Materialflusssteuerungen, SPS, SAIL

IT für Intralogistiksysteme 

KAPITEL 3: 

SPS, SAIL UND 

MATERIALFLUSSSTEUERUNG 

INHALTSVERZEICHNIS 

3 SPS, SAIL und Materialflusssteuerung ....................................................................4 

3.1 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) ................................................................4 

3.1.1 Grundlagen der SPS Technik...................................................................................4 

3.1.1.1 Entwicklung ......................................................................................................4 

3.1.1.2 Definition, Normen ...........................................................................................4 

3.1.1.3 Steuerungsarten...............................................................................................6 

3.1.1.4 Arbeitsweise einer SPS..................................................................................10 

3.1.1.5 Zykluszeit einer SPS ......................................................................................12 

3.1.1.6 Wort- und Bitverarbeitung ..............................................................................13 

3.1.1.7 Interruptbearbeitung.......................................................................................14 

3.1.2 Hardwareaufbau .....................................................................................................14 

3.1.3 Programmierstruktur einer speicherprogrammierbaren Steuerung ........................16 

3.1.3.1 Grundelemente eines SPS-Programms.........................................................19 

3.1.4 Programmiersprachen ............................................................................................21 

3.1.4.1 Steueranweisungen .......................................................................................21 

3.1.4.2 AWL, KOP und FUP.......................................................................................21 

3.1.4.3 SPS-Programmiersprachen für Steuerung und Datenverarbeitung...............22 

3.1.4.4 Kommunikationsprozessoren für speicherprogrammierbare 

Steuerungen...................................................................................................26 

3.2 SAIL (System Architektur für Intralogistik-Lösungen) .....................................................30 

3.2.1 Zielsetzung der Systemarchitektur-Entwicklung.....................................................30 

3.2.2 Innovation durch Funktionsstandardisierung..........................................................31 

3.2.3 Funktionen..............................................................................................................32 

3.2.4 Typische Konfigurationen .......................................................................................35 

3.3 Materialflusssteuerung....................................................................................................38 

IT für Intralogistiksysteme Prof. Dr.-Ing. Frank Thomas Seite 1


3.3.1 Einbindung der Materialflusssteuerung in die DV-Ebenen .....................................38 

3.3.2 Aufgaben der Materialflusssteuerung.....................................................................39 

3.3.2.1 Transportbeauftragung...................................................................................39 

3.3.2.2 Belegung von Förderstrecken, Fördermitteln und Puffern .............................40 

3.3.2.3 Auswahlmethode Priorität oder First-in-first-out?...........................................42 

3.3.2.4 Datenbasis der Materialflusssteuerung..........................................................43 

3.3.2.5 Synchronisierung externer Funktionen mit dem Materialfluss........................44 

3.3.3 Optimierungspotentiale und deren Grenzen...........................................................44 

3.3.3.1 Lastverteilung durch Vorplanung ...................................................................44 

3.3.3.2 Optimierte Lagerplatzsuche? .........................................................................45 

3.3.4 Grobe Planungsfehler.............................................................................................45 

3.3.4.1 Bidirektionale Förderer...................................................................................45 

3.3.4.2 Mehrplatzförderer...........................................................................................46 

3.4 Begriffe zur Materialflusssteuerung ................................................................................47 

3.4.1 Der Transportauftrag ..............................................................................................47 

3.4.2 Der Teiltransport (Fahrauftrag)...............................................................................47 

3.4.3 Die Zielfindung........................................................................................................47 

3.4.4 Die Ressourcennutzung .........................................................................................48 

3.4.5 Die Nutzungsoptimierung der Transportinfrastruktur..............................................48 

3.4.6 Schnelligkeit gegen Entscheidungskomplexität......................................................48 

3.4.7 Das Kommunikationsproblem.................................................................................48 

3.4.8 Die UFOs und die Schwarzfahrer...........................................................................49 

3.4.9 Das Entscheidungsfindung an einem Anlagenpunkt ..............................................49 

3.4.10 Der Fahrauftrag ......................................................................................................49 

3.5 Die Funktionsgruppen.....................................................................................................50 

3.5.1 F:AS – Anlagensteuerung (F:FC – Facility Control) ...............................................50 

3.5.2 F:RE – Richtungsentscheidung (F:DC – Direction Control) ...................................50 

3.5.3 F:FA – Fahrauftragsverwaltung (F:MM – Mission Management) ...........................50 

3.5.4 F:RN – Ressourcennutzung (F:RU – Ressource Utilisation)..................................50 

3.5.5 F:TK – Transportkoordination (F:TC - Transport Coordination) .............................51 

3.6 Datenhaltung und Nachrichtenaustausch.......................................................................51 

3.6.1 F:AS – Anlagensteuerung (F:FC – Facility Control) ...............................................51 

3.6.1.1 Daten..............................................................................................................51 

3.6.1.2 Nachrichten ....................................................................................................52 

3.6.2 F:RE – Richtungsentscheidung (F:DC – Direction Control) ...................................52 

3.6.2.1 Daten..............................................................................................................52 

3.6.2.2 Nachrichten ....................................................................................................52 

3.6.3 F:FA – Fahrauftragsverwaltung (F:MM – Mission Management) ...........................53 

3.6.3.1 Daten..............................................................................................................53 

3.6.3.2 Nachrichten ....................................................................................................53 

3.6.4 F:RN – Ressourcennutzung (F:RU- Ressource Utilisation) ...................................54 

3.6.4.1 Daten..............................................................................................................54 



3.6.4.2 Nachrichten ....................................................................................................54 

3.6.4.3 Downloadsequenz..........................................................................................55 

3.6.5 F:TK – Transportkoordination (F:TC – Transport Coordination).............................55 

3.6.5.1 Daten..............................................................................................................55 

3.6.5.2 Nachrichten ....................................................................................................56 

3.7 Modellierung von Förderanlagen ....................................................................................56 

3.7.1 Förderelement (A:FE) – Conveying Element (C:CE)..............................................57 

3.7.2 Fördergruppe (A:FG) - Conveying Group (C:CG) ..................................................57 

3.7.3 Fördersegment (A:FS) - Conveying Segment (C:CS) ............................................57 

3.7.4 Förderbereich (A:FB) - Conveying Area (C:CA) .....................................................57 

3.7.5 Modell einer Palettenförderanlage..........................................................................58 



3 SPS, SAIL UND MATERIALFLUSSSTEUERUNG 

3.1 Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) 

3.1.1 Grundlagen der SPS Technik 

3.1.1.1 Entwicklung 

Im Jahre 1968 wurde von der Hydromatic Division der General Motor Corporation das 

Konzept einer speicherprogrammierbaren Steuerung ausgearbeitet. Der Grundgedanke 

dieses Konzeptes geht darauf zurück, ein flexibles System zu entwickeln, welches eine 

festverdrahtete Steuerung wie Relais-, Schütz- und Halbleitersteuerung ersetzen kann. 

Dieses freiprogrammierbare System sollte universell und völlig unabhängig von der zu 

realisierenden Prozessaufgabe sein. 

Wesentliche Vorteile gegenüber den konventionellen Steuerungen sind: 

Verschleißfreiheit 

kleine Baumaße 

Steuerfunktionen sind schnell und einfach änderbar 

vereinfachte Fehlerdiagnose 

große Leistungsfähigkeit 

Heute ersetzen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) nicht nur die früheren 

konventionellen Steuerungen, sondern übernehmen zusätzliche Steuerungsfunktionen und 

Diagnoseaufgaben von Einzelmaschinen bis zu komplex verketteten Fertigungssystemen. 

Zunehmend werden SPS auch zur Kommunikation in Netzwerken als Datenschnittstelle 

(Konzentratoren) zu übergeordneten Rechnersystemen verwendet. Gerade dieser Trend 

zur Dezentralisierung in hierarchisch aufgebauten Automatisierungsstrukturen erfordert 

eine hohe Anforderung an die zu verarbeitenden Datenmengen und damit an den 

Funktionsumfang einer SPS. 

3.1.1.2 Definition, Normen 

Ein speicherprogrammierbares Steuerungsgerät ist ein elektrisches Betriebsmittel, welches 

mit einer anwenderorientierten Programmiersprache, gemäß seiner jeweiligen 

Steuerungsaufgabe programmierbar ist. Das Programm kann in einem Programmspeicher 

freiprogrammierbar oder austauschprogrammierbar abgelegt werden. 

Diese Unterscheidung bezieht sich auf die Art der verwendeten Speicherbausteine einer 

SPS. Bei den freiprogrammierbaren Steuerungen ist der Programmspeicher ein Schreib- 

Lese-Speicher (RAM), dessen Inhalt durch Verändern oder Hinzufügen von 

Programmanweisungen ohne mechanische Eingriffe modifizierbar ist. Verwendet man Nur- 

Lese-Speicher (ROM) sind Programmänderungen nur durch Herausnehmen und 

Austauschen von Speicherbaugruppen möglich. 



Üblich ist heute die Verwendung von RAM's zur Speicherung des Anwenderprogrammes 

und den Einsatz von ROM's, meist spannungsausfallsichere EPROM's, für die 

geräteinternen Betriebsfunktionen. 

Speichertypen und deren Eigenschaften 

Speichertyp Löschen Programmieren Speicherinhalt 

RAM 

ROM 

EPROM 

EEPROM 

Random Access Memory 

Speicher mit wahlfreiem 

Zugriff 

Schreib-Lese-Speicher 

Read Only Memory 

Festwertspeicher 

Nur-Lese-Speicher 

Erasable Programmable 

ROM 

Löschbarer 


Electrical Erasable 

Programmable ROM 

Elektrisch löschbarer 


Tabelle 3.1: Speichertypen und deren Eigenschaften 

elektrisch elektrisch 

nicht 

möglich 

durch Masken 

beim 

Herstellungsprozess 

durch UV- 

Belichtung elektrisch 

elektrisch 

flüchtig 

bei Stromunterbrechung 

nicht flüchtig 

bei Stromunterbrechung 

Eine Übersicht über die wichtigsten Normen zur SPS bietet die nachfolgende Tabelle: 

Übersicht über wichtige Normen zur SPS 

Begriffe der Steuerungstechnik DIN 19237 

Peripherieschnittstellen elektronischer Steuerungen DIN 19240 

Speicherprogrammierbare Steuerungen, Programmierung DIN 19239 

Meldung von Betriebszuständen DIN 19235 

Schaltzeichen digitale Informationsverarbeitung 

DIN 40900 

Teil 12 

Regeln und graphische Symbole für Funktionspläne 

DIN 40719 

Teil 6 

Begriffe der Informationsverarbeitung DIN 44300 

Speicherprogrammierbare Steuerungsgeräte Blatt 1 bis Blatt 5 VDI 2880 

Tabelle 3.2: Übersicht über wichtige Normen zur SPS 



3.1.1.3 Steuerungsarten 

Die Aufgabe einer elektrischen Steuerung besteht darin, einzelne Vorgänge im 

Arbeitsprozess einer Maschine oder Anlage nach einem durch Programmierung 

festgelegten Ablauf miteinander zu koordinieren und damit eine Automation eines 

Arbeitsprozesses möglich zu machen. 

Man unterscheidet hierbei zwischen Verknüpfungs- und Ablaufsteuerungen. Der 

wesentliche Unterschied zwischen diesen beiden Steuerungsarten besteht in der Art der 

Signalverarbeitung. 

Verknüpfungsteuerung 

Definition nach DIN 19237 

Eine Verknüpfungssteuerung ist eine Steuerung, die den Signalzuständen 

der Eingangssignale bestimmte Ausgangssignale im Sinne der Booleschen 

Verknüpfungen zuordnet. 

Verknüpfungsteuerungen sind dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem beliebigen 

Zeitpunkt den Eingangswerten bestimmte Ausgangswerte zugeordnet werden. 

Beispiel: 

Ein Motor soll vor Überhitzung geschützt werden. Hier wurden die Temperaturüberschreitung 

und der Zustand, dass der Motor läuft zu einem Ausgangssignal verknüpft, 

welches den Lüfter zur Kühlung einschaltet. 

WENN Temperatur > 70° C 

UND Motor läuft 

DANN Lüfter einschalten 

Typische Probleme für die Verknüpfungssteuerung sind solche, bei denen verschiedene 

Bedingungen gleichzeitig verarbeitet werden müssen. Weniger für die 

Verknüpfungssteuerung geeignet sind Problemstellungen mit einer im Voraus bestimmten 

Schrittfolge. Dies ist der Fall, wenn nur ein Schritt berücksichtigt werden soll, während die 

anderen uninteressant sind. 



Ablaufsteuerungen 

Definition nach DIN 19237 

Bei einer Ablaufsteuerung wird ein Problem in Schritte unterteilt und eine Schrittkette 

gebildet. Wesentliches Merkmal dabei ist, dass immer nur ein Schritt aktiviert wird bzw. 

mehrere Schritte nur dann, wenn diese als mögliche simultane Schritte programmiert sind. 

Das Weiterschalten von einem Schritt zum programmgemäß folgenden hängt von 

Weiterschaltbedingungen ab. Die Weiterschaltbedingungen können vom Prozess (z. B. 

Sensorsignale) oder von einer Zeit (z. B. Wartezeit) abhängig sein. 

Weiterschaltbedingungen 

Zeitabhängige Weiterschaltbedingungen 

Werden dann verwendet, wenn das Erfassen eines Zustandes, d.h. eine Rückmeldung 

technisch schwer oder gar nicht zu realisieren ist. 

Anmerkung: 

Eine Ablaufsteuerung ist eine Steuerung mit einem zwangsläufig schrittweisen 

Ablauf, bei der das Weiterschalten von einem Schritt auf den 

programmgemäß folgenden abhängig von Weiterschaltbedingungen erfolgt. 

Wird eine zeitabhängige Weiterschaltung durch die Vorgabe einer jeweils berechneten Wartezeit zwischen den einzelnen 

Programmschritten gewählt, darf nur geringer Schlupf innerhalb der Bewegungsschritte auftreten. Diese Randbedingung 

„kein Schlupf oder nur geringer Schlupf“ ist aber in den allermeisten Fällen bei der Steuerung von Transportvorgängen völlig 

unrealistisch. Es muss immer gewährleistet sein, dass die SPS alle Prozessänderungen mitbekommt. Deshalb wird die 

Prozessgeführte Weiterschaltung bevorzugt eingesetzt. 

Prozessgeführte Weiterschaltbedingungen 

Sind abhängig von Rückmeldungen, die bestimmte Prozesszustände und die 

Ausführungen früher erteilter Befehle signalisieren. Diese Rückmeldungen werden z. B. 

durch Sensorsignale realisiert. 



