der nächste Schritt hängt vom Anlass ab: Wer eine abgekündigte Steuerung ablösen muss, findet auf der Seite SPS-Retrofit den Einstieg. Wer wissen will, wie Steuerung, Materialflussrechner und Lagerverwaltung zusammenspielen, bei der Systemarchitektur. Wer die Automatisierungstechnik als Ganzes einordnen will, auf der Seite Automatisierungstechnik. Einen Überblick über alle Systeme gibt der Hub Intralogistik.
Häufige Fragen zur SPS
SPS steht für speicherprogrammierbare Steuerung: ein digitales Gerät, das Maschinen und Anlagen steuert, indem es Sensorsignale einliest, ein gespeichertes Programm abarbeitet und die Aktoren schaltet. Die englische Entsprechung ist PLC, Programmable Logic Controller.
Zyklisch: Sie liest alle Eingänge in ein Prozessabbild, bearbeitet das Programm von oben nach unten und schreibt danach alle Ausgänge. Ein Zyklus dauert wenige Millisekunden und läuft in festem Takt, deshalb reagiert eine SPS berechenbar schnell.
Bei der verbindungsprogrammierten Steuerung ergibt sich die Funktion aus der festen Verdrahtung von Relais und Schützen. Bei der SPS steht sie als Programm im Speicher und lässt sich ändern, ohne die Anlage umzuverdrahten.
Modulare SPS mit steckbaren Baugruppen, kompakte SPS mit fester Ein- und Ausgangszahl, Soft-SPS auf Industrie-PCs, Sicherheits-SPS für Schutzfunktionen und dezentrale Peripherie als vor Ort verteilte Ein- und Ausgabestationen.
Die Norm IEC 61131-3 definiert in der Fassung von 2025 vier Sprachen: Kontaktplan, Funktionsbausteinsprache, Strukturierten Text und Ablaufsprache. Die früher genormte Anweisungsliste ist gestrichen, in Bestandsprogrammen aber noch verbreitet. In der Praxis werden mehrere Sprachen in einem Projekt kombiniert.
Spätestens, wenn der Hersteller die Generation abgekündigt hat, Ersatzteile und Fachkräfte knapp werden oder sich die Steuerung nicht mehr an übergeordnete Systeme anbinden lässt. Bei der Siemens S5 ist das seit Jahren der Fall.