Eine speicherprogrammierbare Steuerung, kurz (SPS), auf englisch: programmable logic controller kurz (PLC) ist ein Gerät, das zur Steuerung und/oder Regelung von Maschinen und Anlagen eingesetzt wird. Eine SPS wird auf digitaler Basis programmiert und löst immer mehr die „festverdrahteten“ verbindungsprogrammierte Steuerungen (VPS) ab. Die Kleinsteuerrungen, mini SPS oder auch programmierbare Relais (programmable relay) ist der kleine Bruder der SPS. 

Egal ob vollwertige SPS oder Kleinsteuerung, beide funktionieren nach einem ganz einfach Prinzip. EINGABE --> VERARBEITUNG --> AUSGABE. Der Unterschied besteht lediglich in den Möglichkeiten die zur Verfügung stehen. So hat eine eine mini SPS einfach weniger Eingänge und Ausgänge, es können meist keine Servos, Roboterarme, Anzeigen und ähnliches angeschlossen werden. Zum anderen sind die Funktionen in der Programmierung eingeschränkter, es können keine Variablen direkt angesprochen werden und der Funktionsumfang ist wesentlich geringer. 

Die mini SPS haben auch große Vorteile. Sie sind meinst um ein vielfaches günstiger und können durch die KOP und FUP Programmierung auch von ungelernten Personen programmiert werden. Außerdem haben die kleinen SPS einen großen Sprung Entwicklungssprung gemacht. Waren diese kleinen Geräte lange nur bessere Zeitrelais so steuern sie heute Maschinen, kommunizieren über die Cloud, übernehmen Hausautomation, überwachen, steuern und regeln kleinen Anlagen und vieles mehr.

Dabei ist der Ablauf immer gleich EINGABE VERARBEITUNG AUSGABE. In meinen Beispielen verwende ich die Programmierung mit KOP (Kinco) die in der DIN 61131-3 beschrieben ist und die Programmierung mit Siemens LOGO soft Comfort, weil diese weit verbreitet ist. 

Als Eingabe bezeichnet man alles was in die Steuerung befehle eingibt. Das können im banalsten Fall Taster oder Schalter sein aber auch analoge Eingänge oder schneller Zähler. Zu der Eingabe zählt aber auch alles was über das Netzwerk in die SPS kommt. Somit können verschiedene Daten in form von BITs, etwa die Zustände und Werte von  von Fühlern über die SPS ausgelesen werden aber auch Softwareschalter oder Eingaben über ein HMI. 

Als Ausgabe bezeichnet man alles was über die Steuerung ausgeben wird. Das können im banalsten Die Kontakte von Relais, das schalten von Transistoren, analoge Ausgänge aber auch pulsende Ausgänge zum ansteuern von Stepper Motoren. Zu Ausgabe gehört aber auch alles was über Netzwerk oder Modbus aus den Steuerungen ausgegeben wird. So zum Beispiel die Zustände von Motoren oder Ventilen auf einem HMI oder die Ansteuerungen eines Ventiles über den Modbus.  

 Die Verarbeitung, das so genannte Anwenderprogramm wird innerhalb der SPS als eine Liste von Anweisungen abgelegt. Dabei ist es egal  mit welcher Darstellungsart das Programm erstellt wurde. Das Programm kann z.B. in FUP, KOP, AWL, Graph oder SCL erstellt werden. Da es hier um mini SPS geht wird in aller Regel mit FUP oder KOP programmiert, wobei diese "Programmiersprachen" eigentlich nur eine andere Darstellungsart der AWL ist. Für die Anweisungen aus der AWL sind einfach Symbole hinterlegt die verwendet werden. So kann der Anwender keine Syntax Fehler machen und muss die Anweisungen nicht kennen. Beim Übertragen in die SPS wird das Programm dann in einem für die Maschine lesbaren Maschinencode MC7 generiert und in die SPS übertragen.