Die Ablaufsteuerung am Beispiel einer Palettenförderanlage 

Layout mit Anordnung der Motoren, Endschalter und Sensoren 

M 3 

M 4 

E4 E3 

E7 

M 5 

Drehtisch 

E8 

Förderrichtung 

Rollenbahn 

E10 

Abb.: Abb. Bild 3.1 

4.1.3.1 4.1 Palettenförderanlage 

Palettenförderanlage 

E6 E5 

M1 M2 

Verschiebewagen 

E2 E1 

Bezeichnung Kommentar 

E0 Induktionsschleife frei 

E1, E4 Endtaster Motor 1 abschalten 

E2, E3 Taster Polumschaltung Motor 1 schnell/langsam 

E5, E6 Taster für Hubeinrichtung 

E7, E8 Taster Stellung des Drehtisches 

E9, E10 Lichtschranke Palette vorhanden 

M1 Motor 1, Verschiebewagenantrieb 

M2 Motor 2, Hubeinrichtungsantrieb 

M3 Motor 3, Rollenantrieb Band 

M4 Motor 4, Rollenantrieb Drehtisch 

M5 Motor 5, Drehtischantrieb 

Tabelle 3.3: Ablaufsteuerung: Paletten vom Abstelltisch zum Drehtisch fördern und drehen 

Induktionsschleife 

Übergabe vom FTS 

IT für Intralogistiksysteme Prof. Dr.-Ing. Frank Thomas Seite 8 

E9 

Abstelltisch 

E0


Start 

Schritt 

1 

Schritt 

2 

Schritt 

3 

Schritt 

4 

Schritt 

5 

Schritt 

6 

E9 = 1 (Palette in Position) 

E7 = 1 (Drehtisch in Grundstellung) 

E0 = 0 (FTS nicht vorhanden) 

E6 = 1 (Hubtisch unten) 

A1 = 0 (Motor 1 aus) 

S HT hoch 1 

E5 = 1 (Hubtisch oben) 

S 

E1 = 0 

E2 = 1 (VW ist angefahren) 

S 

E3 = 1 (VW fährt ein) 

S 

E4 = 1 (VW in Endposition) 

S 

S 

E6 = 1 (VW unten) 

VW langsam 1 

VW schnell 1 

VW Langsam 1 

VW stop 

1 

HT runter 2 

S RB ein 

1 

S DT-RB ein 

2 

E10 = 1 (Palette auf Drehtisch) 

Schritt 

S RB stop 

1 

7 S DT-RB aus 

2 

S DT-Antrieb ein 3 

E8 = 1 (Drehtisch gedreht 90°) 

Schritt 

S DT-Antrieb aus 1 

8 S DT-RB ein 2 

Bild Abb. Abb. 4.1.3.2 3.2 

4.2 Beispiel eines Schrittkettenablaufes 

Legende 

HT = Hubtisch 

VW = Verfahrwagen 

RB = Rollenbahn 

DT = Drehtisch 



3.1.1.4 Arbeitsweise einer SPS 

Der eigentliche Programmablauf beginnt mit dem Einlesen der Eingangssignale in einen 

Speicherbereich. Während der Abarbeitung des Programms verwendet die Zentraleinheit 

dieses Prozessabbild der Eingänge (PAE). Hierbei werden durch den im Prozessor 

enthaltenen Adresszeiger die im Programmspeicher abgelegten Anweisungen 

nacheinander abgerufen. 

Der Prozessor verarbeitet nun gemäß den Anweisungen die einzelnen Signale und 

verknüpft sie gemäß der Booleschen Algebra zu den sich ergebenden Ausgangsbefehlen. 

Diese wiederum werden in einen Ausgangsspeicher abgelegt, der das Prozessabbild der 

Ausgänge (PAA) widerspiegelt. Am Ende des Programmdurchlaufes veranlasst der 

Prozessor die Übertragung der zwischengespeicherten Ergebnisse an die Ausgänge. 

Zyklus 

Eingangsabbild 

PAE 

Programm 

Anweisung 

Anweisung 

Anweisung 

Anweisung 

Signalgrößen 

Stellgrößen 

Arbeitsweise der SPS am Beispiel eines Bitprozessors: 

1 

2 

3 

n 

Aussgangsabbild 

PAA 

Bild Abb. Abb. 4.1.4.1 4.3 3.3 

Zyklischer Programmablauf einer SPS 

Prozeß 

In den Zellen des Programmspeichers (Anwender-Speichermodul) stehen die 

Anweisungen, die der Reihe nach vom Prozessor bearbeitet werden. Auf den Zähleingang 

des Adresszählers werden von einem Taktgenerator Impulse im Abstand von ca. 2 µs 

geschaltet, mit denen die im Zähler stehende Zahl um eins erhöht wird. Jeder im Zähler 

stehenden Zahl ist eine Speicherzelle im Programmspeicher zugeordnet. 

Erreicht der Zählerstand z. B. die Speicherzelle, in der die Anweisung "U E 1.3" steht, so 

wird diese Anweisung in das Befehlsregister übertragen. 



Im Befehlsregister wird die Anweisung in den Operationsteil (U) und in den Adressenteil 

(E 1.3) zerlegt (siehe auch Kapitel 3.2.1). 

Über die Adresse "E 1.3" werden aus dem Prozessabbild der Eingänge (PAE) die acht 

gespeicherten Signalzustände der Eingangsbaugruppe mit der Byte-Adresse 1 in das 

Steuerwerk eingelesen. Aus der Operation "UE 1.3" erkennt das Steuerwerk, dass eine 

UND - Verknüpfung mit dem Bit 3 gebildet werden muss. 

In gleicher Weise wird nach dem nächsten Zählimpuls der Eingang E 1.6 abgefragt. Auf die 

Abfrage-Anweisungen der beiden Eingänge E 1.3 und E 1.6 folgt die Anweisung "= A 

2.5", mit der Ausgang A 2.5 eingeschaltet werden soll. Der Ausgang wird bzw. bleibt 

eingeschaltet, wenn bei der vorangegangenen Abfrage alle "UND" -Eingänge den 

Signalzustand "1" haben. 

Wie bei den Eingängen werden die Ausgänge nicht sofort angesteuert, wenn eine 

Anweisung bearbeitet wird. Der neue Ausgangszustand wird zunächst im 

Prozessabbildspeicher der Ausgänge (PAA) gespeichert. Dabei ist jedem Eingang und 

Ausgang ein Speicherelement zugeordnet. 

Am Ende aller Programmanweisungen steht im Anwenderprogramm die Anweisung "PE" 

(Programmende). Wenn diese Anweisung bearbeitet wird, veranlasst das Steuerwerk, dass 

in der Reihenfolge der Byteadressen nacheinander die im Prozessabbild gespeicherten 

Signalzustände der Ausgänge an die einzelnen Ausgangsgruppen zu übertragen und auch 

dort solange zu speichern sind, bis das nächste PAA übertragen wird. 

Dabei werden die Byteadressen vom Prozessabbild direkt auf den Adressbus geschaltet. 

Das Datenwort mit den Signalzuständen für die acht Ausgänge der betreffenden 

Ausgangsgruppe holt sich das Steuerwerk aus dem Prozessabbild und gibt es über den 

Datenbus an die adressierte Ausgangsbaugruppe weiter. 

Vor Beginn eines neuen Bearbeitungszyklusses wird in umgekehrter Richtung das 

Prozessabbild der Eingänge (PAE) aktualisiert. Dabei werden die Signalzustände der 

Eingänge in das PAE übertragen. 



Signalverarbeitung Bitprozessor 

Programmspeicher 

+1 

Adresszähler 

Datenbus 

Adressbus 

U E 1.3 

U E 1.6 

= A 2.5 

PE 

Eingangskarten 

Abb. Abb.4.4 Bild 4.5 4.1.4.2 Signalverarbeitung Bitprozessor 

Abb. 3.4 

3.1.1.5 Zykluszeit einer SPS 

Steuerwerk 

Befehlsregister 

U E 1.3 

Ausgangskarten 

Das serielle Abarbeiten der Anweisungen hat zur Folge, dass eine gewisse Zeit vergeht bis 

der Adresszeiger das gesamte Programm bis zum Programmende durchlaufen hat und mit 

dem Einlesen des PAE wieder von vorne beginnt. Dieser Zeitbedarf für die Bearbeitung 

des Programms wird als Zykluszeit der SPS bezeichnet und ist von der Länge des 

Programms und der Mikroprozessor-Taktfrequenz des verwendeten Prozessortyps 

abhängig. Die Zykluszeit ist neben dem Funktionsvorrat ein Leistungsmerkmal einer SPS- 

Anlage und wird in Millisekunden pro 1K (1024 Binäranweisungen) angegeben. 

Dies bedeutet, dass der Prozessor nicht mit den realen Ein- und Ausgängen arbeitet, 

sondern nur mit Kopien der Signalzustände, die zu Anfang bzw. am Ende eines 

Bearbeitungszyklusses aktualisiert werden. Praktisch heißt dies, dass ein angeschlossener 

Sensor nicht ständig, sondern - abhängig von der Zykluszeit - nur zu bestimmten 

Zeitpunkten abgefragt wird. Muss der Prozess auf ein Signal möglichst ohne Verzögerung 

reagieren, müssen besondere Maßnahmen wie zum Beispiel Interrupt-Programmierung mit 

eingebaut werden. Ist es erforderlich ein Signal zu erfassen, das kürzer als die Zykluszeit 

des Programms ist, kann man auch speichernde Eingangskarten verwenden, die den 

Signalimpuls noch eine bestimmte Zeit aufrecht erhalten. Hat zum Beispiel eine SPS eine 


PAA 

PAE


Zykluszeit von 20 ms/1K Anweisungen und das Programm ist 5 KByte lang, wird im 

Zeitintervall von ca. 100 ms das PAE aktualisiert. Ist nun ein Signalimpuls kürzer als 100 

ms und liegt genau im Zeitintervall zwischen Einlesen und Auslesen, wird dieses Signal 

nicht erfasst. 

Anmerkung: 

Aufgrund der Entwicklungen in der SPS-Technik in den letzten fünf Jahren, besonders in dem Einsatzgebiet von 

Multiprozessoren innerhalb einer SPS, sind die Zykluszeiten so schnell geworden, dass hier nur noch Probleme bei kritischen 

Programmen auftreten. Die von den SPS-Herstellern angegebenen Zykluszeiten sind allerdings immer nur 

Durchschnittswerte und können nicht als völlig verbindlich angesehen werden. So hat beispielsweise die Programmstruktur 

einen Einfluss auf die Zykluszeit. Gerade die Wortverarbeitung, Anwendung von Sprungbefehlen oder auch der Einsatz von 

Interrupts beeinflussen die Programmzykluszeit. Es liegt also auch im Einflussbereich des Programmierers, wie die 

Programmbearbeitung verzögert oder beschleunigt werden kann. Weiter sollte jedoch auch beachtet werden, dass nicht 

immer die multiprozessorfähige und speichergigantische High-End-SPS die sinnvollste Lösung ist. 

3.1.1.6 Wort- und Bitverarbeitung 

Bei Aufgaben der Steuer- und Regeltechnik müssen neben logischen binären Zuständen 

wie "1" oder "0" auch Sonderfunktionen wie Zeit-, Zähl- oder Messwertdaten als Datenwort 

verarbeitet werden. Deshalb wird unterschieden in Bitverarbeitung und Wortverarbeitung. 

Bitverarbeitung 

Verarbeitung von rein binären Zuständen 

nur Abfrage auf "0" oder "1" (Signal vorhanden/nicht vorhanden) 

schnelle Bearbeitungszeiten möglich 

Wortverarbeitung 

Verarbeitung von numerischen Daten (Erfassung von Zahlenwerten) 

Durchführen von Rechenoperationen und Regeln 

aufwendiger und langsamer als Bitverarbeitung 

Anmerkung: 

Im Gegensatz zu früher werden von den meisten SPS-Herstellern nur noch Steuerungen hergestellt, die sowohl für Wort- als 

auch für Bitverarbeitung geeignet sind. Diese SPS waren im Vergleich zu reinen Bit-verarbeitenden Steuerungen anfangs 

recht langsam (Zykluszeiten von 1 ms sind für Bitprozessoren kein Problem). Durch die Verwendung von mehreren 

Prozessoren innerhalb einer SPS kann man heute die Vorteile beider Verarbeitungsarten verbinden. Dies geschieht dadurch, 

dass die Bitverarbeitung von speziellen Bitprozessoren und die Wortverarbeitung von Wortprozessoren übernommen wird. 

Dabei erfolgt die Aufteilung automatisch durch den Koordinator, muss also nicht im Anwenderprogramm festgelegt werden 



3.1.1.7 Interruptbearbeitung 

Ein Interrupt wird durch eine digitale Einbaugruppe erzeugt. Die Interruptanforderung wird 

dem Prozessor über eine Interruptleitung signalisiert. Sie kann verwendet werden, wenn 

die Reaktion auf ein oder mehrere Ereignisse mit höherer Priorität schneller erfolgen muss, 

als eine Reaktion auf andere Ereignisse. Zur Bearbeitung eines Interrupts wird die 

zyklische Programmbearbeitung unterbrochen und das in einem speziellen 

Organisationsbaustein hinterlegte Interruptprogramm aufgerufen. 

3.1.2 Hardwareaufbau 

Aufgrund des großen Einsatzbereiches von speicherprogrammierbaren Steuerungen gibt 

es ein entsprechend breites Spektrum an angebotener Hardware. Prinzipiell unterscheidet 

man zwischen kompakten Kleinsteuerungen und meist modular aufgebauten Steuerungen 

der mittleren und oberen Leistungsklasse. Die Kompaktsteuerungen werden für kleinere 

Funktionsumfänge eingesetzt, sind preisgünstiger und in ihren Abmaßen kleiner. Die 

modular aufgebauten Steuerungen lassen sich je nach geforderter Aufgabenstellung 

konfigurieren. 

Eine modular aufgebaute SPS besteht aus verschiedenen Baugruppen, die jeweils in einen 

Baugruppenträger-Slot gesteckt werden. Die Kommunikation, d.h. der Datentransfer, 

erfolgt über den im Baugruppenträger integrierten Systembus. 

Folgende Baugruppen befinden sich auf dem Träger : 

Netzteil 

Zentraleinheit 

Speicherbaugruppen 

Eingangs-/Ausgangs-Baugruppen 

Sonderbaugruppen 

Netzteil 

Die Netzteilbaugruppe liefert die interne Versorgungsspannung für die einzelnen 

Komponenten. Dabei ist das Netzteil nur für die Stromversorgung der Steuerung und nicht 

für die Signal- und Stellglieder ausgelegt. Als Sicherung werden die Spannungen dabei 

ständig auf Über- und Unterspannung überwacht. Spricht die Überwachung an, so wird das 

Netzteil abgeschaltet und alle Ausgänge werden auf "0" gesetzt. 

Zentraleinheit 

Die Zentraleinheit der SPS ist das Kernstück der Steuerung. Sie enthält einen bzw. 

mehrere Mikroprozessoren, die mit Hilfe des Betriebssystems die Anweisungen des 

Anwenderprogramms ausführt. Unterscheidungsmerkmale von verschiedenen 

Zentraleinheiten ergeben sich aus dem Funktionsumfang und dem Befehlsvorrat, aber 

auch durch die interne Programmbearbeitung. 



Wird mehr als ein Prozessor verwendet, ist ein Koordinator notwendig. Er teilt jedem 

Zentralprozessor zyklisch den Zugriff auf den Gerätebus zu (time sharing). Über einen 

Koppelspeicher im Koordinator können die Zentralprozessoren untereinander Daten 

austauschen. 

Die Zentraleinheit besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten 

PG-Schnittstelle, dient zum Anschluss eines Programmiergerätes (PG) 

CPU-Prozessor 

Koordinator (Multiprozessorbetrieb) 

Speicher für Betriebssystem (EPROM) und Anwendungsprogramm (RAM) 

Auf der Frontseite befinden sich zusätzlich noch LEDs, die Betriebszustände der SPS 

(STOP, EIN usw.) anzeigen und eine digitale Anzeige für Fehlercodes 

Speicherkarten 

Zu den in der Zentraleinheit befindlichen Speichern gibt es zusätzliche Speicherkarten als 

separate Baugruppen. Sie dienen der Speicherung großer Datenmengen, die nicht ständig 

im Arbeitsspeicher der Zentraleinheit benötigt werden (z.B. Rezepturen, 

Anwenderprogramme usw.). In der Regel werden RAMs, Magnetblasenspeicher oder 

Festplatten als Speichermedien verwendet. Der RAM Speicher muss durch eine 

Pufferbatterie gegen einen Datenverlust der Steuerung gesichert werden. 

