Was ist eine SPS und wie funktioniert sie?

Eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) ist ein elektronisches System zur Steuerung und Automatisierung industrieller Prozesse.

Sie erfasst Eingangssignale von Sensoren, verarbeitet diese anhand eines programmierten Ablaufs und gibt daraus abgeleitete Ausgangssignale zur Steuerung von Maschinen und Anlagen aus.

Programmierbare Logiksteuerungen – Aufbau

SPS-Steuerungen bestehen aus mehreren grundlegenden Komponenten:

• Zentraleinheit (CPU): Die CPU ist das zentrale Element der SPS. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die im Speicher abgelegten Programme auszuführen. Dabei verarbeitet sie Eingangsdaten, führt logische und mathematische Operationen durch und erzeugt entsprechende Ausgangssignale.
• Speicher: Im Speicher werden das Anwenderprogramm sowie Ein- und Ausgabedaten abgelegt. Es gibt verschiedene Speicherarten, darunter RAM für temporäre Daten, ROM für permanente Inhalte und Flash‑Speicher für Benutzerprogramme.
• Eingabe-/Ausgabemodule (E/A): Diese Module übernehmen die Kommunikation mit der Umgebung. Eingabemodule erfassen Signale von Sensoren und leiten sie an die CPU weiter. Ausgabemodule empfangen Signale von der CPU und steuern damit Aktoren wie Motoren, Ventile oder Relais.
• Stromversorgungsmodul: Die SPS benötigt eine Stromversorgung für den Betrieb. Das Stromversorgungsmodul stellt die notwendige Spannung für alle Komponenten bereit.
• Kommunikationsschnittstellen: Viele SPS‑Steuerungen verfügen über integrierte Schnittstellen wie Ethernet, RS232, RS485, PROFINET oder EtherCAT. Diese ermöglichen die Kommunikation mit anderen Geräten, etwa Computern, weiteren SPS‑Steuerungen oder Bediengeräten (HMI).
• Gehäuse: Alle Komponenten sind in einem Gehäuse untergebracht, das sie vor äußeren Einflüssen wie Staub, Feuchtigkeit oder hohen Temperaturen schützt.

Je nach Modell und Hersteller können SPS‑Steuerungen zusätzlich über weitere Funktionen oder Komponenten verfügen, beispielsweise integrierte Touchscreen‑Displays (z. B. JUMO variTRON 500 touch), Speicherkartensteckplätze oder USB‑Anschlüsse.

Welche Vorteile bietet die Verwendung einer SPS-Steuerung?

Der Einsatz von SPS‑Steuerungen bietet zahlreiche Vorteile:

• Gesteigerte Effizienz und Produktivität:
  Durch die Automatisierung von Steuerungsprozessen lassen sich Abläufe effizienter gestalten. Wiederkehrende Aufgaben können sowohl in einfachen als auch in komplexen industriellen Prozessen zuverlässig ausgeführt werden.
• Flexibilität:
  SPS-Steuerungen lassen sich einfach programmieren und an unterschiedliche Anforderungen anpassen. Dadurch eignen sie sich für vielfältige Anwendungen.
• Fehlerreduzierung:
  Die Automatisierung von Prozessen reduziert das Risiko menschlicher Fehler und sorgt für eine gleichbleibend hohe Prozessqualität.
• Erhöhte Sicherheit:
  SPS‑Steuerungen überwachen und steuern industrielle Prozesse kontinuierlich und tragen so zur Sicherheit von Mitarbeitenden und Anlagen bei.

SPS-Steuerungen im Vergleich zu Relais-Schütz-Systemen

Zusätzlich zeichnen sich SPS‑Steuerungen im Vergleich zu klassischen Relais‑Schütz‑Systemen durch einen geringen Energieverbrauch und eine hohe Zuverlässigkeit aus.

Während bei Relais‑Schütz‑Systemen Änderungen an der Steuerung häufig mit Anpassungen der Verkabelung verbunden sind, lassen sich SPS‑Steuerungen flexibel durch Änderungen im Programm anpassen. Dies vereinfacht Anpassungen und spart Zeit bei der Umsetzung neuer Anforderungen.

Darüber hinaus ist in vielen Fällen kein Einsatz zusätzlicher Komponenten wie Zeitrelais oder Hilfsschütze notwendig, was den Installationsaufwand reduziert und Kosten einsparen kann.