 Wird die SPS eingeschaltet beginnt die SPS das Programm Zyklisch anzuarbeiten. Das Programm bildet innerhalb der CPU einen Befehlsstapel (Stack). Sie wird von der CPU sequentiell (Zeile für Zeile) und zyklisch (wiederholend) abgearbeitet. Ein Programmzyklus erfolgt in folgenden Schritten:

• Schritt 1: Die Zustände der Eingangsbaugruppen werden abgefragt und in den PAE (Prozessabbild der Eingänge) geschrieben. Während der Programmbearbeitung bleiben sie für je ein Zyklus erhalten, werden sozusagen eingefroren.
• Schritt 2: Zeile für Zeile wird der Befehlsstapel abgearbeitet. Das VKE ( Verknüpfungsergebnis) kann dabei entweder 0 oder 1 sein und sich auch Zeile für Zeile ändern. Entscheidend ist, ob am Ende des Programms das VKE auf 0 oder 1 steht.
• Schritt 3: Je nach VKE der einzelnen Netzwerke werden die Ergebnisse in den Prozessabbild der Ausgänge PAA (Prozessabbild der Ausgänge) geschrieben und aktualisiert.
• Schritt 4: Über den PAA werden die Ausgangsbaugruppen aktualisiert.

In manchen Steuerungen sieht der Ablauf auch so aus. Es gibt noch Interrupt Programme, die unabhängig vom Programm abgefragt werden um so noch schneller auf bestimmt Ereignisse reagieren zu können. Zudem kann es noch eine Kommunikationsabfrage geben, es werden Netzwerke abgefragt oder Displays angezeigt und die CPU kann sich noch selber auf auf Ihre Korrekte Funktion prüfen. 

Den Start und Stopp der Kleinsteuerung kann man auch noch einfügen.

Steuern und Regeln

Je mehr man sich mit der Automatisierungstechnik auseinandersetzt egal ob mini SPS oder vollwertige SPS, begegnen einem oft die Begriffe "Steuern und Regeln". Es ist wichtig diese beiden Begriffe getrennt voneinander zu betrachten weil man unter Steuern und Regeln etwas anderes versteht, wenn auch beides dem gleichen Ziel dient. 

Steuern 

Vereinfacht könnte man sagen dass Streuern alles ist wo digitale Signale wie Taster, Schalter, Relais, Lampen usw. zum Einsatz kommen. Fachlich richtig könnte man sagen: " Als Steuern bezeichnet man einen Vorgang, bei dem eine Eingangsgröße, durch bestimmte Gesetzmäßigkeiten im System, eine Ausgangsgröße beeinflusst." 

 Beispiel Steuern

Nach dem drücken von Taster I0.0 wird der Ausgang Q0.0 über S (Setzen = Einschalten) nach einer Sekunde eingeschaltet. Nach drücken des Tasters I0.1 wird der Ausgang Q0.0 über R (Rücksetzen = Ausschalten) sofort ausgeschaltet und für 1 Sekunde kann der Motor nicht mehr gestartet werden. Über den Eingang I0.2 kann der Ausgang Q0.0 ohne die Sperre von einer Sekunde ausgeschaltet werden. 

Regeln

Vereinfacht könnte man sagen, regeln ist alles wo analoge Werte wie Potis Fühler, Sensoren Ventile, Stepper usw. zum Einsatz kommen. Fachlich richtig könnte man sagen: "Die Regelung ist ein Vorgang in einem System, bei dem die zu regelnde Größe fortlaufend gemessen und mit dem Sollwert verglichen wird. Bei Abweichungen wird dieser korrigiert bzw. angepasst.

 Beispiel Regeln:

 Analoge Eingänge werden in einen PID (EatonEasy) Block eingelesen und dort über den P (proportional) und I (integral) Anteil geregelt und analoge Ausgänge ausgegeben. Wenn die Eingangsgröße eine Abweichung zur Sollgröße hat dann regelt der Ausgang QA01 so lange bis der Sollwert (+/- Differenz) wieder erreicht ist. 

Egal ob Steuerung oder Regelung der Prozessor der SPS arbeitet das Programm immer von links nach rechts und dann von oben nach unten ab. (hier der GEMO LADDER Editor)