Ein- und Ausgangsbaugruppen 

Die Ein- und Ausgangsbaugruppen bilden die Schnittstelle zwischen dem Rechenwerk 

einer SPS und der eigentlichen Anlage. An die Eingangsbaugruppen werden Signalglieder 

wie Schalter, Sensoren, Lichtschranken oder auch Messsysteme angeschlossen. An den 

Ausgangskarten liegen sämtliche Stellglieder wie Aktoren und Signallampen. 

Diese Baugruppen dienen zur Aufbereitung der von den Signalgliedern kommenden 

Signale bzw. zur Weitergabe der Ausgangssignale an die Stellglieder. Die internen und 

externen Stromkreise werden hierbei über Opto-Koppler galvanisch getrennt, um Stör- und 

Überspannungen abzufangen. 

Eine Baugruppe hat in der Regel 8, 16, 24 oder 32 Anschlüsse, die zwecks Adressierung 

immer zu je acht (1 Byte) zusammengefasst sind. Eine Erweiterung ist bei modularen SPS 

durch das Hinzufügen weiterer Karten bis zu der vom System zugelassenen Anzahl 

möglich. Zur besseren visuellen Störungs-Diagnose ist zu jedem Anschluss eine 

Leuchtdiode vorgesehen, die den jeweiligen Zustand "1" oder "0" anzeigt. So bedeutet zum 

Beispiel die Abkürzung E 12.3 einer Eingangsbaugruppe, dass hiermit das Bit 3 des 

zwölften Datenbytes gemeint ist. Liegt hier ein Signal "1" an (+ 24V) so leuchtet dessen 

LED zur Kontrolle. 

Wurden früher nur binäre Zustände erfasst, so ist es heute auch möglich, die Bearbeitung 

analoger Prozesssignale mit analogen Ein- bzw. Ausgangsbaugruppen zu realisieren. 



Dabei ist das Kernstück einer solchen Baugruppe ein Analog-/Digital-Wandler, welcher die 

analogen Messwerte digitalisiert und an die CPU weitergibt. 

Sonderbaugruppen 

Sonderbaugruppen, die auch „intelligente" Peripheriebaugruppen genannt werden, 

übernehmen zusätzliche Kommunikations- oder Automatisierungsaufgaben. Außer einem 

eigenen Prozessor enthalten Sonderbaugruppen noch einen internen Speicher und ein 

eigenes Betriebssystem, um die Zentralprozessoren durch signalvorverarbeitende 

Maßnahmen zu entlasten. 

Die Aufgaben solcher Baugruppen sind z. B. Wegerfassung, Positionierung, 

Antriebssteuerung sowie Regelungen und Kommunikationen aller Art. 

Beispiele: 

Kommunikationsprozessoren 

schnelle Zählerbaugruppen 

Positionierbaugruppen (NC-Achsen) 

intelligente Sensorsysteme (Bildverarbeitung) 

Messdatenerfassung und Vorverarbeitung 

Vorteile von Sonderbaugruppen: 

1. Entlastung der Zentral-CPU von zeitaufwendigen Operationen 

2. Zusammenfassung von Funktionsblöcken 

3. Vereinfachung des Gesamtsystems, da komplette Baugruppen ausgetauscht werden 

können 

3.1.3 Programmierstruktur einer speicherprogrammierbaren Steuerung 

Das Steuerungsprogramm einer SPS wird zur übersichtlicheren Programmierung in 

einzelne, in sich abgeschlossene Programmabschnitte (Bausteine) eingeteilt. Dies 

ermöglicht eine einfache und übersichtliche Programmierung auch umfangreicherer 

Programme. Außerdem ist die Möglichkeit zur Standardisierung von Programmteilen mit 

Hilfe von Funktionsbausteinen gegeben. Ein Anwenderprogramm kann in vier 

Bausteintypen für die unterschiedlichsten Aufgaben gegliedert werden. 

Organisationsbaustein (OB) 

Programmbaustein (PB) 

Funktionsbaustein (FB) 

Datenbaustein (DB) 

In der Programmorganisation wird festgelegt, ob und in welcher Reihenfolge die 

Programm- und Funktionsbausteine (bedingt oder unbedingt) aufgerufen werden. 



Diese Organisationsbausteine werden je nach Betriebszustand (zyklisch, Interrupt, Anlauf, 

Zeitbearbeitung) vom Betriebssystem aktiviert. Mit Hilfe von Programmbausteinen wird ein 

Steuerungsproblem in mehrere kleinere Teilabläufe zerlegt und ebenfalls durch Aufruf von 

weiteren Funktions- und Programmbausteinen zu einer strukturierten Steuerungsaufgabe 

zusammengesetzt. Bei dieser Art der Strukturierung werden die verschiedenen 

Bausteintypen auch mit Ebenen assoziiert. So bilden die Organisationsbausteine die erste, 

die Programm- und Funktionsbausteine die zweite Ebene. 

Datenbausteine enthalten zusammengefasste Datenmengen, die in Zwischenpuffern 

abgelegt sind und durch Aufruf im Anwenderprogramm weiterverarbeitet werden. Solche 

Daten können feste oder variable Daten, Texte und Meldungen sein. Der Zugriff auf einen 

Datenbaustein bewirkt keine Programmunterbrechung. 

Unterscheidung Programmbaustein und Funktionsbaustein 

FB's weisen gegenüber PB's drei wesentliche Unterschiede auf: 

FB's besitzen gegenüber PB's einen erweiterten Operationsvorrat 

Der Aufruf eines FB's erfolgt als „black box" mit formalen Operanden 

FB's enthalten im wesentlichen Unterprogramme, die nur einmal im gesamten 

Programm vorhanden sind, jedoch von mehreren PB's aufgerufen und mit aktuellen 

Operanden abgearbeitet werden (parametrierbar) 

Ein Funktionsbaustein besteht aus einem Bausteinkopf und dem Bausteinrumpf. Der 

Bausteinkopf enthält alle Angaben für das Programmiergerät zur graphischen Darstellung 

des Bausteines und eine Liste der verwendeten Operanden. Im Rumpf ist das eigentliche 

Programm des Bausteines abgelegt. Hierbei werden die Operanden in einer 

Anweisungsliste miteinander verknüpft. Die Operanden können dabei Eingabe-, Ausgabe-, 

Zeit-, Merkeradressen oder Datenwörter beschreiben. 

Funktionsbaustein FB 200 Vereinbarungsteil 

Name: Test 

Bez: Taste E /A /D /B /T / Z : E B /BY /W / D : B 

Bez: Sensor : E : B 

Bez: Motor_Ein : A : B 

Anweisungsliste 

U -Taste 

U -Sensor 

= -Motor_Ein 

. 

. 

. 

BE Bausteinende 

Kommentarzeile 

Abb. 3.5: Beispiel für einen Funktionsbaustein 



Auswirkungen auf die Zykluszeit bei Verwendung von Funktionsbausteinen 

1. Für das Kopieren der aktuellen Werte in die Parameter und für den 

Unterprogrammsprung in den Funktionsbaustein wird Rechenzeit vom Prozessor 

benötigt. Diese Rechenzeit wird auf die Bearbeitungszeit des Anwenderprogramms 

addiert und erhöht die Zykluszeit. 

2. Bedingte Aufrufe von Funktionsbausteinen können ebenfalls zu einer unregelmäßigen 

Erhöhung der Zykluszeit führen. Dies bedeutet, dass in einem Zyklus der 

Funktionsbaustein nicht bearbeitet wird, wenn die Bedingung nicht erfüllt ist. Im 

nächsten Zyklus ist die Bedingung erfüllt, der Funktionsbaustein wird bearbeitet. Sind 

in einem größeren Programm viele bedingte Bausteinaufrufe, kann es zu einer 

Überschreitung der maximal zulässigen Zykluszeit kommen. 

Dieser Funktionsbaustein wird als selbständiger Programmteil in einen Organisations- oder 

Programmbaustein eingesetzt. Der Aufruf des Funktionsbausteines FB 200 im PB 30 

erfolgt durch die Anweisung "SPA -FB 200" (siehe Abbildung 3.6). Die Parameterliste mit 

den zur Bearbeitung notwendigen aktuellen Parametern folgt nach dem Aufruf (P0, P1...). 

Bei der Bearbeitung des Funktionsbausteines werden die Parameter im Funktionsbaustein 

durch die aktuellen Parameter des Programmbausteines ersetzt. Im Vereinbarungsteil des 

FB 200 stehen die Parameter-Bezeichnungen, die Parameter für die Eingabe (E) und 

Ausgabe (A) sowie Bit (B)- oder Byte (BY)- Information. 



OB 1 

SPA -PB 30 

PE 

PB 30 

SPA -FB 200 ,3 

> P0 

> P1 

> P2 

SPA -FB 300 

Abb. 3.6: Beispiel für den Zusammenhang zwischen den einzelnen SPS-Bausteinen 

BE 

Bei diesem sehr einfachen Beispiel steht als erste Anweisung im Programmspeicher des 

Automatisierungsgerätes im OB 1 ein Sprung (SPA) in den Programmbaustein PB 30. 

Der PB 30 enthält nun selbst wieder eine Sprunganweisung (SPA) in den 

Funktionsbaustein (FB 200) und zusätzlich die aktuelle Parameterliste für die Bearbeitung 

des FB 200. Nach Ausführung des FB 200 erfolgt der Rücksprung in den PB 30, wobei die 

nächsten Anweisungen abgearbeitet werden. Ein erneuter Sprung in den FB 200 ist dann 

nur mit einer aktualisierten Parameterliste möglich. 

Dieses Beispiel beschreibt einen häufig in der Fördertechnik auftretenden Funktionsablauf. 

Bei der Beförderung von Packstücken treten immer wieder dieselben Einschleusvorgänge, 

Hub- und Drehbewegungen auf. Hierfür wird nur einmal ein Funktionsbaustein 

programmiert und im Speicher abgelegt. 

Die wiederholte Verwendung im Programm erfolgt durch Aufruf des Funktionsbausteines 

mit den dazugehörigen aktuellen Parametern. Dadurch kann der Softwareaufwand 

bedeutend verringert und die Übersichtlichkeit wesentlich erhöht werden. 

3.1.3.1 Grundelemente eines SPS-Programms 

FB 200 

Um ein SPS-Programm zu erstellen ist es notwendig, sich außer mit der Sprache und der 

Programmstruktur auch mit den SPS-Progammierelementen vertraut zu machen. Diese 

Elemente sind unabhängig von der angewandten Sprache, welche die Elemente 

miteinander verknüpft und diese dem Programmierer in der gewünschten Form darstellt. 


Test 

Bez: Taste 

Bez: Sensor 

Bez: Motor_Ein 

U -Taste 

U -Sensor 

= -Motor_Ein 

BE


Eingänge 

Ein Eingang ist die Bezeichnung für die Anschlussstellen der Eingangsbaugruppen. An den Eingängen 

werden die Signalglieder angeschlossen. Sämtliche Eingänge werden von der Zentraleinheit zu Beginn 

eines Programmzyklusses auf ihr logisches Spannungspotential hin abgefragt (Bildung des PAE). Dabei 

wird bei den einzelnen Eingängen nur zwischen HIGH (= 24 Volt) und LOW (= 0 Volt) unterschieden. 

Ausgänge 

Ein Ausgang ist die Bezeichnung für die Anschlussstelle der Ausgangsbaugruppen. An den Ausgängen 

werden die Stellglieder angeschlossen. Wie bei den Eingängen wird auch hier zwischen HIGH und LOW 

unterschieden. Ist ein Ausgang auf HIGH = 1, wird der Steuerstromkreis zu dem an diesem Ausgang 

angeschlossenen Stellglied geschlossen, womit dieses Stellglied aktiviert wird. 

Merker 

Ein Merker ist eine einzelne Speicherzelle, die den logischen Zustand "1" oder "0" haben kann. Merker 

werden in der SPS als Hilfsvariablen zur Speicherung von Verknüpfungsergebnissen oder zu 

Verriegelungen verwendet. 

Zähler 

Ein Zähler kann in der SPS mit einem bestimmten Wert geladen werden und dann abhängig von einem 

Verknüpfungsergebnis auf- oder abwärtszählen. Zähler finden Anwendung um Mengen, Wiederholvorgänge 

oder Zyklusdurchläufe zu erfassen. Ein Zähler wird auf seinen logischen Zustand hin abgefragt. Wird ein 

Zähler mit einem festgelegten Wert geladen, liefert er bei einer Abfrage seines logischen Zustandes eine 

"1", bis dieser Zähler den Wert 0 erreicht hat. Sobald der Zähler abgelaufen ist, stellt sich eine logische "0" 

ein. Zähler können in heute gebräuchlichen SPS-Anlagen mit den Zahlenwerten 0 bis 9999 geladen 

werden. 

Timer 

Ein Timer ist ein programmierbares Zeitglied, das mit einem Zeitwert geladen wird. Die meisten Timer 

lassen sich auf fünf verschiedene Zeitablaufbedingungen voreinstellen: 

einschaltverzögernd 

abfallverzögernd 

Impuls 

speichernder Impuls 

speichernd einschaltverzögernd 



3.1.4 Programmiersprachen 

3.1.4.1 Steueranweisungen 

Jede Steuerungsaufgabe muss durch eine Programmiersprache interpretiert werden. 

Dabei lässt sich der gesamte Prozessablauf in kleinste logische Einheiten gliedern. Eine 

solche Einheit kann ein Bedingungs- oder ein Ausführungselement sein. Ein Element wird 

in der SPS-Technik als Steueranweisung bezeichnet und lässt sich noch einmal in den 

Operations- und den Operandenteil unterteilen. 

Eine Steueranweisung ist folgendermaßen aufgebaut: 

Dabei beschreibt der Operationsteil den Operanden und gibt an, was der Prozessor tun 

soll. 

Der Operandenteil besteht aus einem Kennzeichen und einem Parameter. Weiterhin 

enthält er die für die Ausführung der Operation notwendigen Angaben. So beschreibt er, 

womit der Prozessor etwas tun soll. Das Kennzeichen gibt den Typ (z. B. E für Eingang) 

und der Parameter die Adresse (z. B. 12.3) des Operanden an. 

Operation: UND (U) , ODER (O) , NICHT (UN, ON), SETZE (S), 

RÜCKSETZE (R) usw. 

Kennzeichen: Merker (M), Eingänge (E), Ausgänge (A), Zeiten (T), Zähler (Z) 

Parameter : numerische Adresse 1.0, 1.3, usw. 

Diese Steuerungsanweisungen werden nun in der Regel 1:1 in den jeweiligen 

Maschinencode der SPS übersetzt. Die Darstellungsarten für solche Steueranweisungen 

nennt man SPS-Programmiersprachen. 

3.1.4.2 AWL, KOP und FUP 

Steueranweisung = 

Operationsteil + Operandenteil 

Nach DIN 19239 sind die drei Grundsprachen der SPS-Technik die Anweisungsliste 

(AWL), der Kontaktplan (KOP) und der Funktionsplan (FUP). 

