Selbsthaltung in der SPS

Stell dir eine einfache Anlage vor: Ein Taster soll einen Motor starten. Du verdrahtest den Taster auf einen Eingang, im Programm verknüpfst du diesen Eingang direkt mit dem Ausgang, an dem das Motorschütz hängt. Drückst du den Taster, läuft der Motor. Lässt du los — Motor aus.

Das liegt am Unterschied zwischen Taster und Schalter. Ein Taster ist ein Bedienelement, das nur so lange ein Signal liefert, wie es betätigt wird; danach federt es selbsttätig in die Ruhelage zurück. Ein Schalter dagegen rastet in seiner Stellung ein und hält das Signal. Für einen Motor, der dauerhaft laufen soll, bräuchte man also einen Schalter — und genau das will man oft nicht. Schalter sind unübersichtlich, wenn mehrere Bedienstellen oder Sicherheitsbedingungen ins Spiel kommen, und sie lassen sich schlecht mit anderen Signalen logisch verknüpfen.

Gefragt ist stattdessen ein Speicherverhalten: Ein kurzer Tipp auf „Start“ reicht, der Zustand bleibt erhalten, und ein zweiter, getrennter Taster „Stopp“ beendet ihn wieder. Die Steuerung muss sich also merken, dass eingeschaltet wurde — auch nachdem das Startsignal längst wieder weg ist.

Bei einer SPS sitzt diese „Merkfunktion“ nicht in der Hardware, sondern im Programm. Der Prozessor liest in jedem Zyklus die Eingänge ein, arbeitet die Logik ab und schreibt die Ausgänge — das ist das EVA-Prinzip. Eine Selbsthaltung nutzt genau diesen Ablauf: Sie baut eine Logik, die den eigenen Ausgangszustand im nächsten Zyklus wieder als Bedingung heranzieht. Wie das konkret aussieht, zeigt das nächste Kapitel.

Die klassische Lösung ist der Haltekontakt — auch Rückkopplung genannt. Die Idee: Der Ausgang wird nicht nur vom Start-Taster eingeschaltet, sondern hält sich anschließend über sich selbst.

Im Kontaktplan (KOP) sieht das so aus: In einem Strompfad liegen die Start-Abfrage und die Stopp-Abfrage, am Ende die Ausgangsspule. Parallel zur Start-Abfrage wird ein zweiter Kontakt gelegt, der den Zustand des Ausgangs abfragt. Sobald der Ausgang einmal gesetzt ist, schließt dieser parallele Kontakt — und der Strompfad bleibt geschlossen, auch wenn die Start-Abfrage längst wieder offen ist. Ein Schließer-Kontakt wird im KOP durch zwei senkrechte Striche | | dargestellt, ein Öffner durch |/|.

Logisch gelesen heißt der Strompfad: Der Ausgang A0.0 wird 1, wenn die Start-Abfrage oder der eigene Haltekontakt aktiv ist — und gleichzeitig die Stopp-Bedingung erfüllt ist. Sobald A0.0 einmal 1 war, hält der Haltekontakt den Pfad, bis Stopp den Pfad unterbricht.

Im Funktionsplan (FUP) ist es dieselbe Logik, nur anders dargestellt: Start und der rückgeführte Ausgang gehen auf ein ODER-Glied, dessen Ergebnis zusammen mit der Stopp-Bedingung auf ein UND-Glied führt, und dieses UND-Glied setzt den Ausgang.

Entscheidend ist, dass diese Logik in jedem Zyklus neu ausgewertet wird. Der zyklische Ablauf macht die Rückkopplung erst möglich: Im ersten Zyklus drückt jemand Start, der Ausgang wird gesetzt. Im nächsten Zyklus liest die SPS die Eingänge, sieht den Start-Taster vielleicht schon nicht mehr — aber der Haltekontakt fragt den im vorigen Zyklus gesetzten Ausgang ab und hält ihn. So entsteht aus einem Programm ohne physische Kontakte ein echtes Speicherverhalten.

Eine Frage bleibt offen: Was passiert, wenn Start und Stopp gleichzeitig betätigt werden? Die Antwort hängt davon ab, wie die Logik aufgebaut ist — und sie ist sicherheitsrelevant.

Beim Ausschaltvorrang gewinnt im Konfliktfall der Stopp-Befehl: Drückt man Start und Stopp zusammen, bleibt der Ausgang aus bzw. schaltet ab. Erreicht wird das, indem die Stopp-Bedingung in Reihe hinter der Start-/Halte-Verknüpfung liegt. Sobald Stopp den Pfad unterbricht, kann weder Start noch Haltekontakt den Ausgang setzen.

Beim Einschaltvorrang ist es umgekehrt: Bei gleichzeitiger Betätigung gewinnt Start, der Ausgang geht an oder bleibt an. Das wirkt auf den ersten Blick harmlos, ist aber in den meisten Anwendungen unerwünscht. Wenn jemand den Stopp-Taster drückt, erwartet er, dass die Anlage stehen bleibt — egal, was sonst noch passiert. Ein Aufbau, bei dem Start den Stopp überstimmen kann, widerspricht diesem Grundsatz. Deshalb ist der Ausschaltvorrang der Standard für gewöhnliche Start-Stopp-Steuerungen.

Der Unterschied liegt also in der Reihenfolge der Verknüpfung. Beim Ausschaltvorrang unterbricht die Stopp-Bedingung den gesamten Pfad — sie hat das letzte Wort. Beim Einschaltvorrang ist das Start-Signal so eingebunden, dass es den Ausgang auch dann setzt, wenn Stopp gleichzeitig aktiv ist.