Einsatz von SPS-Steuerungen in der Industrie

SPS‑Steuerungen werden in zahlreichen Industriebereichen eingesetzt, zum Beispiel:

• Gebäudetechnik:
  SPS‑Steuerungen übernehmen die automatische Überwachung und Steuerung von HLK‑Systemen (Heizung, Lüftung, Klimatisierung), Beleuchtung und Sicherheitstechnik. So kann eine SPS beispielsweise Beleuchtung zeitgesteuert schalten oder die Raumtemperatur anhand von Temperatursensordaten regeln.
• Maschinenbau:
  In der Fertigung steuern SPS Maschinen und Anlagen wie Pressen, Fräsmaschinen, Drehmaschinen oder Industrieroboter. Sie können so programmiert werden, dass Maschinen automatisch starten und stoppen, was die Effizienz erhöht und Fehler reduziert.
• Mess‑ und Regeltechnik:
  SPS erfassen Daten von Sensoren, z. B. Temperatur, Druck, Feuchtugkeit oder Durchfluss, und steuern darauf basierend Anlagen. In der Wasserwirtschaft kann eine SPS beispielsweise den Füllstand eines Tanks überwachen und Pumpen automatisch schalten.
• Industrielle Automatisierung:
  SPS sind zentrale Komponenten moderner Automatisierungssysteme. Sie koordinieren den Betrieb mehrerer Maschinen und ermöglichen einen reibungslosen und effizienten Produktionsablauf.
• Industrieofenbau:
  In Industrieöfen überwachen und steuern SPS Prozessparameter wie Temperatur, Druck oder Gasdurchfluss. So kann beispielsweise die Gaszufuhr automatisch an die gemessene Temperatur angepasst werden.
• Lebensmittel-, Pharma- und Biotechnologieindustrie:
  SPS steuern Produktions- und Verpackungsprozesse wie Mischen, Pasteurisieren, Sterilisieren, Abfüllen und Etikettieren. In der Lebensmittelproduktion können sie z. B. Rezepturen automatisiert umsetzen.
• Energie- und Wasserversorgung:
  SPS überwachen und steuern Verteilungsnetze, Umspannwerke oder Pumpstationen. Sie ermöglichen beispielsweise die automatische Anpassung von Lastverteilungen zur Sicherstellung einer kontinuierlichen Versorgung.
• Wasser- und Umwelttechnik:
  SPS kommen bei der Steuerung von Wasseraufbereitungs- und Abfallbehandlungsprozessen zum Einsatz, etwa bei Filtration, Desinfektion, Kompostierung oder Abfallbehandlung.

In all diesen Anwendungen tragen SPS‑Steuerungen dazu bei, Prozesse effizienter, sicherer und zuverlässiger zu gestalten und die Fehleranfälligkeit zu reduzieren.

Welche SPS‑Steuerungen gibt es und worin unterscheiden sie sich?

Auf dem Markt sind verschiedene Arten von SPS‑Steuerungen verfügbar:

Kompakt-SPS

Hierbei handelt es sich um kompakte Einmodulgeräte, in denen alle wesentlichen Komponenten integriert sind, also CPU, Speicher, Kommunikationsschnittstellen sowie Ein- und Ausgänge.

Aufgrund ihrer kompakten Bauweise und vergleichsweise geringen Kosten eignen sie sich besonders für einfache bis mittlere Automatisierungsaufgaben.

Beispiel: Die JUMO variTRON 300 ist eine Kompakt‑SPS, die unter anderem als Empfänger für drahtlose JUMO Wtrans‑Temperatursensoren eingesetzt werden kann.

Modulare SPS

Modulare SPS bestehen aus separaten Komponenten wie CPU, Ein-/Ausgangsmodulen und Kommunikationsschnittstellen, die flexibel kombiniert werden können.

Diese Bauweise bietet eine hohe Anpassungsfähigkeit und eignet sich besonders für komplexere Automatisierungssysteme.

Beispiel: Die JUMO variTRON 500 ist eine modulare Steuerung mit SPS‑Funktion nach IEC 61131‑3 (CODESYS V3.5) in Kombination mit verschiedenen Ein- und Ausgangsmodulen.

Rack-SPS

Rack‑SPS sind leistungsstarke Systeme, die aus mehreren Modulen bestehen, die in einem zentralen Rack (Gehäuse oder Chassis) installiert werden.

Sie ermöglichen die Verarbeitung einer großen Anzahl von Ein- und Ausgängen und werden häufig in großen industriellen Anlagen mit hohen Anforderungen an Rechenleistung und Steuerungslogik eingesetzt.