Die Anweisungsliste ist die gebräuchlichste Steuerungssprache, da sie rein funktionell am 

besten alle Operationen wie z. B. Vergleiche, Transfer-, Lade-, und Wandeloperationen, 

Sprünge, Schieberegister, Flankenerkennung usw. verwirklichen kann. Auch ist die AWL 

eine Art auf Steuerungsprobleme zugeschnittene Assemblersprache, die der Arbeitsweise 



des SPS-Prozessors am nächsten kommt. Durch die Verwendung symbolischer Namen 

wie z. B. MOTOR, GREIFER, SENSOR1 usw. anstatt des Operanden (E 1.2 oder A 3.7) 

wird die Programmierung und die Lesbarkeit des Programms erleichtert. 

Die erste graphische Programmiersprache war der Kontaktplan. Da früher die Verdrahtung 

von Relaissteuerungen nach Stromlaufplänen ausgeführt wurde, lag es nahe, eine ähnliche 

Darstellungsart für die speicherprogrammierbaren Steuerungen zu entwickeln. Die 

graphische Darstellung der Steueranweisung im Kontaktplan ermöglicht schnell einen 

logischen Überblick über die einzelnen Programmschritte. 

Der Funktionsplan ist eine weitere graphische Darstellungsart der Steueranweisungen und 

wurde hauptsächlich von den Anwendern elektronischer Steuerungen entwickelt. 

Da die Verwendung einer der dargestellten SPS-Sprachen individuell von den 

Vorkenntnissen des jeweiligen Anwenders abhängt, bieten die meisten SPS-Hersteller die 

Möglichkeit der schnellen Programmkonvertierung an. Das heißt, dass z. B. ein in AWL 

geschriebenes Programm innerhalb von Sekunden in einen KOP oder FUP umgewandelt 

werden kann. 

Anmerkung: 

Auf die Schaffung einer einheitlichen Programmiersprache bei speicherprogrammierbaren Steuerungen wurde verzichtet. Die 

in der DIN 19239 festgelegten Sprachen unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller in Art und Umfang. Aus der Sicht der 

jeweiligen Entwicklung der Hersteller war dies sicherlich richtig (Produkttreue), aber vom Standpunkt des Anwenders, der 

Instandhaltung und Kompatibilität betrachtet, ist dies eine weniger erfreuliche Tatsache. 

3.1.4.3 SPS-Programmiersprachen für Steuerung und Datenverarbeitung 

Im vorangegangenen Kapitel wurden zwei wesentliche Anforderungen an 

speicherprogrammierbare Steuerungen gestellt: 

3. Steuerungsaufgaben in Anwenderprogrammen abzubilden, die in einer leicht 

verständlichen und einfach zu lernenden Programmiersprache geschrieben sind. 

4. Datenverarbeitungsaufgaben möglichst effizient einzubinden. 

Mit weiterentwickelten SPS werden Steuerungsaufgaben wie bisher realisiert und die 

Datenverarbeitung getrennt davon in einer höheren Programmiersprache (z. B. "C") 

problemorientiert durchgeführt. 

Als Beispiel sei "Step 5" (Siemens), eine Programmiersprache für die 

Anwenderprogramme der von Siemens entwickelten Simatic-S5-Automatisierungssysteme, 

erwähnt. "Step 5" kennt drei verschiedene Darstellungsarten, mit denen die 

Steuerungsaufgaben gelöst werden: den Kontaktplan, den Funktionsplan und die 

Anweisungsliste. 

Immer wenn es um die schnelle Verarbeitung von Binärsignalen geht, ist eine 

maschinennahe Sprache wie etwa "Step 5" von Vorteil, da mit dieser Assemblersprache 



ein kurzer und damit schneller Code erzeugt werden kann. Zur Verdeutlichung soll ein 

kleines Beispiel dienen. 

Die Aufgabe heißt: 

Das Ventil V (angeschlossen am Ausgang A 0.0 der SPS) soll geschaltet werden, wenn 

der Taster (angeschlossen am Eingang E 0.0) gedrückt wird und ein Überwachungssensor 

S (angeschlossen an E 0.1) nicht anspricht. 

Allgemein ergibt sich folgende Formulierung: 

Wenn T = 1 und S = 0 dann V = 1 

In "Step 5" wurde das Problem in Form einer Anweisungsliste so dargestellt: 

U E 0.0 

UN E 0.1 

S A 0.0 

In "Step 5" entspricht der Quellcode dem Code, der vom Prozessor ausführbar ist. 

Das in einer Hochsprache (S5C) formulierte Programm muss erst in die Maschinensprache 

übersetzt werden. In Bild 4.4.3.1 sind die Unterschiede klar zu erkennen. Der vom 

Compiler bei der Übersetzung erzeugte Code ist wesentlich länger. 



Steuerung einer Maschine 

Assemblerprogrammierung (Step5 AWL) 

Hochsprache (S5C) 

if (Eingang(0)(0) && !Eingang(0)(1)) Ausgang(0)(0) = 1 

LKB 0 

LKB 0 

SLW 8 

OW 

TRW +5 

LKB 0 

LKB 1 

SLW 8 

OW 

TRW +7 

UE 0.0 

SPS 

Taster 

Sensor 

LKB 1 

SPB=+2 

LKB 0 

LKB 1 

XOW 

TRW +5 

LRW +5 

TDW 61 

BDW 61 

UE 0.0 

LKB 1 

Abb. 3.7: Steuerung einer Maschine 

U 

UN 

S 

E 0.0 

E 0.1 

E 0.0 

E 0.1 

A 0.0 

SPB=+2 

LKB 0 

LRW +9 

UW 

TRW +7 

LKB 0 

>< F 

SPB=+3 

SPR +16 

LKB 0 

LKB 0 

A 0.0 

Ventil 

SLW 8 

OW 

TRW +5 

LKB 1 

TDW 53 

UD 53,0 

LRW +5 

TDW 61 

BDW 61 

= A 0.0 



Umsetzung eines C-Programmes in "Step 5" mit S5C 

Das in der höheren Programmiersprache "C" erstellte Programm wird zusammen mit den 

Include-Dateien vom Compiler zum sogenannten Objektcode verarbeitet. Die Include- 

Dateien enthalten z. B. Definitionen von Konstanten und Unterprogrammen. Das Auslagern 

von Konstanten und Unterprogrammen in separate Dateien ermöglicht eine übersichtliche 

Programmstrukturierung. 

Der Compiler ist der Übersetzer, der das Programm von der höheren Programmiersprache 

in Befehle der Maschinensprache umsetzt. Dieser übersetzte Code enthält die 

Programminformationen in einer vom Prozessor der SPS verarbeitbaren Form, wobei noch 

nicht festgelegt ist, wie das Programm im Programmspeicher der SPS abgelegt wird. 

Außerdem gibt es offene Referenzen auf Funktionen, die noch hinzugefügt werden 

müssen. 

Diese Funktionen sind in einer oder mehreren Bibliotheken hinterlegt. 

Die Bibliotheken enthalten z. B. 

Zeit- und Datumsfunktionen 

Stringfunktionen Kopieren oder Vergleichen 

(z. B. Scannerlesungen in ASCII-Zeichen) 

Konvertierungsfunktionen (Umwandlung von ASCII-Strings in Zahlenformate) 

Funktionen zur Erzeugung von dynamischen Speicherplätzen 

Dynamische Speicherplatzverwaltung 

Es handelt sich um Funktionen, die allgemein genutzt werden können. Sie liegen im 

Objektcode vor. Dabei zeigt sich ein großer Vorteil bei der Verwendung von höheren 

Programmiersprachen. Mit Blick auf die, auch bei der SPS-Programmierung mögliche 

objektorientierte Programmierung, lassen sich Module schreiben, die nach 

entsprechendem Test als fertige Programmteile in der Bibliothek vorhanden sind. 

Derjenige, der diese Bibliotheksfunktionen benutzt, muss sich nur über die Wirkungsweise 

der Eingangs- und Ausgangsgrößen der Funktionen informieren. 

Diese Funktionen werden vom Linker (deutsch: „Binder") zum Programm hinzugefügt und 

das gesamte Programm wird so bearbeitet, dass es im Programmspeicher der SPS 

abgelegt werden kann. Bei dem S5C-Linker geschieht dies auf eine sehr spezielle Art und 

Weise. Das Programm wird auf Funktions- und Datenbausteine verteilt. Funktions- und 

Datenbausteine sind in Step 5 vereinbarte Programmelemente. Dies bedeutet, dass das 

fertig gebundene C-Programm ohne Einschränkungen in die normale SPS-Umgebung 

einfügt werden kann. Jetzt wird der große Vorteil sichtbar: Es wird kein spezieller 

Prozessor benötigt und die in einer höheren Programmiersprache geschriebenen 

Programmteile lassen sich in die in Step 5 erstellten Steuerungsfunktionen einbinden. 

Die eingangs genannten Anforderungen an eine SPS, sowohl Steuerungs- als auch 

Datenverarbeitungsaufgaben bewältigen zu können, werden durch den Einsatz der für die 

jeweilige Teilaufgabe optimalen Programmiersprache "Step 5" bzw. "C" erfüllt. 



Umsetzen eines C-Programmes in STEP5 mit S5C 

C-Programm 

Compiler 

Objekt-Code 

Linker 

FB x 

FB x+1 

FB x+n 

DB y 

Stack + 

lokale 

variablen 

Include-Dateien 

Bibliotheken 

DB y+1 

DB y+2 

DB y+m 

Abb. 3.8 Umsetzen eines C-Programmes in STEP 5 mit S5C 

Bibliotheken 

3.1.4.4 Kommunikationsprozessoren für speicherprogrammierbare Steuerungen 

Kommunikationsprozessoren werden benötigt zur Kommunikation einzelner SPS über 

Punkt-zu-Punkt-Verbindungen oder es werden mit Hilfe von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 

hierarchisch gegliederte Materialflusssteuerungen aufgebaut. Bei umfangreichen 

Kommunikationsaufgaben werden zwischen einzelnen Geräten und Systemen über eine 

einzige Datenleitung (Bussystem) Informationen ausgetauscht. 

Dementsprechend enthalten die Kommunikationsprozessoren einen eigenen 

Mikroprozessor, ein Speichermodul (RAM) als Arbeitsspeicher, Dual-Port-RAM, 

Schnittstellenbausteine, Datum und Uhrzeitgeber, serielle Schnittstellen oder für die 

Ankopplung an Bussysteme eine Ethernet-Busschnittstelle. 

An den Kommunikationsprozessor können z. B. angeschlossen werden: 

andere Automatisierungsgeräte 

übergeordnete Rechner 

Drucker / Datensichtgeräte 

Barcodelesegeräte 



Zwischen dem Kommunikationsprozessor und anderen Rechnersystemen kann 

folgendermaßen kommuniziert werden: 

A) Punkt-zu-Punkt Verbindung 

Der Kommunikationsprozessor besitzt für die Ankopplung von Fremdrechnern zwei 

voneinander unabhängige Schnittstellen, die als V.24 oder als 20 mA-Linienstrom (TTY) 

Punkt-zu-Punkt-Verbindungen betrieben werden. 

Die Übertragungsgeschwindigkeit der Schnittstellen beträgt 50 Baud 1 bis 19200 Baud und 

ist mit dem Programmiergerät einstellbar. Die Summe beider 

Übertragungsgeschwindigkeiten beträgt maximal 19200 Baud. 

Die Kopplung zu anderen Rechnersystemen erfolgt mit dem standardisierten 

Übertragungsprotokoll 3964R, welches eine gesicherte Datenübertragung gewährleistet 

(Blockwiederholung, Initialisierungskonflikt). 

B) Busschnittstellen für den Anschluss an Ethernet-Transceiver 

Die Steuerung des Datenverkehrs über den Bus erfolgt mittels Parameter, die in einem 

Speichermodul (RAM oder EPROM) auf dem Kommunikationsprozessor hinterlegt sind. 

Diese Parameter beschreiben die logischen Kommunikationsverbindungen zwischen den 

einzelnen Busteilnehmern. Über die Busschnittstelle erfolgt der Anschluss an den Ethernet- 

Transceiver mit 10 MBit/s. 

Dual-Port-RAM 

Das Dual-Port-RAM befindet sich auf dem Kommunikationsprozessor und ist vergleichbar 

mit einem Briefkasten. In diesem Briefkasten können sich der Kommunikationsprozessor 

und der Zentralprozessor der SPS gegenseitig Nachrichten (Daten, Anforderungen etc.) 

hinterlegen. 

Der Zentralprozessor der SPS hat immer die Initiative beim Datenaustausch. Der 

Kommunikationsprozessor muss sich vom Zentralprozessor „fragen lassen", ob er Daten 

übergeben möchte. Diese regelmäßige Anfrage übernehmen Standardfunktionsbausteine 

(„Hantierungsbausteine"). 

Der eigentliche Datentransfer zwischen Zentralprozessor und Kommunikationsprozessor 

wird ebenfalls über diese Hantierungsbausteine abgewickelt (siehe Abb. 3.9). 

1 Einheit für die Übertragungsgeschwindigkeit 1Baud = 1Byte/sec 



D 

A TE 

N 

Hantierungsbausteine 

(Standard- 

Funktionsbausteine) 

CPU 

Zentralprozessor 

Prozessor 

Dual-Port-RAM 

RAM 

Anwenderspeicher 

Geräteschnittstelle 

für Punkt-zu-Punkt 

Anschluß für Punkt-zu- 

Punkt-Verbindung 

Abb. 3.9: Datentransfer zwischen CPU und Kommunikationsprozessor 

Prozessor 

Zentralbus einer SPS 

Dual-Port-RAM 

LAN-Controler 

serielles Interface 

Ethernet 

Busschnittstelle 


RAM 

Anwenderspeicher 

LAN 

Busschnittstelle für den Anschluß 

an Ethernet-Transceiver


Notizen zu Kapitel 3.1: SPS 



3.2 SAIL (System Architektur für Intralogistik-Lösungen) 

Innovation und Standardisierung ist der Titel eines Arbeitskreises des Forum Intralogistik 

im VDMA, in dem sich namhafte Maschinen- und Anlagenbauer, IT-Firmen, Lagerlogistiker, 

Sortierspezialisten sowie Geräte- und Komponentenhersteller zusammengefunden haben. 

Der Arbeitskreis hat sich zum Ziel gesetzt, durch die Erstellung von Standards einen 

Mehrwert für Anwender und für Lieferanten von Intralogistischen Systemen und 

Systemkomponenten zu schaffen. 

Ergebnis der bisherigen Arbeit ist die erarbeitete „System Architektur für die Intralogistik“ – 

SAIL. 

3.2.1 Zielsetzung der Systemarchitektur-Entwicklung 

Die in der Intralogistik durchgeführten Projekte sind in hohem Maße interdisziplinär und 

verlangen von allen an der Umsetzung eines solchen Projektes beteiligten Unternehmen – 

von den Planern, über die Lieferanten, bis hin zu den Anlagenbetreibern – ein hohes Maß 

an Zusammenarbeit. Erfolg oder Misserfolg eines Projektes hängen daher nicht nur von 

der Qualität einzelner Gewerke oder einzelner Implementierungen ab, sondern ganz 

entscheidend von dem systematischen und nachhaltigen Zusammenwirken aller Gewerke. 

SAIL resultiert aus Standardisierungsbemühungen des Forum Intralogistik im VDMA mit 

dem Ziel, durch anbieterübergreifende Architekturkonzepte eine effektive Zusammenarbeit 

von Projektpartnern an Gewerkegrenzen zu erreichen. SAIL systematisiert dazu die 

Kernfunktionen einer Intralogistikanlage und definiert steuerungstechnische 

Standardfunktionen und Schnittstellen zwischen den Funktionen. Logistiksysteme nach 

SAIL basieren auf standardisierten Funktionskomponenten, die durch ihre 

anbieterübergreifende Harmonisierung eine problemlose Integration unterschiedlicher 

Gewerke ermöglichen. SAIL ist plattformneutral, es überlässt dem Systemanbieter die 

jeweils eigene Funktionsverteilung auf unterschiedliche Steuerungsebenen. 