Eng damit verbunden ist die Verdrahtung des Aus-Tasters, aber das schauen wir uns in Kapitel 5 genauer an — dort geht es um die Drahtbruchsicherheit, die den Ausschaltvorrang zusätzlich absichert.

Der Haltekontakt ist nicht der einzige Weg. Viele Steuerungen nutzen stattdessen Set- und Reset-Befehle. Statt den Ausgang über eine Rückkopplung zu halten, wird er an einer Stelle gezielt gesetzt (Set, „S“) und an einer anderen Stelle gezielt zurückgesetzt (Reset, „R“). Zwischen diesen beiden Befehlen behält der Ausgang seinen Zustand von selbst — das Speicherverhalten steckt damit direkt im Befehl, nicht in einer eigens gebauten Rückkopplung.

Nach IEC 61131-3 gibt es dafür zwei Standard-Bausteine:

• Der SR-Baustein ist ein Speicher mit Rücksetzvorrang (Reset dominant). Liegen Set und Reset gleichzeitig an, gewinnt Reset — der Ausgang geht aus.
• Der RS-Baustein ist ein Speicher mit Setzvorrang (Set dominant). Liegen beide gleichzeitig an, gewinnt Set — der Ausgang bleibt an.

Damit schließt sich der Kreis zum vorigen Kapitel: Der Rücksetzvorrang des SR-Bausteins entspricht genau dem Ausschaltvorrang, der Setzvorrang des RS-Bausteins dem Einschaltvorrang. Wer eine sichere Start-Stopp-Steuerung über Speicherbausteine aufbaut, greift deshalb in aller Regel zum SR-Baustein mit Rücksetzvorrang.

Wann nimmt man was? Die Funktion ist gleichwertig, es geht um Lesbarkeit und Gewohnheit. Der Haltekontakt zeigt den Signalfluss anschaulich im Strompfad und ist bei einfachen Verriegelungen schnell erfasst. Der Speicherbaustein trennt Setz- und Rücksetzbedingung sauber voneinander — das wird übersichtlicher, sobald mehrere Bedingungen ein- oder ausschalten sollen oder Set und Reset an ganz unterschiedlichen Stellen im Programm liegen.

Selbsthaltungen sind sicherheitsrelevant, weil sie Anlagen in Bewegung halten. Drei Punkte verdienen besondere Aufmerksamkeit.

Drahtbruchsicherheit beim Aus-Taster. Hier liegt der häufigste Denkfehler der ganzen Thematik, und er entsteht aus einer Verwechslung von Hardware und Software. Die Regel lautet:

• Physischer Aus-Taster: als Öffner (NC-Kontakt) ausführen. Im Ruhezustand — also wenn niemand drückt — ist der Kontakt geschlossen und führt am Eingang ein 1-Signal. Erst beim Betätigen öffnet er und das Signal fällt auf 0.
• Software-Abfrage im Programm: als Schließer-Symbol (Normal Open) abfragen. Weil der Eingang im Gut-Zustand bereits 1 führt, lässt der Schließer-Abfragekontakt den Pfad im Normalbetrieb durch. Beim Drücken fällt der Eingang auf 0, der Pfad öffnet, die Selbsthaltung fällt ab.

Der Gewinn: Reißt die Leitung zum Aus-Taster oder löst sich eine Klemme, verschwindet das 1-Signal genauso, als hätte jemand „Stopp“ gedrückt. Die Anlage geht in den sicheren Zustand — sie stoppt. Genau das ist Drahtbruchsicherheit. Würde man den Aus-Taster als Schließer verdrahten und im Programm als Öffner abfragen, bliebe un Drahtbruch unbemerkt: Die Anlage liefe weiter, und der Stopp-Taster hätte im Fehlerfall keine Wirkung mehr. Die Merkregel ist also: physischer Öffner, im Programm als Schließer abgefragt.

Verhalten bei Spannungswiederkehr. Fällt die Versorgung aus und kehrt zurück, soll eine Anlage nicht von selbst wieder anlaufen. Standard-Selbsthaltungen erfüllen das automatisch, sofern ihr Ausgang nicht gepuffert ist: Beim Neustart ist der Ausgang 0, und ohne erneutes Start-Signal bleibt er es auch. Selbsthaltungen einer Start-Stopp-Steuerung sollten deshalb nicht remanent ausgelegt sein — der gehaltene Zustand soll einen Spannungsausfall bewusst nicht überdauern.

Not-Halt niemals allein über die SPS-Selbsthaltung. Eine Selbsthaltung im Anwenderprogramm ist eine Funktion der normalen Steuerung — kein Sicherheitsbauteil. Ein Not-Halt muss unabhängig von der Standard-SPS-Logik wirken, üblicherweise über ein eigenes Sicherheitsschaltgerät oder eine Sicherheits-SPS, die den Antrieb direkt und sicher abschaltet. Sich für den Not-Halt auf die programmierte Selbsthaltung zu verlassen, ist ein gefährlicher Fehler: Ein Programmfehler oder CPU-Ausfall würde dann genau die Funktion mitnehmen, auf die es im Notfall ankommt.

Der gedankliche Bogen zur klassischen Schützsteuerung rundet das Bild ab: Dort entsteht die Selbsthaltung über einen Hilfskontakt des Schützes, der sich physisch selbst versorgt — funktional dasselbe Prinzip, nur in Hardware gegossen statt im Programm. Diese verdrahtete Variante wird gesondert behandelt.