Soft-SPS

Eine Soft‑SPS ist eine softwarebasierte Lösung, die auf einem Industrie‑ oder Standard‑PC läuft und die Funktionen einer klassischen SPS abbildet.

Sie bietet eine hohe Flexibilität, einfache Anpassungsmöglichkeiten sowie gute Integrationsoptionen in bestehende IT‑ und Automatisierungssysteme.

Fazit

Bei der Auswahl einer SPS‑Steuerung spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, darunter die Funktionsanforderungen, die Anzahl der Ein- und Ausgänge sowie die benötigten Kommunikationsschnittstellen.

JUMO unterstützt Sie dabei, die passende SPS‑Steuerung für Ihre Anwendung auszuwählen und optimal in Ihr System zu integrieren.

JUMO SPS‑Steuerungen – Auswahl und Systeme

JUMO bietet verschiedene SPS‑Steuerungen für unterschiedliche Anforderungen in der industriellen Automatisierung:

• JUMO variTRON 300:
  Kompakte Systemsteuerung mit integrierter CPU. Die Zentraleinheit kann als Empfänger für drahtlose JUMO Wtrans‑Sensoren eingesetzt werden. Über ein Routermodul lassen sich zusätzliche JUMO Ein- und Ausgangsmodule anschließen und das gesamte System konfigurieren (CODESYS V3.5).
• JUMO variTRON 500:
  Zentraleinheit mit SPS‑Funktion gemäß IEC 61131‑3 (CODESYS V3.5) in Kombination mit modularen Ein- und Ausgangsmodulen. Das System ist Teil der Plattform JUMO JUPITER und unterstützt moderne Kommunikationsschnittstellen wie OPC UA, MQTT, PROFINET IO, EtherCAT, Ethernet sowie RS232/RS485. Eine Erweiterung um bis zu 64 Module ist möglich. Zusätzlich sind bis zu 256 Regelkreise realisierbar.
• JUMO variTRON 500 touch:
  SPS‑Steuerung mit integriertem Touchscreen‑Display. Verfügbar mit 7"- und 10,1"-TFT‑Bildschirm sowie unterschiedlichen Anzeigeformaten (Hoch- oder Querformat, 4:3 oder 16:9). Unterstützt Visualisierungslösungen wie CODESYS TargetVisu, Remote TargetVisu und WebVisu sowie optional Node‑RED. Ausgestattet mit einem leistungsstarken Quad‑Core‑Prozessor (800 MHz).
• JUMO mTRON T:
  Zentraleinheit für Mess-, Regel- und Automatisierungssystem mit frei programmierbarer SPS gemäß IEC 61131‑3 (CODESYS V3.5). Ermöglicht eine flexible und einfache Integration von Ein- und Ausgangsmodulen.

Der Einsatz von SPS‑Steuerungen trägt dazu bei, industrielle Prozesse effizienter und sicherer zu gestalten sowie die Fehleranfälligkeit zu reduzieren. Dadurch leisten sie einen wichtigen Beitrag zur Optimierung von Produktionsabläufen in verschiedenen Branchen.

Zusammenfassung – Welche Vorteile bietet der Einsatz von SPS?

SPS‑Steuerungen spielen eine zentrale Rolle in der industriellen Automatisierung. Sie ermöglichen es, Prozesse effizienter zu gestalten, Sicherheit zu erhöhen und Kosten zu reduzieren. Durch die Automatisierung von Abläufen lassen sich Ressourcen gezielter einsetzen und manuelle Aufwände verringern.

Dank ihrer Flexibilität und Vielseitigkeit kommen SPS in zahlreichen Branchen zum Einsatz, vom Maschinen- und Anlagenbau über die Lebensmittelindustrie bis hin zur Energie- und Wasserversorgung.

Das JUMO‑Portfolio – mit Lösungen wie JUMO variTRON 300, JUMO variTRON 500, JUMO variTRON 500 touch sowie JUMO mTRON T– zeigt die Bandbreite moderner SPS‑Systeme. Je nach Anwendung stehen kompakte Steuerungen für einfache Aufgaben oder modulare Systeme für komplexe Automatisierungslösungen zur Verfügung.

Im Kontext von Digitalisierung und Industrie 4.0 bleiben SPS‑Steuerungen ein zentraler Bestandteil moderner Produktionssysteme. Ein grundlegendes Verständnis ihrer Funktionsweise und Einsatzmöglichkeiten hilft dabei, Automatisierungslösungen gezielt auszuwählen und wirtschaftlich einzusetzen.