Standardisierungselemente sind daher nur die Funktionen und die Schnittstellen. 

Nutzen und Vorteile von SAIL: 

Nutzen für Kunden / Betreiber 

Transparenz aller Funktionen bis zum letzten Geber 

Projektrisiko der Schnittstellenanpassung entfällt 

Architekturharmonisierung ermöglicht 

verkürzte Projektlaufzeiten 

sicheren Betrieb 

vereinfachten Service 

erhöhte Systemverfügbarkeit 

Flexibilität bei späterer Anlagenmodifizierung 



Vorteile der Systemarchitektur nach SAIL 

Gesteigerte Planungsintelligenz 

einheitliche und eindeutige Begriffsdefinition 

Kommunikationsmethoden werden definiert 

Einfache Umsetzung des Kundenwunsches 

Kunde sagt, was er will; Lieferant sagt, was er liefert 

Projektpartner verständigen sich auf derselben Basis 

Architekturharmonisierung als Kostenbremse 

implizierter Nutzen durch wieder verwendbare standardisierte Komponenten 

geringere Projektkosten bei gestiegener Lösungsqualität 

3.2.2 Innovation durch Funktionsstandardisierung 

Der Fokus liegt nicht mehr auf einer Ebenenzerlegung mit Funktionsabbildung auf die 

gefundenen Ebenen, sondern rückt die Logistik in das Zentrum der Modellierung. Die 

funktionelle Zerlegung einer Intralogistikanlage bezweckt primär eine Modellierung durch 

wieder verwendbare Bausteine. Eine Komplexitätsreduzierung und Hierarchisierung ergibt 

sich als Sekundäreffekt dabei zwangsläufig. 

Inspiriert durch die objektorientierte Programmierung, die bereits in anderen Bereichen zu 

einem Paradigmenwechsel geführt hat, erfolgt mit SAIL eine Übertragung dieser 

erfolgreichen Ansätze auch auf die Modellierung von Intralogistik-Systemen. 

Maßgeblich für die gedankliche Aufarbeitung dieses Paradigmenwechsels durch die 

Anlagenbauer sind die folgenden Denkschritte: 

Primäre Anlagenzerlegung nach Funktionen und nicht nach Ebenen 

Kapselung der gefundenen Funktionen in Komponenten 

Standardisierung der Schnittstellen der Komponenten 

Bereitstellung von standardisierten Steuerungskomponenten analog zu verfügbaren 

Mechanikkomponenten 

Die Vorteile dieser funktionszentrierten Anlagenmodellierung lassen sich 

zielgruppenorientiert darstellen: 

Eine modulare Baukastensicht der Anlage in der Planungsphase 

Eine transparente Funktionsbewertung in der Beschaffungsphase 

Eine klare Funktionsabgrenzung bei der interdisziplinären Zusammenarbeit während 

der Realisierungsphase 

Eine hohe Verfügbarkeit durch klare Problemabgrenzung in der Betriebsphase 

Eine risikoarme Austauschbarkeit funktional abgegrenzter Teilgewerke oder 

Komponenten in der Modernisierungsphase. 



In der Summe bietet der hohe Wiederverwendungsgrad der gekapselten Funktionen von 

SAIL einen klaren Kostenvorteil durch reduzierten Anpassungsaufwand, höhere 

Standardisierung, reiferen Implementierungsgrad und kürzere Inbetriebnahmezeiten. 

3.2.3 Funktionen 

Hier werden die bezüglich der Durchführung von Transporten identifizierten Funktionen 

definiert, unabhängig davon, wo und in welcher Technik sie tatsächlich implementiert sind. 

Funktionen erhalten den Präfix ' F ' (Function). 

Nach der VDI/VDMA 5100 soll nur noch die englische 

Nomenklatur verwendet werden! (im folgendem Text blau 

dargestellt). 

Facility Control F:FC – Anlagensteuerung F:AS 

Die Anlagensteuerung bedient direkt die Anlage. Sie realisiert alle Entscheidungen, die für 

die Eigensicherheit der Anlage und die für die Durchführung eines Transportschrittes 

notwendig sind. Auf dieser Ebene fällt also die Entscheidung, ob gefördert werden kann. In 

der Regel wird dazu nur die Freigabe des Folgeförderers betrachtet. Die Richtung, in 

welche das Transportgut zu fördern ist, erhält die Anlagensteuerung als Ergebnis der 

Funktion Richtungsentscheidung. 

Direction Control F:DC – Richtungsentscheidung F:RE 

Die Richtungsentscheidung an einem bestimmten Anlagenpunkt für ein Transportobjekt 

ermittelt aus den eingestellten Betriebsparametern des Punktes und den ggf. vorhandenen 

Fahrauftragsdaten für das sich an diesem Punkt befindende Transportobjekt, ob und in 

welcher Richtung weitergefördert werden soll. 



Vom Transportgut muss mindestens bekannt sein, ob es ein unbekanntes Förderobjekt 

UFO ist. Ist das der Fall, kann in der Regel schon entschieden werden, wohin dieses UFO 

zu transportieren ist. Wenn UFOs situationsbedingt nach nichttrivialen Strategien geroutet 

werden sollen, muss eine entsprechende Zielanfrage an eine externe Instanz 

Ressourcennutzung (F:RN) (F:RU) gestellt werden. Für identifizierte Transportobjekte 

muss der Transportauftrag betrachtet werden. Dazu wird bei der Fahrauftragsverwaltung 

(F:FA) (F:MM) die Ermittlung der Auftragsdaten veranlasst. 

Je nach Komplexität der Anlage und der Struktur der Fahraufträge und deren 

Speicherungsmöglichkeiten ist die Ermittlung der Weiterfahrrichtung aus dem Auftrag mehr 

oder weniger komplex, daher wird diese Aufgabe in die Funktion der 

Fahrauftragsverwaltung gelegt. Die Funktion Richtungsentscheidung erwartet von der 

Fahrauftragsverwaltung für ein Transportgut am konkreten Entscheidungspunkt nur die 

Aussage, ob das Transportgut ein Schwarzfahrer ist, also kein Fahrauftrag vorliegt, oder in 

welche Richtung es weiter zu fördern ist. Ist das Transportobjekt ein Schwarzfahrer, richtet 

sich die Behandlung nach fest programmierten Regeln oder besser nach einer 

parametrierbaren Richtungsanweisung. Das gleiche gilt, wenn die Fahrauftragsverwaltung 

für ein „Nicht-Schwarzfahrer“ keine spezielle Richtungsanweisung geliefert hat. Ansonsten 

wird das Transportobjekt in der spezifizierten Richtung gefördert. 

F:MM Mission Management – Fahrauftragsverwaltung F:FA 

Die Fahrauftragsverwaltung stellt für die Funktionsgruppe F:RE (F:DC) die relevanten 

Daten des Fahrauftrags zur Verfügung. Insbesondere muss sie über die Identifikation des 

Entscheidungspunktes und des Transportobjekts die Information liefern, ob eine 

Richtungsanweisung vorliegt und welche Ausprägung diese hat. Dieser Vorgang stellt hohe 

Anforderungen an die Reaktionszeit. Außerdem ist diese Funktionsgruppe dafür 

verantwortlich, Fahraufträge anzulegen, zu verändern und zu löschen, wenn dies von der 

beauftragenden Funktion Ressourcennutzung verlangt wird. Diese Vorgänge stellen keine 

hohen Anforderungen an die Reaktionsgeschwindigkeit. 

Bei der Beantwortung einer Richtungsanfrage wird zuerst der Fahrauftrag über die 

Identnummer des Transportobjektes ermittelt. Ist diese Funktion routingfähig, reicht für die 

Ermittlung der Richtung das Vorliegen des Endzieles des Transportes. Die 

Fahrauftragsverwaltung ermittelt dann selbst die konkrete Förderrichtung. Wenn diese 

Funktion nicht routingfähig ist, dann wird im Fahrauftrag gesucht, ob für den aktuellen 

Punkt eine Anweisung gegeben wird. Falls ja, wird diese übermittelt, falls nein, wird 

stattdessen eben diese Tatsache übermittelt. Damit gewinnt man die Freiheit, je nach 

Erfordernis, für sehr einfache Fahraufträge mit nur der Angabe des Endzieles oder mit 

einem oder mehreren Wertepaaren Punkt/Richtung die jeweils passende Implementierung 

zu wählen. 

F:RU Ressource Utilisation – Ressourcennutzung F:RN 

Die Ressourcennutzung kennt den aktuellen Belegungszustand der Transportsysteme, 

deren mögliche Transportkapazitäten und Struktur, die vorliegenden Transportaufträge und 

die notwendigen Parameter für die Strategien zur Nutzung der freien Ressourcen. Hier wird 

entschieden, welches von mehreren konkurrierenden Transportobjekten eine freie 

Ressource nutzen darf. Daraus resultiert die Vergabe oder Veränderung eines 

Fahrauftrages an die Funktionsgruppe F:FA (F:MM). 



Diese Funktionsgruppe bedient sich zur Verfolgung ihrer Betriebsstrategien auch der 

Parametrierung der Entscheidungspunkte bei der Funktionsgruppe F:RE (F:DC). 

F:TC Transport Coordination – Transportkoordination F:TK 

Diese Funktionsgruppe ist die, bei der die umgebenden, nicht zum 

Materialflusssteuerungssystem gehörenden Systeme ihre Transporte beauftragen, 

Statusinformationen erlangen können und von der sie bei Beendigung die 

Vollzugsmeldung erhalten. Die Transportkoordination sorgt dafür, dass ein bei dieser 

Komponente beauftragter Transport richtig abgewickelt wird, also zur richtigen Zeit am 

richtigen Ort fertig gestellt wird. Aus einer Vielzahl von Transportaufträgen 

(Hochlastbetrieb) werden die passenden Betriebsstrategien ermittelt. Hier sind z.B. auch 

Funktionen zur Gruppierung und Sequenzialisierung mehrerer Transportaufträge 

angesiedelt, hier werden die Verfügbarkeiten aller Bereiche und Systeme betrachtet und in 

der Laststeuerung für einzelne Transportsysteme berücksichtigt. In dieser Funktionsgruppe 

findet z.B. auch die Organisation von Sammeltransporten, Rundgängen und Batchbildung 

statt. 

Anlagenelemente zur Kapselung der Funktionen bei der Modellierung 

Eine Förderanlage wird aus verschiedenartigen Anlagenelementen modelliert, sie erhalten 

den Präfix ' A '. (in der englischen Nomenklatur Präfix ’C’ für Component) 



C:CE - Conveying Element 

A:FE – Förderelement 

Ein Förderelement Conveying Element ist die kleinste Einheit. Es besteht aus einem 

Antrieb für die Hauptförderrichtung und die Antriebe für die abzweigenden 

Förderrichtungen sowie der notwendigen Sensorik. Es besitzt nur die Funktion 

Anlagensteuerung (F:AS) (F:FC). 

C:CG - Conveying Group 

A:FG – Fördergruppe 

Eine Fördergruppe Conveying Group ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gruppe 

von Förderelementen mit der Funktion Richtungsentscheidung (F:RE) (F:DC) betreibt. Sie 

ist also eine Zusammenfassung von Förderelementen, die zusammen ein mehr oder 

weniger komplexes Anlagengebilde darstellen, das nach außen als ein Verzweigungspunkt 

erscheint. Dem entsprechend besitzt die Fördergruppe eine 

Richtungsentscheidungsinstanz F:RE (F:DC) mit deren Betriebsparametern. 

C:CS - Conveying Segment 

A:FS – Fördersegment 

Ein Fördersegment Conveying Segment ist dadurch gekennzeichnet, dass es für eine 

Gruppe von Fördergruppen die Funktion Fahrauftragsverwaltung (F:FA) (F:MM) bereitstellt. 

C:CA - Conveying Area 

A:FB – Förderbereich 

Ein Förderbereich Conveying Area besteht aus einer Gruppe von Fördersegmenten, für 

die er die koordinierende Funktion der Ressourcennutzung (F:RN) (F:RU) bereitstellt. 

3.2.4 Typische Konfigurationen 

Mit den definierten Funktionen ergeben sich typische Konfigurationen für deren Aufteilung 

auf verschiedene Steuerungs- oder Rechnersysteme. In der folgenden Abbildung sind vier 

(A, B, C, D) gezeigt. 

Konfiguration A ist typisch für völlig selbständige Transportsysteme, z.B. Anlagen mit 

fahrerlosen Transportfahrzeugen, bei denen die Zuteilung von Fahraufträgen zu den 

Fahrzeugen und die Routenfindung vollständig im Bereichsrechner realisiert sind. 

Konfiguration B ist sehr häufig in allen Arten von Anlagen anzutreffen: 

Ein Transportkoordinierungssystem (MFC) bestimmt die Belegung der Ressourcen und die 

Auswahl der Transporte nach betriebsstrategischen Kriterien und vergibt Fahraufträge an 

das unterlagerte Transportsystem, das die Fahraufträge selbst verwaltet. Der Grad der 

dabei möglichen Feinsteuerung durch die Ressourcennutzung hängt direkt davon ab, wie 

viele Kommunikationspunkte im Transportnetz auf dieser Ebene bekannt sind, also wie 

kurz die Leine ist, an der das Transportsystem geführt wird. 



Abb. 3.10: Typische Konfigurationen (Dr. Thomas + Partner) 

Konfiguration C ist die klassische Anwendung eines Materialflussrechners (MFR). Ein 

Lagerverwaltungssystem (LVS) erzeugt Transporte und übergibt sie entsprechend der 

betrieblichen Erfordernisse an einen MFR. Dieser erzeugt und verwaltet Fahraufträge 

entsprechend den hinterlegten Transportstrategien. Er beantwortet direkt 

Richtungsanfragen des unterlagerten Transportsystems wobei sehr kurze Reaktionszeiten 

erreicht werden müssen. 

Der Trend geht nach Konfiguration D. 

Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das Transportsystem nur die Elementsteuerung 

(F:FC) enthält und schon die Richtungsentscheidung in den MFR verlagert wurde. Dadurch 

werden sehr viel geringe Reaktionszeiten < 10 ms realisiert. Außerdem wird dadurch die 

doppelte Datenhaltung eines Systems vermieden (siehe folgende Abbildung). 



Abb. 3.10a: Trend zur Konfiguration D “Keine doppelte Datenhaltung” (Dr. Thomas + Partner) 



3.3 Materialflusssteuerung 

Materialflusssteuerungssysteme sind heute als dezentrale, hierarchisch geordnete 

Systeme ausgebildet. 

Wesentlich dabei ist die Auflistung der Funktionen in der Ebenenstruktur bei gleichzeitiger 

Beachtung der datenmäßigen Entkopplung der Ebene. 

3.3.1 Einbindung der Materialflusssteuerung in die DV-Ebenen 

Die gesamte Datenverarbeitung im Umfeld eines Logistikzentrums lässt sich in vier Ebenen 

einteilen: 

Warenwirtschaftssystem (WWS): summarische Bestandsführung, wirtschaftliche 

Bewertung, Einkauf, Bestellwesen, Kundenauftragserfassung, Belieferungsplanung 

Lagerverwaltungssystem (LVS): Bestandsführung auf LO- bzw. Platzebene, 

Lagerplatzverwaltung, Inventur, Kommissionierplanung, Nachschubplanung 

Materialflusssteuerung (MFS): Transportverwaltung, Routing, Auslastung, 

Kommissionier-, Nachschub- und Inventurdurchführung 

Steuerung (STR): Fördersystemsteuerungen, Funk- bzw. Infrarotterminals und - 

Drucker, weitere Peripherie wie Terminals und Drucker. 

