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Grundlagen · Automatisierung

SPS-Grundlagen: Aufbau, Funktion und Auswahl einer speicherprogrammierbaren Steuerung

Was eine SPS ist, wie sie im Zyklus arbeitet, aus welchen Teilen sie besteht und welche Bauform wofür passt – von der LOGO! über die S7-1200 bis zur modularen Steuerung, dazu die Programmiersprachen nach IEC 61131-3 und die Verdrahtung über Systemkabel.

Was eine SPS ist

Eine SPS, speicherprogrammierbare Steuerung, englisch PLC (Programmable Logic Controller), ist ein Industrierechner für die Hutschiene. Sie liest Signale von Tastern, Endschaltern und Sensoren ein, verarbeitet sie nach einem Programm und schaltet Schütze, Ventile, Leuchten oder Antriebe. SPS und PLC bezeichnen dasselbe Gerät.

Der Unterschied zur klassischen Relaissteuerung: Dort steckt die Logik in der Verdrahtung, jede Änderung heißt umklemmen. Bei der SPS steckt sie im Programm, verdrahtet werden nur Ein- und Ausgänge. Eine geänderte Funktion ist dann eine Programmänderung, kein Umbau im Schaltschrank. Für einzelne Verriegelungen und Zeitfunktionen reichen weiterhin Relais, siehe Ratgeber Koppelrelais und Ratgeber Zeitrelais.

Wie eine SPS arbeitet: der Zyklus

Eine SPS arbeitet ihr Programm in einer Endlosschleife ab, dem Zyklus:

  1. Eingänge lesen: Die Zustände aller Eingänge werden in das Prozessabbild der Eingänge kopiert.
  2. Programm bearbeiten: Das Programm rechnet mit diesem Abbild, nicht mit den Klemmen selbst. So bleibt der Eingangszustand während eines Durchlaufs konstant.
  3. Ausgänge schreiben: Die Ergebnisse werden aus dem Prozessabbild der Ausgänge an die Ausgangsklemmen gegeben.

Ein Zyklus dauert je nach Programm und CPU wenige Millisekunden. Signale, die kürzer anliegen, kann die SPS verpassen; dafür gibt es schnelle Zähleingänge und Alarmeingänge. Die S7-1200 CPU 1214C hat zum Beispiel 6 Eingänge für schnelles Zählen (HSC) und 4 Ausgänge für Impulsfolgen bis 100 kHz.

Aus welchen Teilen eine SPS besteht

  • CPU (Grundgerät): Prozessor, Speicher, meist eine Ethernet-Schnittstelle. Kompaktgeräte haben Ein- und Ausgänge gleich eingebaut. Im Sortiment: SPS-Grundgeräte.
  • Ein-/Ausgangsmodule: digitale für Schaltsignale (24 V DC, 1 oder 0) und analoge für Messwerte wie 0–10 V, 4–20 mA oder Pt100.
  • Kommunikationsmodule: zusätzliche Schnittstellen wie PROFIBUS, RS485, Modbus oder Mobilfunk, siehe SPS-Kommunikationsmodule.
  • Stromversorgung: Die meisten CPUs laufen mit 24 V DC aus einem Hutschienen-Netzteil, siehe Ratgeber 24-V-Stromversorgung. Modulare Systeme wie die S7-1500 haben zusätzlich Systemstromversorgungen, die den Rückwandbus speisen.
  • Speicherkarte: Bei vielen Steuerungen liegen Programm und Firmware auf einer steckbaren Karte, bei Siemens S7-1200 und S7-1500 die SIMATIC Memory Card. Sie erleichtert den Gerätetausch, weil die neue CPU mit der Karte das Programm übernimmt. Siehe SPS-Speichereinheiten.
  • Dezentrale Peripherie: Ein-/Ausgänge, die nicht neben der CPU sitzen, sondern über einen Feldbus in der Anlage verteilt sind, siehe dezentrale Ein-/Ausgangsmodule.

