Eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) ist ein industrieller Steuerungsrechner, der Maschinen, Anlagen und technische Prozesse anhand einer programmierten Logik überwacht und steuert. Sie verarbeitet Eingangssignale und überträgt daraus abgeleitete Befehle oder Sollwerte an angeschlossene Komponenten.

Speicherprogrammierbare Steuerungen auf einen Blick

• Sie verarbeitet Messwerte, Schalterstellungen, Betriebszustände und Fehlersignale nach einer hinterlegten Programmlogik.
• Zyklische oder priorisierte Programmroutinen ermöglichen definierbare und weitgehend vorhersehbare Reaktionszeiten.
• Sie übernimmt typischerweise lokale und anlagennahe Steuerungs-, Regelungs-, Verriegelungs- und Ablaufaufgaben.
• Sie kann unabhängig oder gemeinsam mit einem EMS betrieben werden, ersetzt jedoch keine dafür vorgesehenen Schutzgeräte.

Wie funktioniert eine SPS?

Eine SPS ist über digitale und analoge Ein- und Ausgänge oder industrielle Kommunikationsschnittstellen mit Sensoren, Aktoren und anderen Systemen verbunden. Je nach Ausstattung und Projekt können beispielsweise Modbus TCP, Modbus RTU, PROFINET oder OPC UA verwendet werden. Nicht jede Steuerung unterstützt automatisch alle genannten Protokolle.

Bei einer klassischen zyklischen Verarbeitung übernimmt die SPS zunächst die Eingangssignale in ein Prozessabbild der Eingänge. Anschließend führt sie das hinterlegte Programm aus und schreibt die berechneten Zustände in das Prozessabbild der Ausgänge. Danach werden die physischen Ausgänge aktualisiert. Dieser Ablauf wiederholt sich fortlaufend. Je nach SPS-System sind auch zeitgesteuerte, ereignisgesteuerte oder priorisierte Programmroutinen sowie direkte Zugriffe auf Ein- und Ausgänge möglich.

Die Programmlogik kann einfache Schaltbedingungen ebenso wie Regelkreise, Verriegelungen, Ablaufsteuerungen und komplexere Algorithmen umfassen. Welche Reaktionszeit tatsächlich erreicht wird, hängt unter anderem von Hardware, Zykluszeit, Programmstruktur, Kommunikationswegen und dezentralen Ein- und Ausgängen ab.

Wo wird eine Speicherprogrammierbare Steuerung im Energiesystem eingesetzt?

In PV-, BESS-, Lade- und Hybridsystemen kann eine SPS unterschiedliche lokale Aufgaben übernehmen. Typische Beispiele sind:

• Die Steuerung koordiniert Start-, Stopp- oder Umschaltabläufe von Generatoren, Pumpen, Lüftungen und steuerbaren Verbrauchern.
• Sie verarbeitet Zustände von Energiezählern, PV-Wechselrichtern und Batteriespeichersystemen und leitet daraus definierte Steuerbefehle ab.
• Sie prüft Freigaben und Verriegelungen, bevor ein externer Sollwert an eine Anlagenkomponente weitergegeben wird.

Eine SPS kann vollständig ohne EMS betrieben werden, wenn die benötigte Steuerungslogik lokal programmiert ist und keine übergeordnete Koordination erforderlich ist.

Unterschied zwischen SPS und EMS

Der wesentliche Unterschied liegt weniger in der grundsätzlichen Rechenfähigkeit als in der vorgesehenen Systemrolle. Eine SPS übernimmt typischerweise deterministische, lokale und anlagennahe Aufgaben. Ein EMS koordiniert dagegen Energieflüsse und verfügbare Flexibilitäten systemübergreifend anhand energetischer, betrieblicher oder wirtschaftlicher Ziele.

Ein EMS kann beispielsweise Sollwerte unter Berücksichtigung von Eigenverbrauch, Lastspitzen, Prognosen, Strompreisen oder Betriebsreserven berechnen. Eine angebundene SPS kann anschließend prüfen, ob lokale Freigaben und Betriebsbedingungen erfüllt sind, und daraus konkrete Befehle erzeugen. Diese Aufgabenverteilung ist jedoch nicht zwingend und hängt von der jeweiligen Anlagenarchitektur ab.