Die Materialflusssteuerung ist zwischen der Lagerverwaltung und der Steuerungsebene 

angesiedelt. Sie enthält Leitstandsfunktionen zur Verwaltung von Ressourcen und die 

Transportsteuerung. Zusätzlich sind in machen Systemen hier auch Programme 

angesiedelt, die das LVS unterstützen, obwohl sie nicht zu einer Materialflusssteuerung im 

engeren Sinne gehören. Durch die sehr enge Verflechtung der Nachschubsteuerung mit 

der Kommissionierung und der Transportverwaltung ist diese Erweiterung sinnvoll. 

Die Transportsteuerung hat primär die Aufgabe, bestehende, von anderen Systemen 

erzeugte Transportaufgaben so durchzuführen, dass die Anlage nicht blockiert wird. Hierzu 

hat sie den Betriebszustand der Anlage und den Belegungszustand von Strecken und 

Punkten zu beachten und die vorhandenen Fördermittel mit entsprechenden Fahraufträgen 

zu beauftragen. Sie deckt also die Aufgabe der Ebenen 6 und 5 des Modells nach VDMA 

15 276 ab. Die Durchführung der Fahraufträge selbst ist Aufgabe der unterlagerten 

Steuerungsebene. 



Abb. 3.11 Materialflusssteuerung im DV-Verbund 

3.3.2 Aufgaben der Materialflusssteuerung 

3.3.2.1 Transportbeauftragung 

Die wichtigste Funktion der MFS ist die Beauftragung von Fördersystemen mit Fahraufträgen 

in einer Weise, die die Anlage optimal auslastet und die logistischen Prozesse 

bestmöglich bedient. Beide Ziele können nicht unabhängig voneinander erreicht werden, 

manchmal entstehen Zielkonflikte. Führend ist immer der logistische Prozess: die 

termingerechte und vollständige Auslieferung von Ware ist das Primärziel, an dem sich 

sowohl die Gestaltung der Anlage, als auch deren Betrieb zu orientieren hat. Die optimale 

Auslastung der Anlage durch die Materialflusssteuerung ist diesem Ziel untergeordnet. 

Grundsätzlich muss eine freie Förderkapazität sofort wieder belegt werden, wenn dies 

möglich ist. Ein Fahrauftrag wird also sofort vergeben, wenn auf der Strecke bis zum 

nächsten Zielpunkt die Kapazität ausreicht. Mit der Beauftragung wird der Quellplatz 

entlastet, der jetzt wieder neu belegt wird, indem ein wartender Transport zu diesem Punkt 

aktiviert wird. 



Abb. 3.12 Anlagenlayout und Teiltransporte 

Erlaubt der Lagerbetrieb der Materialflusssteuerung z.B. eine ausreichende Auswahl aus 

zu transportierenden Lagereinheiten oder an zulässigen Zielen, kann sie ohne Nachteile für 

die Warenverfügbarkeit die Anlage optimal bedienen. Ist die Auswahl aber durch 

logistische Forderungen beschränkt, müssen zu einem bestimmten Zeitpunkt bestimmte 

Transporte bevorzugt durchgeführt werden, auch wenn damit das fördertechnische 

Durchsatzoptimum nicht erreicht wird. Besonders die Anforderungen durch verkürzte 

Servicezeiten und europaweite Belieferung bedingen, dass immer wieder hochpriore 

Eilaufträge in einen Betrieb gleichmäßiger Anlagenauslastung eingesteuert werden 

müssen. Arbeitet die Anlage dabei an ihrer Leistungsgrenze, treten im Materialfluss 

Leistungseinbrüche und lokale Engpässe auf, die im laufenden Betrieb aufgelöst werden 

müssen. 

3.3.2.2 Belegung von Förderstrecken, Fördermitteln und Puffern 

In einer Materialflusssteuerung im Hochlastbetrieb ist immer eine Anzahl von Transporten 

aktiv (ein Fördermittel führt einen Fahrauftrag durch). Andere Transporte warten auf das 

Freiwerden von Ressourcen (Fördermittel oder Streckenkapazitäten), die immer vollständig 

belegt sind. Hat ein Fördermittel einen Fahrauftrag beendet, wird seine Förderkapazität 

bzw. die einer Strecke frei. Zu diesem Zeitpunkt muss für das entsprechende Fördermittel 



oder diese Strecke aus den wartenden Transporten derjenige ausgewählt werden, der in 

dieser Situation dem aktuellen Lagerbetrieb am ehesten gerecht wird. 

Entscheidenden Einfluss auf den Durchsatz einer Anlage hat nach deren Layout die 

Methode der Auswahl von Aufträgen aus einem Pool von konkurrierenden Aufträgen. 

Interessant ist hier lediglich der Zustand der Hochlast, bei dem mehr Aufträge als 

Förderkapazitäten vorhanden sind. Hier findet ein Transport höchstens einen freien 

Transporteur, der möglichst sofort wieder belegt wird. Anders gesehen kann ein 

Transporteur nur bei Auftragsüberschuss aus mehreren wartenden Transporten auswählen 

und den optimalen Transport durchführen. Nur dieser Methode sollte in 

Optimierungsbetrachtungen Beachtung geschenkt werden. 

Abb. 3.13: Transportauswahl im Hochlastbetrieb (Beispiel Stapler) 



3.3.2.3 Auswahlmethode Priorität oder First-in-first-out? 

Bei der Auswahl eines Transportes aus einer Warteschlange sind zwei Methoden von 

praktischer Relevanz: Auswahl nach der Wichtigkeit des Transportes (PRIO) bzw. nach der 

Ankunft am Wartepunkt (FIFO). Wird die Auswahl nach der Priorität durchgeführt, kann aus 

den Transporten mit gleicher Priorität nach anderen Methoden gewählt werden (z.B. 

längste Wartezeit (FIFO in PRIO), kürzeste Anfahrt, geringste Verkehrsdichte). Beide 

Methoden haben Vor- und Nachteile, deren man sich bewusst sein muss, wenn eine 

Methode gewählt wird [Gutbrod 1998]. 

Abb. 3.14: Situationsstudie: Kommissionierung und Wareneingang 

Abbildung 3.14 zeigt eine Situation, bei der aus einem Hochregal Ware-zu-Mann- 

Kommissionierplätze ver- und entsorgt werden. Aus dem Wareneingang mündet ein 

Förderstrom in den Vorzonenkreisel. Diese Situation eignet sich bestens, die 

verschiedenen Zuteilungsmethoden an den verschiedenen Punkten durchzuspielen. 

Erfahrungsgemäß ist die reine FIFO-Steuerung immer die beste Strategie für Transporte, 

die auf einem Fördersystem unterwegs sind - sie sorgt für eine gerechte Berücksichtigung 

aller Zuflüsse bei der Vergabe der Transportkapazität. Diese Strategie ist einfach zu 

implementieren und in ihrem Verhalten jederzeit transparent. 



Die PRIO-Steuerung kann eingesetzt werden wenn die Transportobjekte nicht auf einem 

Fördersystem stehen. Diese Situation besteht zum Beispiel für Auslagerungen aus einem 

Hochregallager mit gangwechselfähigen oder ganggebundenen Regalbediengeräten oder 

für Staplertransporte von Bodenlagerflächen oder aus Regalen. 

3.3.2.4 Datenbasis der Materialflusssteuerung 

Die gesamte Anlage wird dargestellt durch Punkte und diese verbindende Wege. Beide 

besitzen Aufnahmekapazitäten und Zulässigkeitskennungen, die das auf einem Weg 

verkehrende Fördermittel charakterisieren. Die Fördermittel werden beschrieben durch ihre 

Förderkapazität und die transportierbaren Förderguttypen und dem Transportzuteilungstyp. 

Auf diesen Daten kann die Materialflusssteuerung die möglichen Routen berechnen, die 

Transporte kontrollieren und aktivieren und die Belegung der Fördermittel steuern. 

Abb. 3.15: Anlagenabbild mit Punkten, Wegen und Zuteilungsbereichen 



3.3.2.5 Synchronisierung externer Funktionen mit dem Materialfluss 

Die Inanspruchnahme der Materialflusssteuerung durch viele Logistikfunktionen wie z.B. 

Wareneingänge, Verdichtungen, Kommissionierung mit sich teilweise widersprechenden 

Nutzungsstrategien der Anlage macht es erforderlich, externe Funktionen mit dem 

Transportfortschritt zu synchronisieren. Durch eine lose Kopplung über Nachrichtentelegramme 

wird erreicht, dass verschiedene Softwaremodule, die auch auf verschiedenen 

Rechnern laufen können, miteinander in Verbindung treten, ohne von den Eigenschaften 

des anderen etwas wissen zu müssen. Die Durchführung einer externen Funktionen kann 

jederzeit ohne Änderungen der Software von einer Stelle an eine andere verlegt werden. 

Im Verlauf eines Materialflussprojektes ändern sich häufig Anforderungen sowohl durch 

Umplanungen der Anlage oder Änderungen in den Betriebsschwerpunkten als auch durch 

die strategischen Erfahrungen und Phantasien von “Inbetriebnehmern“, Planern und 

Betreibern. (Jeder kennt zu jedem Zeitpunkt die genau richtige Strategie zu genau diesem 

eben beobachten betrieblichen Sonderfall). 

3.3.3 Optimierungspotentiale und deren Grenzen 

Grundsätzlich kann von einer Materialflusssteuerung erwartet werden, dass sie die 

vorliegenden Transporte mit den zur Verfügung stehenden Ressourcen fehlerfrei und an 

der Leistungsgrenze der Anlage abwickelt. Aus der Sicht der Materialflusssteuerung ist die 

Forderung nach dem Betrieb an der Leistungsgrenze dann erfüllt, wenn eine freie 

Ressource sofort wieder belegt wird. Damit ist allerdings nicht garantiert, dass dann auch 

an allen Punkten der Anlage der jeweils technisch machbare Durchsatz erreicht wird. 

3.3.3.1 Lastverteilung durch Vorplanung 

In den Bereichen, die nicht eine FIFO-Steuerung bei der Auftragsvergabe erzwingen, kann 

durch geeignete Auswahl von Transporten der Betrieb einer Anlage optimiert werden. Dies 

trifft besonders auf Staplertransportbereiche und Hochregalläger zu. Überlastungen in 

einzelnen Anlagenbereichen können zum Teil gemildert werden, indem dieser Bereich mit 

mehr Transporteuren bestückt wird (Staplerbereiche). Geht das nicht (RBGs), können 

Transporte aus anderen Gassen zurückgehalten werden, wenn das RBG schneller 

auslagern könnte als das Palettenfördersystem abfördert. 

Das Optimierungspotential ist um so höher, je größer die Auswahl an Transporten ist. Sie 

werden eingeschränkt durch die Reduzierung der Auswahlmöglichkeiten. Sollen auf einer 

Anlage Aufträge für den 24-Stundenservice abgewickelt werden, folgt eine starke 

Begrenzung der Auswahlmöglichkeiten, weil z. B. die Zeitspanne zwischen der Auftragsübermittlung 

und der Abfahrt der Spedition sehr viel kleiner wird. Für die Materialflusssteuerung 

ergibt sich daraus, dass weniger vorgeplant werden kann, und der Anteil der 

spontan sofort durchzuführenden Transporte ansteigt. Wird der Lagerbestand verringert, 

um die Kapitalbindung zu reduzieren, wird auch das Lagerverwaltungssystem um die 

Chancen gebracht, alternative Bestände zu suchen. Dies wird verstärkt, wenn die Waren 

chargenpflichtig sind (was in diesem Zusammenhang einer Vervielfachung der Artikel und 

eine Verringerung des Bestandes bedeutet), wenn länderspezifische Varianten existieren 

und wenn Mindesthaltbarkeitsdaten unbedingt einzuhalten sind. 



3.3.3.2 Optimierte Lagerplatzsuche? 

Häufig werden komplexe Vorschriften zur Ermittlung eines Einlagerplatzes gefordert. In der 

Praxis wird jedes Lager mit einem Belegungsgrad nahe 100% betrieben. Dadurch ist die 

Auswahl an freien Plätzen, die einer Reihe von Kriterien genügen, immer nahe null. 

Eingelagert wird dann tatsächlich auf ein Fach, das weniger scharfen Anforderungen 

genügt. Eine Optimierung ergibt sich für die Belastung des Rechners, das Budget und die 

Stabilität der Software durch konsequente Beschränkung auf das Wesentliche: Vergabe 

des Lagerplatzes nur nach den Abmessungen und dem Gewicht der Palette (Allgemein 

wird die praktische Relevanz von ausgefeilten Methoden der Lagerplatzsuche überschätzt). 

3.3.4 Grobe Planungsfehler 

Bei der Planung einer Anlage werden häufig Möglichkeiten zur Senkung der Investitionskosten 

gesehen und realisiert, ohne die Auswirkungen auf die Materialflusssteuerung 

erkannt und abgeschätzt zu haben. Die beiden am häufigsten anzutreffenden Sündenfälle 

werden an Beispielen kurz erläutert. 

3.3.4.1 Bidirektionale Förderer 

Manchmal wird die Installation paralleler Strecken eingespart und durch bidirektionalen 

Betrieb einer Strecke ersetzt, weil die Durchsatzberechnung zeigt, dass die Förderstrecken 

im Mittel weniger als 50 % ausgelastet sind. Die Anlage selbst kann aber nicht gleichzeitig 

Transporte in beide Richtungen auf einem Förderer abwickeln, also darf sie auch nicht vom 

MFS mit solchen beauftragt werden. Es werden Zeitscheiben eingeführt, in denen jeweils 

eine Richtung befahren wird. Die Probleme entstehen bei der Umschaltung, weil ja nicht 

nur die Strecke selbst, sondern auch die vor- und nachgelagerten Transportbereiche und - 

Systeme den Betriebszustand wechseln müssen. Solange dort Transporte in einer 

Richtung unterwegs sind, dürfen aus der anderen Richtung keine Transporte gestartet 

werden. Also muss die Beauftragung aus der momentan gültigen Richtung rechtzeitig 

gestoppt werden, damit die Gesamtstrecke überhaupt umschaltbar wird. Dadurch wird bei 

jeder Umschaltung dieser Anlagenteil komplett leergefahren, was dazu führt, dass die 

Gesamtleistungsfähigkeit drastisch sinkt. Wenn die mittlere Last nur 10 – 20% der 

Förderkapazität der Strecke erfordert, die Transporte keiner Zeitrestriktion unterliegen und 

nie die Notwendigkeit entsteht, unmittelbar umschalten zu müssen, kann dieses 

Einsparpotential genutzt werden. Oft zeigt eine genauere Analyse, dass diese 

Bedingungen in Wirklichkeit nicht zutreffen. Der oft vorgeschlagene Ausweg, die vor- und 

nachgeschalteten Wege von der bidirektionalen Strecke durch direkt an deren Enden 

platzierte Pufferlager zu entkoppeln, löst das Problem der langen Leerlaufphase und 

ermöglicht es dann, die reversierbare Strecke in einer Richtung mit vielen Transporten zu 

belegen. Durch die damit verursachte Verdopplung von Absetz- und Aufnahmevorgängen 

und die Kosten der installierten Puffer ist die Kostenersparnis durch das Weglassen der 

zweiten Strecke kritisch zu hinterfragen. 