Bauformen: von der Kleinsteuerung bis zur modularen SPS

Bauform Beispiele Typischer Einsatz
Logikmodul / Kleinsteuerung Siemens LOGO!, Phoenix Contact PLC logic Tore, Beleuchtung, Pumpen, kleine Maschinen mit wenigen Ein- und Ausgängen
Kompakt-SPS Siemens S7-1200, WAGO Compact Controller 100 Einzelmaschinen; Ein-/Ausgänge eingebaut, erweiterbar um einige Module
Modulare SPS Siemens S7-1500, WAGO PFC200, Phoenix Contact PLCnext Control Anlagen, viele Ein-/Ausgänge, Feldbusse, Antriebe, Visualisierung
Sicherheits-SPS Siemens S7-1200 FC, S7-1500 F Not-Halt, Schutztüren, Lichtgitter mit Sicherheitsfunktionen im Programm
PC-basierte Steuerung Industrie-PC mit Soft-SPS Datenverarbeitung, Bildverarbeitung, große Visualisierungen

Die Siemens LOGO! ist ein Logikmodul und damit eine kleine SPS: Sie wird programmiert statt verdrahtet. Die 12/24-V-Grundgeräte der LOGO! 8 haben 8 Eingänge, davon 4 als Analogeingänge 0–10 V nutzbar, 4 Ausgänge und bis zu 400 Funktionsblöcke. Sie ist in Ausführungen mit Display und ohne Display (Kennung „o“) zu haben, siehe Logikmodule.

Die Siemens S7-300 und S7-400 sind ältere Baureihen. Siemens hat die S7-300 abgekündigt; seit Oktober 2025 gibt es sie nur noch als Ersatzteil. Für neue Anlagen sind S7-1200 und S7-1500 die Nachfolger.

Programmieren nach IEC 61131-3

Die Norm IEC 61131-3 legt die Programmiersprachen für SPS fest. Die meisten Hersteller halten sich daran, die Entwicklungsumgebung ist aber herstellerspezifisch.

  • Kontaktplan (KOP): grafisch, sieht aus wie ein Stromlaufplan mit Kontakten und Spulen. Elektriker finden sich schnell zurecht, siehe Ratgeber Stromlaufplan lesen.
  • Funktionsbausteinsprache (FBS, bei Siemens FUP): grafisch mit Logikgattern und Bausteinen, gut für Verknüpfungen und Regelungen.
  • Strukturierter Text (ST, bei Siemens SCL): textuell, ähnlich Pascal; geeignet für Berechnungen, Schleifen und Datenverarbeitung.
  • Ablaufsprache (AS, bei Siemens GRAPH): gliedert Abläufe in Schritte und Übergänge, typisch für Maschinenabläufe.

Die Anweisungsliste (AWL) gilt seit der Ausgabe 2013 der Norm als veraltet und wird für neue Programme nicht mehr empfohlen. Programmiert wird bei Siemens im TIA Portal (STEP 7), die LOGO! mit LOGO!Soft Comfort, bei WAGO und Weidmüller u-control auf Basis von CODESYS, bei Phoenix Contact PLCnext mit PLCnext Engineer. Lizenzen und Software stehen unter Programmier- und Engineering-Software.

Kommunikation und Feldbusse

Moderne SPS sprechen über Ethernet mit Bediengeräten, anderen Steuerungen und der dezentralen Peripherie, bei Siemens über PROFINET, bei anderen Herstellern auch über EtherNet/IP, EtherCAT oder Modbus TCP. Ältere Anlagen nutzen PROFIBUS oder serielle Schnittstellen. Hintergründe stehen im Ratgeber Industrial Ethernet und im Ratgeber RS485 verkabeln. Sensoren mit Parametern und Diagnose werden oft über IO-Link angebunden, siehe Ratgeber IO-Link. Für die Bedienung vor Ort gibt es Grafik-Panels.