Nutzen, Grenzen und technische Voraussetzungen

Eine Speicherprogrammierbare Steuerung ermöglicht reproduzierbare lokale Abläufe und kann auch bei einer unterbrochenen Verbindung zu übergeordneten Systemen definierte Funktionen ausführen. Voraussetzung sind geeignete Ein- und Ausgänge beziehungsweise Kommunikationsschnittstellen, eindeutige Signaldefinitionen und eine abgestimmte Zuständigkeitsverteilung.

Besonders wichtig sind festgelegte Rückfallstrategien für Kommunikations- und Gerätefehler. Das Halten des letzten Sollwerts darf nur vorgesehen werden, wenn es für den jeweiligen Prozess technisch zulässig und sicher ist. Abhängig von der Anwendung kann stattdessen ein sicherer Betriebszustand oder eine lokale Ersatzregelung erforderlich sein.

Eine konventionelle SPS ersetzt keine elektrischen Schutzgeräte. Netzschutz, Überstromschutz und andere Schutzfunktionen benötigen geeignete Komponenten. Sicherheitsgerichtete Steuerungsaufgaben dürfen nur mit dafür ausgelegter Hardware, geeigneter Programmierung und den erforderlichen Nachweisen umgesetzt werden.

Anbindung einer SPS an EcoPhi

Abhängig von der Projektarchitektur und den verfügbaren Geräteschnittstellen kann EcoPhi Messwerte, Betriebszustände, Störmeldungen, Freigaben und Sollwerte mit einer SPS austauschen. Ein EcoPhi EMS kann beispielsweise einen Leistungssollwert berechnen, während die Steuerung dessen lokale Umsetzung anhand programmierter Freigaben, Verriegelungen und Betriebsbedingungen steuert.

Ob die Kommunikation direkt oder über ein weiteres System erfolgt, muss projektspezifisch festgelegt werden. Die unterstützten Protokolle, Datenpunkte, Reaktionszeiten und Rückfallfunktionen sind für die konkrete Speicherprogrammierbare Steuerung und Anlage zu prüfen. Zusätzliche Integrations- oder Engineering-Leistungen können erforderlich sein.

SPS kurz zusammengefasst

Eine SPS ist ein industrieller Steuerungsrechner für lokale und anlagennahe Steuerungs-, Regelungs- und Ablaufaufgaben. Im Energiesystem kann sie eigenständig arbeiten oder ein EMS ergänzen, indem sie dessen Sollwerte unter Berücksichtigung lokaler Freigaben, Verriegelungen und Betriebsbedingungen umsetzt.

Häufige Fragen

Wofür steht die Abkürzung SPS?

SPS steht für speicherprogrammierbare Steuerung. Die international gebräuchliche Bezeichnung lautet Programmable Logic Controller (PLC).

Kann eine SPS ein EMS ersetzen?

Eine SPS kann auch komplexe Algorithmen ausführen, sofern diese entsprechend programmiert wurden. Ein EMS ist jedoch typischerweise auf die systemübergreifende Koordination und Optimierung von Energieflüssen und Flexibilitäten ausgerichtet.

Benötigt eine SPS immer eine Verbindung zu einem EMS?

Nein. Eine SPS kann vollständig eigenständig arbeiten. Die Anbindung an ein EMS ist nur erforderlich, wenn beide Systeme innerhalb der jeweiligen Anlagenarchitektur zusammenarbeiten sollen.

Was geschieht bei einem Kommunikationsausfall?

Das Verhalten muss für das konkrete Projekt definiert und sicherheitstechnisch bewertet werden. Je nach Prozess kann die SPS einen sicheren Zustand herstellen, eine lokale Ersatzregelung aktivieren oder einen Sollwert halten, sofern Letzteres ausdrücklich zulässig ist.