Abb. 3.16: Bidirektionale Förderstrecken 

3.3.4.2 Mehrplatzförderer 

Zur Vereinfachung des Aufbaues von Förderern und der Installation von Antrieben werden 

immer wieder Mehrplatzförderer eingebaut. Fordert der Anlagenbetrieb die vollständige 

Ausnutzung aller Plätze zum Transport oder zur Pufferung (z.B. bei Einlagerstrecken zu 

einem Regalbediengerät) können Probleme entstehen. Solange die Strecke der 

Mehrplatzförderer schneller versorgt werden kann als diese abfördert, wird jeder Platz 

belegt. Sobald aber die Versorgung langsamer ist, muss entweder gewartet oder eine 

Lücke aufgezogen werden. Dies ist in diesem Fall des Schwachlastbetriebs nicht weiter 

schlimm. Tritt nun aber wieder eine Hochlastphase ein, kann die Lücke nicht mehr 

geschlossen werden, die Puffer- bzw. Förderkapazität bleibt ungenutzt, was dann natürlich 

unerwünscht ist. Auch die beste Software kann eine Lücke nicht mehr schließen. Aus 

diesem Grund sind Mehrplatzförderer nur für Strecken geeignet, auf denen keine hohe 

Belegungsdichte gefordert ist oder bei denen der Zeitverlust zur Blockbildung durch eine 

genügend lange Fahrt kompensiert wird. 

Literatur zu Kapitel 3.3: 

[Gutbrod 1998] VDI (Hrsg.), "Schnell - flexibel - kostengünstig" VDI Berichte 1395, 

VDI-Verlag, Düsseldorf 1998, Seite 107 ff. 



3.4 Begriffe zur Materialflusssteuerung 

An ein System zur Kontrolle und Steuerung von Warenbewegungen wird eine Vielzahl von 

Anforderungen gestellt. 

Entscheidend für das Verständnis des Systems in seiner Gesamtheit und des 

Zusammenspiels seiner Komponenten ist die klare Abgrenzung der Funktionalitäten 

untereinander und die Möglichkeiten ihrer Zuordnung zu den verschiedenen Ebenen der 

Systemhierarchie sowie eine klare Definition der Nachrichten, die zwischen den einzelnen 

Komponenten ausgetauscht werden. 

In der Folge werden Funktionen mit dem Präfix "F:", Nachrichten mit "N:", Daten mit "D:" 

und Anlagenteile mit "A:" versehen. 

3.4.1 Der Transportauftrag 

Ausgangspunkt für die Durchführung eines Transportauftrages ist eine Anforderung aus 

dem operativen Betrieb. 

Solche Anforderungen können z.B. Kommissionier- oder Produktionsnachschübe, 

Wareneingänge oder Umlagerungen sein. Summarische Anforderungen werden von einem 

Bestandsführungssystem soweit aufgelöst, dass eine oder mehrere Bestandseinheiten 

ausgewählt werden für die dann jeweils ein Transportauftrag generiert wird. 

In der weiteren Betrachtung bezieht sich also ein Transportauftrag immer auf genau ein 

selbständig zu bearbeitendes Transportobjekt, das von seinem momentanen Standort zu 

seinem Bestimmungsort (Endziel) zu bringen ist. 

3.4.2 Der Teiltransport (Fahrauftrag) 

Ein Transportauftrag wird untergliedert in einzelne Fahraufträge an Fördersysteme, die den 

Materialtransport dann tatsächlich durchführen. 

3.4.3 Die Zielfindung 

Bei der Durchführung eines Fahrauftrags muss das transportierende System das im 

Teiltransportauftrag spezifizierte Ziel entweder selbst finden können oder dem 

Transportsystem wird im Auftrag mitgeteilt, wie das (nicht notwendig mitgeteilte) 

Teiltransportziel zu erreichen ist. 

Im ersten Fall muss das Transportsystem an jeder Verzweigungsstelle, an der eine 

Richtungsentscheidung zu treffen ist, durch Kenntnis der eigenen Topologie entscheiden, 

in welche Richtung das Transportobjekt weiterzutransportieren ist. 

Im zweiten Fall muss das beauftragende System für jede Entscheidungsstelle die zu 

befahrende Richtung im Auftrag mitteilen. 



3.4.4 Die Ressourcennutzung 

Bei der Durchführung der Transporte muss die Blockierung von Ressourcen vermieden 

werden. Es darf z.B. keine Kreuzung befahren werden, wenn deren Ausfahrt nicht frei ist, 

da sonst der Querverkehr behindert wird. Diese einfache Belegungssteuerung kann vom 

Transportsystem selbst vorgenommen werden. 

Stehen betriebsstrategische Ziele bei der Ressourcenbelegung im Vordergrund, dann 

muss die Verantwortung für die Benutzung einer Ressource von einem System 

übernommen werden, das die Belegungssituation aller Transportbereiche kennt und bei 

dem die entsprechenden Betriebsparameter bekannt und die passenden Strategien 

implementiert sind. 

3.4.5 Die Nutzungsoptimierung der Transportinfrastruktur 

Häufig treten bei der Nutzung einer Transportinfrastruktur verschiedene Betriebszustände 

auf, die aus verschiedenen Phasen der operativen Tätigkeit herrühren. So sind z.B. in 

Distributionszentren häufig Phasen anzutreffen, in den bevorzugt eingelagert oder 

nachgeschoben oder kommissioniert wird. Um in jeder dieser Phasen die Infrastruktur, die 

im Hochlastbetrieb ja auch immer eine knappe Ressource ist, optimal an der Grenze ihrer 

Leistungsfähigkeit zu nutzen, müssen passende Strategien auch von den 

Transportanlagen unterstützt werden. So müssen z.B. Vorfahrtsregeln bei 

Zusammenflüssen geändert werden oder der Belegungsgrad von Kreisel- oder 

Staustrecken muss gesenkt werden um spontane Expresstransporte zu beschleunigen und 

vieles mehr. 

3.4.6 Schnelligkeit gegen Entscheidungskomplexität 

Je dichter eine Funktion an der Technik angesiedelt ist um so höher ist die Anforderung an 

zuverlässige geringe Reaktionszeiten und desto geringer ist die Möglichkeit, umfängliche 

Datenrecherchen und Entscheidungsalgorithmen durchzuführen. 

Weit von der Technik entfernte Funktionen können aus vielen Daten in komplizierten 

Berechnungen Strategievorgaben ermitteln, die zur Ansteuerung der Anlage verwendet 

werden, ohne hohen Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit zu unterliegen. 

3.4.7 Das Kommunikationsproblem 

Auch unter Einsatz moderner Techniken ist die Kommunikation zwischen Systemen eine 

knappe Ressource und daher nur in begrenztem Umfang möglich. Insbesondere kann 

zwischen schnellen Fördersystemen (Karton- oder Behälterförderanlagen, Sorter) und der 

Komponente, die die Ressourcenbelegung plant und die Teiltransportaufträge beauftragt, 

nicht für jedes Transportobjekt an jedem Entscheidungspunkt eine Anfrage gestellt werden, 

auf die mit einem weiteren Teiltransportauftrag geantwortet wird. 

Es ist notwendig, den Kommunikationsaufwand zu begrenzen ohne Steuerungs- und 

Eingriffsmöglichkeiten zu verlieren. 



3.4.8 Die UFOs und die Schwarzfahrer 

Transportsysteme sind in der Praxis gewollt oder ungewollt mit zwei Arten von 

Problemfällen konfrontiert: nicht identifizierbare Transportobjekte (UFOs) und 

identifizierbare Transportobjekte ohne Transportauftrag (Schwarzfahrer). Für beide Typen 

muss ein Strategie entwickelt werden, mit der sie an einem Entscheidungspunkt behandelt 

werden. 

In aller Regel sind UFOs auf einem Transportsystem störend, da sie nicht weiter disponiert 

werden können, sie werden typischerweise schnellstmöglich ausgeschleust. 

In bestimmten Anlagen bzw. zu bestimmten Betriebszuständen kann es durchaus sinnvoll 

sein, identifizierbare Transportobjekte ohne Auftrag (Schwarzfahrer) auf der Anlage zu 

halten um sie z.B. als schnell verfügbare Leergutreserve für unstetigen Bedarf an 

Kommissionierplätzen vorzuhalten. 

3.4.9 Das Entscheidungsfindung an einem Anlagenpunkt 

In einer nicht stetig fördernden Transportanlage wird unmittelbar in der Steuerung 

entschieden, ob ein Transportobjekt von einem Platz zu einem anderen weiterfördert 

werden kann. Dies ist allein durch die physische Belegung der Anlage zu realisieren 

(Belegungszustand des Folgeförderers). Nur wenn gefördert werden kann, ist zu prüfen ob 

das Transportobjekt gefördert werden darf und falls ja in welcher Richtung es 

weiterzufördern ist. 

Diese Entscheidungsfindung unterliegt hohen Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit und 

bestimmt in ihrer Architektur die Möglichkeit der Anpassung der Nutzung einer Anlage nach 

den wechselnden Bedürfnissen des operativen Betriebs – positiv wie negativ. 

Die Transportrichtungsermittlung (hier ist auch die Anweisung stehen zu bleiben ein 

mögliches gewolltes Ergebnis) muss dabei sowohl mit Transportobjekten umgehen 

können, die einen Transportauftrag haben, der direkt für diesen Entscheidungspunkt eine 

Entscheidungsvorschrift enthält, als auch mit UFOs und Schwarzfahrern. Daher müssen 

auch Anweisungen hinterlegt sein, wie solche Transportobjekte zu behandeln sind. Diese 

können dann auch ohne weiteres für Transportobjekte mit Fahrauftrag aber ohne spezielle 

Anweisung für den aktuellen Punkt benutzt werden. 

3.4.10 Der Fahrauftrag 

Zu der oben beschriebenen Art der Entscheidungsfindung passt ein Fahrauftrag, der über 

die Identnummer des Transportobjektes die Richtungsanweisung für eine 

Entscheidungsstelle enthält. An allen anderen Entscheidungsstellen als der im Auftrag 

spezifizierten wird gefahren nach den Anweisungen, die bei der Entscheidungsstelle für 

eben diese Situation hinterlegt ist. 

Für langsame Anlagen (Palettenförderanlagen, Staplerverkehr) ist das ausreichend. Bei 

schnellen Anlagen erhöhen sich der Kommunikationsaufwand und die Anforderung an die 

Reaktionsgeschwindigkeit so stark, dass die Anlage nicht ohne Stockungen betrieben 

werden kann. 



Um dieses Problem zu entschärfen, kann ein Teiltransportauftrag zwei 

Richtungsanweisungen enthalten. Damit ist es dann möglich, im Zusammenspiel mit der 

oben genannten Art der Richtungsentscheidungsfindung Transporte auch auf komplexen 

Fördersystemen über weite Strecken mit vielen Entscheidungsstellen mit einem 

Teiltransportauftrag oder sehr wenigen weiteren Folgeaufträgen durchzuführen ohne 

überhöhten Kommunikationsaufwand oder Stockungen des Betriebes in Kauf nehmen zu 

müssen. 

3.5 Die Funktionsgruppen 

3.5.1 F:AS – Anlagensteuerung (F:FC – Facility Control) 

Die Anlagensteuerung bedient direkt die Anlage. Sie realisiert alle Entscheidungen, die für 

die Eigensicherheit der Anlage und die für die Durchführung eines Transportschrittes 

notwendig sind. Auf dieser Ebene fällt also die Entscheidung, ob gefördert werden kann. In 

der Regel wird dazu nur die Aufförderfreigabe des Folgeförderers betrachtet. 

3.5.2 F:RE – Richtungsentscheidung (F:DC – Direction Control) 

Die Richtungsentscheidung an einem bestimmten Anlagenpunkt für ein Transportobjekt 

ermittelt aus den eingestellten Betriebsparametern des Punktes und den ggf. vorhandenen 

Fahrauftragsdaten für das sich an diesem Punkt befindende Transportobjekt ob und in 

welcher Richtung weitergefördert werden soll. 

3.5.3 F:FA – Fahrauftragsverwaltung (F:MM – Mission Management) 

Die Fahrauftragsverwaltung stellt für die Funktionsgruppe F:RE (F:DC) die relevanten 

Daten des Fahrauftrags zur Verfügung. Insbesondere muss sie über die Identifikation des 

Entscheidungspunktes und des Transportobjekts die Information liefern, ob eine 

Richtungsanweisung vorliegt und welche Ausprägung diese hat. 

Dieser Vorgang stellt hohe Anforderungen an die Reaktionszeit. 

Außerdem ist diese Funktionsgruppe dafür verantwortlich, Fahraufträge anzulegen, zu 

verändern und zu löschen wenn dies von der beauftragenden Funktionsgruppe verlangt 

wird. Diese Funktionen stellen keine hohen Anforderungen an die 

Reaktionsgeschwindigkeit. 

3.5.4 F:RN – Ressourcennutzung (F:RU – Ressource Utilisation) 

Die Ressourcennutzung kennt den aktuellen Belegungszustand der Transportsysteme, 

deren möglichen Transportkapazitäten und Struktur, die vorliegenden Transportaufträge 

und die notwendigen Parameter für die Strategien der Nutzung der freien Ressourcen. Hier 

wird entschieden welches von mehreren konkurrierenden Transportobjekten eine freie 

Ressource nutzen darf. Daraus resultiert die Vergabe oder Veränderung eines 

Fahrauftrages an die Funktionsgruppe F:FA (F:MM). 

Diese Funktionsgruppe bedient sich zur Verfolgung ihrer Betriebsstrategien auch der 

Parametrierung der Entscheidungspunkte bei der Funktionsgruppe F:RE (F:DC). 



3.5.5 F:TK – Transportkoordination (F:TC - Transport Coordination) 

Diese Funktionsgruppe ist die, bei der die umgebenden, nicht zum 

Materialflusssteuerungssystem gehörenden Systeme die Transporte beauftragen, 

Statusinformationen erlangen können und von der sie bei Beendigung die 

Vollzugsmeldung erhalten. 

Die Transportkoordination sorgt dafür, dass ein bei dieser Komponente beauftragter 

Transport richtig abgewickelt wird, also zur richtigen Zeit am richtigen Ort fertig gestellt 

wird. Aus einer Vielzahl von Transportaufträgen (Hochlastbetrieb) werden die passenden 

Betriebsstrategien ermittelt. Hier sind auch Funktionen zur Gruppierung und 

Sequenzialisierung mehrer Transportaufträge angesiedelt, hier werden die Verfügbarkeiten 

aller Bereiche und Systeme betrachtet und in der Laststeuerung für einzelne 

Transportsysteme berücksichtigt. 

In dieser Funktionsgruppe findet z.B. auch die Organisation von Sammeltransporten, 

Rundgängen und Batchbildung statt. 

3.6 Datenhaltung und Nachrichtenaustausch 

Jede Funktionsgruppe hat bestimmte Daten bereitzuhalten und sie kommuniziert mit 

anderen Funktionsgruppen. Es ist wichtig, hierbei einerseits die Anforderungen an die 

Reaktionszeit und andererseits die Klarheit und Einfachheit des Nachrichtenflusses zu 

beachten. Die technische Realisierung wird hier nicht betrachtet, sie ist Gegenstand einer 

gesondert durchzuführenden Spezifikation. 

Um den Umfang der Daten bzw. der Nachrichten ungefähr abschätzen zu können dienen 

folgende Angaben aus realisierten Systemen: 

Identifikation Transportobjekt: Zeichenkette 6 bis 22 Bytes, nicht zwingend numerisch 

Identifikation eines Anlagenpunktes: Innerhalb eines Förderbereiches 4 bis 8 Bytes, 

auf der Ebene eines gesamten Logistiksystems ca. 24 Bytes 

Richtungsangabe: 2-stellige Zahl, in besonderen Ausnahmefällen (große Sorter) auch 

bis zu 4-stellig. 