Verdrahtung: Einzeladern oder Systemverkabelung

Die Ein- und Ausgänge werden entweder einzeln auf den Frontstecker der Baugruppe verdrahtet oder über eine Systemverkabelung angeschlossen: Ein vorkonfektioniertes Kabel verbindet die SPS-Baugruppe mit einem Übergabemodul auf der Hutschiene, an dessen Klemmen dann Sensoren und Aktoren angeschlossen werden. Das spart Verdrahtungszeit und Fehler bei vielen Kanälen. Im Sortiment stehen über 5.900 SPS-Verbindungskabel, vor allem von Weidmüller, WAGO und Phoenix Contact für Siemens, Schneider, Rockwell und weitere Steuerungen, dazu Übergabemodule und die Weidmüller-Lösungen für SPS. Wo Ausgänge mehr Strom schalten müssen, als die SPS-Ausgänge vertragen (bei der S7-1200 0,5 A je Transistorausgang), kommen Koppelrelais dazwischen.

Sicherheitsfunktionen

Eine normale SPS darf keine Sicherheitsfunktion wie Not-Halt allein übernehmen. Dafür gibt es fehlersichere CPUs (bei Siemens mit F im Namen) oder separate Sicherheitsrelais. Welche Anforderungen gelten, steht im Ratgeber Performance Level und im Ratgeber Sicherheitsrelais.

So findet man die passende Steuerung

  1. Mengengerüst: Wie viele digitale und analoge Ein- und Ausgänge, mit Reserve für spätere Erweiterungen? Bis etwa ein Dutzend Signale reicht oft ein Logikmodul.
  2. Kommunikation: Welche Feldbusse und Geräte müssen angebunden werden, gibt es eine Leitwarte oder Fernzugriff?
  3. Hersteller und Software: Was ist in der Anlage oder im Betrieb schon im Einsatz? Ersatzteile, Know-how und Softwarelizenzen sprechen meist für den vorhandenen Hersteller.
  4. Sicherheit: Werden Sicherheitsfunktionen im Programm gebraucht, ist eine F-CPU sinnvoll; sonst Sicherheitsrelais neben einer Standard-SPS.
  5. Umgebung: Für Temperaturen unter 0 °C, Betauung oder aggressive Luft gibt es Varianten mit erweitertem Temperaturbereich und beschichteten Platinen, bei Siemens SIPLUS.

Beispiele aus dem Sortiment

Über 330 SPS-Grundgeräte von Siemens, WAGO, Phoenix Contact, Weidmüller und ABB, dazu Logikmodule, Ein-/Ausgangsmodule und über 5.900 SPS-Verbindungskabel
Industriesteuerungen SPS SPS-Grundgeräte SPS-Verbindungskabel

Häufige Fragen

Was ist eine SPS, einfach erklärt?

Ein kleiner Industrierechner im Schaltschrank. Er liest Signale von Schaltern und Sensoren, entscheidet nach einem Programm und schaltet Motoren, Ventile oder Leuchten. Die Logik steckt im Programm statt in der Verdrahtung.

Sind SPS und PLC dasselbe?

Ja. SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ist der deutsche, PLC (Programmable Logic Controller) der englische Begriff für dasselbe Gerät.

Ist die Siemens LOGO! eine SPS?

Ja, eine kleine. Siemens nennt sie Logikmodul. Sie wird wie eine SPS programmiert, hat aber weniger Ein- und Ausgänge und einen kleineren Funktionsumfang als eine S7-1200.

Welche Arten von SPS gibt es?

Logikmodule bzw. Kleinsteuerungen, Kompakt-SPS mit eingebauten Ein- und Ausgängen, modulare SPS, fehlersichere Sicherheits-SPS und PC-basierte Steuerungen mit Soft-SPS.

Was kostet eine SPS-Steuerung?

Das hängt von der Bauform ab: Logikmodule liegen im unteren dreistelligen Eurobereich, Kompakt-CPUs wie die S7-1200 im mittleren dreistelligen, modulare CPUs der S7-1500 im vierstelligen. Dazu kommen Ein-/Ausgangsmodule, Stromversorgung, Software und Programmierung.

Quellen: IEC 61131-3 (Programmiersprachen für SPS); Siemens-Produktinformation zum Auslauf der S7-300 (Lieferende 01.10.2025, per Websuche 31.10.2026 geprüft); Herstellerangaben zu den Artikeln in unserem Sortiment, Stand 31.10.2026.