Betriebsparameter eines Punktes: 5 Zahlen als Richtungsangaben, zwei Boolsche 

Werte. 

3.6.1 F:AS – Anlagensteuerung (F:FC – Facility Control) 

3.6.1.1 Daten 

Die Anlagensteuerung hält keine Daten oder nur wenige gerade solange wie diese zur 

Ansteuerung der Antriebe benötigt werden. 



3.6.1.2 Nachrichten 

N:RA – Richtungsanfrage an F:RE (F:DC) (ausgehend): 

Wird ein Transportobjekt an einen Entscheidungspunkt aufgefördert, dann wendet sie 

sich mit der Bezeichnung des Anlagenpunktes und der Transportobjektidentifikation an 

die Funktionsgruppe F:RE (F:DC) und erhält von dieser eine Handlungsanweisung in 

der Form einer Richtungsinformation. 

N:RI – Richtungsinformation von F:RE (F:DC) (eingehend): 

direkt umsetzbare Anweisung für die Folgerichtung des Transportobjekts, kann auch 

"Stehen bleiben" sein. 

N:UM – Überfahrtmeldung an F:RE (F:DC) (ausgehend): 

Wird ein Transportobjekt von einem Anlagenpunkt abgefördert wird dies unter Angabe 

der tatsächlich gefahrenen Richtung gemeldet. 

3.6.2 F:RE – Richtungsentscheidung (F:DC – Direction Control) 

3.6.2.1 Daten 

Die Richtungsentscheidung hält für jeden Anlagenpunkt, an dem eine 

Richtungsentscheidung getroffen werden muss, einen Parametersatz vor, mit dessen Hilfe 

die Entscheidungslogik gesteuert wird. Diese Daten können verloren gehen, sie sind 

jederzeit wieder aus der Funktionsgruppe F:RN (F:RU) zu gewinnen. 

D:BP – Betriebsparameter Punkt: 

Richtungsangaben für UFOs, Schwarzfahrer, Stauumfahrung, Zielanfragen, 

Überfahrmeldungen 


N:RA – Richtungsanfrage von F:AS (F:FC) (eingehend): 

Die Richtungsanfrage von F:AS (F:FC) wird mit den eigenen Parametern bearbeitet 

soweit dafür die Punktparameter ausreichen. 

In der Regel werden zusätzlich die Daten des Fahrauftrags benötigt. Daher wendet 

sich F:RE (F:RU) ihrerseits mit einer Richtungsanfrage an die Funktionsgruppe F:FA 

(F:MM). 

N:RA – Richtungsanfrage an F:FA (F:MM) (ausgehend): 

Mit der Bezeichnung des aktuellen Punktes und der Identifikationsnummer des 

Transportgutes wendet sich F:RE (F:RU) an F:FA (F:MM) um die Informationen für die 

weitere Bearbeitung der Richtungsentscheidung zu erhalten. 

N:RI – Richtungsinformation von F:FA (F:MM) (eingehend): 

Information über das Vorliegen einer Information. Falls ja Anweisung für die 

Folgerichtung des Transportobjekts, kann auch "Stehen bleiben" sein. 



N:RI – Richtungsinformation an F:AS (F:FC) (ausgehend): 

direkt umsetzbare Anweisung für die Folgerichtung des Transportobjekts, kann auch 

"Stehen bleiben" sein. 

N:ZA – Zielanfrage an F:RN (F:RU) (ausgehend): 

Ist kein Fahrauftrag vorhanden und verlangt die Parametrierung des Anlagenpunktes 

einen solchen als Voraussetzung für den Weitertransport, dann stellt diese 

Funktionsgruppe eine Zielanfrage an F:RN (F:RU), erwartet aber nicht direkt eine 

Antwort. 

N:UM – Überfahrtmeldung von F:AS (F:FC) (eingehend): 

F:AS (F:FC) meldet die Überfahrt eines Punktes durch ein Transportobjekt in einer 

bestimmten Richtung. 

N:UM – Überfahrtmeldung an F:RN (F:RU) (ausgehend): 

Wird ein Transportobjekt von einem Anlagenpunkt abgefördert (N:UM von F:AS (F:FC) 

und verlangt der Punktparameter eine Nachricht, dann wird diese Überfahrmeldung an 

F:RN (F:RU) gesendet. 

N:BP – Betriebsparameter Punkt von F:RN (F:RU) (eingehend): 



3.6.3 F:FA – Fahrauftragsverwaltung (F:MM – Mission Management) 

3.6.3.1 Daten 

D:FA – Fahrauftrag: 

Die Fahrauftragsverwaltung hält alle Fahraufträge in einer Weise vor, die geeignet ist, 

einen sehr schnellen Zugriff über die Identnummer zu realisieren. Die Fahraufträge 

können verloren gehen, sie sind jederzeit wieder von der Funktionsgruppe F:RN zu 

gewinnen. 

Es sind jeweils der Quellort und die Abfahrtrichtung von der Quelle sowie der Zielort 

und die am Ziel gewünschte Weiterfahrtrichtung (!) zu speichern. 


N:RA – Richtungsanfrage von F:RE (F:DC) (eingehend): 

Die Richtungsanfrage von F:RE (F:DC) wird aus der Tabelle der Fahraufträge über die 

Identifikationsnummer des Transportobjektes bearbeitet. 

N:RI – Richtungsinformation an F:RE (F:DC) (ausgehend): 

Information über das Vorliegen eines Fahrauftrages (kein Auftrag vorhanden, Auftrag 

bekannt, aber keine Vorschrift für den aktuell angefragten Anlagenpunkt, 

Richtungsanweisung) werden als Folge der Richtungsanfrage von F:RE (F:DC) an 

F:RE (F:DC) gesendet. 

N:FA – Fahrauftrag oder Auftragsänderung von F:RN (F:RU) (eingehend): 

wird in die Tabelle eingetragen 

N:FS – Fahrauftragstorno von F:RN (F:RU) (eingehend): 

Auftrag wird gelöscht 



N:DA – Anfrage Download von F:RN (F:RU) (eingehend): 

F:RN (F:RU) leitet Downloadsequenz ein. 

N:DF – Freigabe Download an F:RN (F:RU) (ausgehend): 

F:FA (F:MM) ist bereit, die Aufträge zu empfangen. 

N:DE – Ende Download von F:RN (F:RU) (eingehend): 

F:RN (F:RU) meldet das Ende der Downloadsequenz. 

3.6.4 F:RN – Ressourcennutzung (F:RU- Ressource Utilisation) 

3.6.4.1 Daten 

Die Ressourcennutzung speichert alle Daten zur Fahrauftragssituation, zum 

Belegungszustand der Fördermittel und die Betriebsparameter der einzelnen 

Anlagenpunkte persistent. Sie muss alle Daten jederzeit an F:FA (F:MM) und F:RE (F:DC) 

nachliefern können. 

D:BP – Betriebsparameter Punkt 



D:RB – Ressourcenbelegung Punkt oder Weg 

Kapazität, Anzahl Transportobjekt dorthin unterwegs, Anzahl Transportobjekte dort 

stehend 

D:TA – Transportauftragsdaten 

Standorte, Richtungen, beauftragter Transporter, Status 


N:ZA – Zielanfrage von F:RE (F:DC) (eingehend): 

F:RE fragt an, wohin ein bestimmtes Transportobjekt zu transportieren ist. Aus der 

Zielanfrage wird der momentane Standort des Transportobjektes gepflegt. 

N:UM – Überfahrtmeldung von F:RE (F:DC) (eingehend): 

Mit der Überfahrtmeldung wird der momentane Standort, die Transportrichtung und der 

aktuelle Transporter gepflegt. 

N:FA – Fahrauftrag oder Fahrauftragsänderung an F:FA (F:MM) (ausgehend): 

Das Transportsystem erhält einen Fahrauftrag. Übermittelt werden die Identnummer, 

die Quell- und Zielpunkte sowie die Richtungsanweisungen für diese Punkte 

N:FS – Fahrauftragstorno an F:FA (F:MM) (ausgehend): 

Auftrag wird gelöscht 

N:BP – Betriebsparameter Punkt an F:RE (F:DC) (ausgehend): 


Überfahrmeldungen. 

N:TA – Transportaufträge oder Auftragsänderungen von F:TK (F:TC) (eingehend): 

Transportauftrag mit allen Daten, die zur Einsteuerung nach den gültigen Strategien 

benötigt werden. 

N:TS – Transportauftragstorno von F:TK (F:TC) (eingehend): 



N:SP – Strategieparameter von F:TK (F:TC) (eingehend): 

Parameter, die zur Steuerung der Belegungsstrategien benötigt werden. 

N:TQ – Transportauftragsquittung an F:TK (F:TC) (ausgehend): 

Transportauftrag wird quittiert. Hierbei wird mitgegeben, warum und wo ein Transport 

beendet wurde. 

N:DA – Anfrage Download an F:RN (F:RU) (ausgehend): 

F:RN leitet Downloadsequenz ein. 

N:DF – Freigabe Download von F:RN (F:RU) (eingehend): 

F:FA ist bereit, die Aufträge zu empfangen. 

N:DE – Ende Download an F:RN (F:RU) (ausgehend): 

F:RN meldet das Ende der Downloadsequenz. 

3.6.4.3 Downloadsequenz 

Eine Besonderheit in der Übermittlung der Nachrichten zwischen den Funktionen F:RN 

(F:RU) und F:FA (F:MM) ist der Download der Fahraufträge. 

Es kann vorkommen, dass durch manuelle Eingriffe in die Förderanlage (Wegnehmen von 

Transportobjekten) oder Probleme in der Kommunikation oder Überlauf der 

Fahrauftragstabelle die Fahrauftragsdaten in F:FA (F:MM) nicht mehr konsistent zur 

Anlagenbelegung sind. Dies kann beseitigt werden durch einen Datendownload. 

Der Download kann sowohl von F:RN (F:RU) als auch von F:FA (F:MM) initiiert werden. 

Geht die Initiative von F:RN (F:RU) aus, dann sendet F:RN (F:RU) die Anfrage N:DA an 

F:FA (F:MM). F:FA (F:MM) stellt sicher, dass seine Tabelle geleert wird und keine 

Anfragen von F:RE (F:DC) beantwortet werden (Anlagenstillstand soweit möglich). Dann 

sendet F:FA (F:MM) an F:RN (F:RU) die Downloadfreigabe N:DF, ebenso wenn F:FA 

(F:MM) den Download initiieren will. 

Nun sendet F:RN (F:RU) alle Fahraufträge an F:FA (F:MM), die laut Datenlage auf diesem 

Fördersegment unterwegs sein müssten oder sollten. Anschließend wird F:FA (F:MM) 

durch die Nachricht N:DE mitgeteilt, dass jetzt wieder der Regelbetrieb aufgenommen 

werden kann, die Sequenz ist damit beendet. 

3.6.5 F:TK – Transportkoordination (F:TC – Transport Coordination) 

3.6.5.1 Daten 

Je nach Komplexität der Transportinfrastruktur und der Nutzungsstrategien sind hier mehr 

oder wenig viele applikationsspezifische Daten zu halten. 

Die Datenhaltung der Transportaufträge selbst sowie deren Durchführungsfortschritt ist 

weitgehend unabhängig von der Komplexität der oben genannten Punkte und somit einer 

Standardisierung zugänglich. Für die Standardisierung bedeutet dies, dass der momentane 

bzw. letzte Standort sowie der aktuelle Transporter als wichtigsten Zustandsdaten zum 

Transport die entscheidenden Größen sind. 




Die Schnittstelle zu den externen Systemen ist – wie auch die Daten – stark 

applikationsspezifisch, jedoch kann bei der Vergabe und Quittierung von 

Transportaufträgen postuliert werden, dass folgenden Angaben ausreichen: Identnummer 

und Typ des Transportobjektes, dessen Standort und dessen Ziel bzw. die Folge von 

Zielen sowie der späteste Bereitstellzeitpunkt. 

N:TA – Transportaufträge oder Auftragsänderungen an F:RN (F:RU) 

N:TS – Transportauftragstorno an F:RN (F:RU) 

N:SP – Strategieparameter an F:RN (F:RU) 

N:TQ – Transportauftragsquittung von F:RN (F:RU) 

3.7 Modellierung von Förderanlagen 



Eine Förderanlage wird aus verschiedenartigen Elementen aufgebaut . 

3.7.1 Förderelement (A:FE) – Conveying Element (C:CE) 

Ein Förderelement ist die kleinste Einheit. Es besteht aus einem Antrieb für die 

Hauptförderrichtung und ggfs. einem Antrieb für die abzweigende Förderrichtung sowie der 

notwendigen Sensorik. Es besitzt nur die Funktion Anlagensteuerung (F:AS) (F:FC). 

3.7.2 Fördergruppe (A:FG) - Conveying Group (C:CG) 

Eine Fördergruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Gruppe von 

Förderelementen mit der Funktion Richtungsentscheidung (F:RE) (F:DC) betreibt. Sie ist 

also eine Zusammenfassung von Förderelementen, die zusammen ein mehr oder weniger 

komplexes Anlagengebilde darstellen, das nach außen als ein Anlagenpunkt 

(Verzweigungspunkt) erscheint. Dem entsprechend besitzt die Fördergruppe eine 

Richtungsentscheidungsinstanz F:RE (F:DC) mit deren Betriebsparametern. 

3.7.3 Fördersegment (A:FS) - Conveying Segment (C:CS) 

Ein Fördersegment ist dadurch gekennzeichnet, dass es für eine Gruppe von 

Fördergruppen die Funktion Fahrauftragsverwaltung (F:FA) (F:MM) bereitstellt. 

3.7.4 Förderbereich (A:FB) - Conveying Area (C:CA) 

Ein Förderbereich besteht aus einer Gruppe von Fördersegmenten, für die er die 

koordinierende Funktion der Ressourcennutzung bereitstellt. 



3.7.5 Modell einer Palettenförderanlage 

Abb. 3.17: Ausschnitt aus einer Palettenförderanlage 

Dies ist ein kleiner Ausschnitt aus einer umfänglicheren Palettenförderanlage. Jeder 

einzelne Förderer ist ein Förderelement, die blau umrandeten Förderer sind je eine 

Fördergruppe, bei der mehrere Förderelemente so zusammengefasst wurden, dass die 

damit gesteuerte Strecke als eine größere Verzweigung anzusehen ist, jede dieser 

Gruppen hat ein Richtungsentscheidung. 

Rot umrandet sind Fördersegmente, die den darin enthaltenen Fördergruppen mit ihren 

Richtungsentscheidungen die Fahrauftragsverwaltung bereitstellen. Das sind hier auch 

gleichzeitig die Grenzen der von einer SPS betriebenen Anlagenteile. 

Grün umrandet sind Förderbereiche, die je einer eigenen Ressourcennutzung unterliegen. 

Hier sind es die Bereiche des Hochregallagers (oben links) und das Palettenfördersystem 

(Rest). Noch nicht markiert ist der Bereich oben rechts, das ist ein reiner Staplerbereich, 

den wir nach unserem Modell ja auch beschreiben können. 



Abb. 3.18: Modellentwurf 

Abb. 3.19: Mögliche Systemzuordnungen der Funktionsgruppen 



Notizen zu Kapitel 3 

SPS, SAIL UND 

MATERIALFLUSSSTEUERUNG

Materialflusssteuerungen, SPS, SAIL

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