Vollständige SPS-Schaltschrank-Komponentenliste (Stücklisten-Leitfaden 2026)

Ein SPS-Schaltschrank ist weit mehr als nur eine SPS in einem Gehäuse. Zwischen der Netzversorgung und den Feldgeräten befindet sich eine sorgfältig konstruierte Anordnung aus Schutzeinrichtungen, Steuerungen, E/A-Modulen, Relais, Reihenklemmen und Klimatisierungskomponenten. Die falsche Auslegung einer Komponente – sei es ein unterdimensionierter Leitungsschutzschalter oder eine ungeschützte Stromversorgung – kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit beeinträchtigen. Dieser Leitfaden schlüsselt jede Komponentenkategorie in einem modernen SPS-Schaltschrank auf, inklusive eines vollständigen Stücklisten-Beispiels für ein typisches 64-E/A-System.

1. Was befindet sich in einem SPS-Schaltschrank? Die vollständige Anatomie

Ein Standard-Industrieschaltschrank lässt sich in fünf Funktionszonen unterteilen:

• Stromverteilungszone: Hauptschalter, Leitungsschutzschalter, Überspannungsschutz, Netzgeräte und USV
• Steuerungszone: SPS-CPU, Kommunikationsmodule und (optional) HMI
• E/A-Schnittstellenzone: Digitale/analoge E/A-Module, Signalaufbereiter und Trennmodule
• Lastschaltzone: Schütze, Relais, Motorstarter und Halbleiterrelais
• Feldanschlusszone: Reihenklemmen, Kabelverschraubungen und Verdrahtungsinfrastruktur

Jede Zone muss aus Sicherheits- und EMV-Gründen physisch getrennt sein. Bei SENTRADO verwenden wir verzinkte Stahlbleche als Trennwände zwischen der Stromversorgungs- und der E/A-Zone, wobei wir mindestens 50 mm Abstand für die Wärmeableitung einhalten.

2. Primäre Steuerung: Die SPS-CPU

Die CPU ist das Herzstück des Schaltschranks. Die Auswahl hängt von der Anzahl der E/A-Punkte, der Programmkomplexität, den Kommunikationsanforderungen und den Redundanzanforderungen ab. Für auf Siemens basierende Systeme sind die drei häufigsten Optionen:

Für OEMs, die Maschinen in Serie fertigen, bietet der S7-1200 das beste Preis-Leistungs-Verhältnis. Für Prozessanlagen oder die Wasseraufbereitung, bei denen die Verfügbarkeit kritisch ist, eliminiert eine redundante S7-1500R-CPU das Risiko eines Single Point of Failure. Wir behandeln diese Entscheidung ausführlich in unserem S7-1500 vs. S7-1200 Auswahlleitfaden.

3. Stromversorgungseinheiten

Die 24-V-DC-Stromversorgung ist die kritischste Hilfskomponente – ihr Ausfall legt das gesamte Steuerungssystem lahm. Unsere Spezifikationen umfassen stets:

• Primäre 24V-DC-Stromversorgung: Dimensioniert auf das 1,3-fache der berechneten Gesamtlast (SPS + E/A + Relais + Sensoren). Für einen Schaltschrank mit 64 E/A-Punkten ist dies typischerweise eine 24V/10A-Einheit (z. B. Siemens SITOP PSU6200 oder Phoenix Kontakt QUINT4). Wir verwenden stets industrielle Netzteile mit NEC Class 2-Konformität.
• Redundante Stromversorgung: Für kritische Anwendungen installieren Sie zwei Netzteile in einer Redundanzkonfiguration unter Verwendung eines Redundanzmoduls (z. B. SITOP RED1200). Fällt ein Netzteil aus, übernimmt das andere unterbrechungsfrei. Dies verursacht Mehrkosten von etwa 300-500 USD, beseitigt jedoch die Hauptursache für SPS-Ausfallzeiten.
• USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung): Ein 24V-DC-USV-Modul (z. B. SITOP UPS1600 mit Batteriemodul) überbrückt 10-30 Minuten bei Spannungseinbrüchen. Die SPS nutzt diese Zeit, um eine kontrollierte Abschaltung durchzuführen, wobei remanente Daten gespeichert und Ventile sicher geschlossen werden. Für Pumpstationen ist eine USV unabdingbar – unkontrollierte Stopps verursachen Wasserschläge.

4. E/A-Module

Die E/A-Module verbinden die SPS mit der physischen Welt. Für ein typisches System mit 64 E/A-Punkten:

• Digitale Eingangsmodule (DI): 16- oder 32-kanalig, 24V DC Sinking/Sourcing. Für S7-1500 verwenden wir DI 32x24V DC HF (High Feature)-Module mit Kanaldiagnose. Jeder Kanal kann Leitungsbrüche und Kurzschlüsse erkennen.
• Digitale Ausgangsmodule (DO): 16-kanalige Transistorausgänge (0,5 A pro Kanal) für Magnetventile und Anzeigen. Für höhere Ströme verwenden Sie Relaisausgangsmodule oder Trennrelais – steuern Sie Schütze niemals direkt über SPS-DO-Karten an.
• Analoge Eingangsmodule (AI): 8-kanalig, 16-Bit-Auflösung für 4-20 mA / 0-10 V-Signale. Spezifizieren Sie isolierte Module (Kanal-zu-Kanal und Kanal-zu-Bus) für gestörte Umgebungen. HART-fähige AI-Module sind für intelligente Messumformer in Prozessanwendungen erforderlich.
• Analoge Ausgangsmodule (AO): 4- oder 8-kanalig für Frequenzumrichter-Drehzahlsollwerte und Stellungsregler von Regelventilen.
• Spezialmodule: Zählermodule für Durchflussmesser, serielle Kommunikationsmodule (RS485/Modbus RTU) und Sicherheits-E/A-Module (F-DI/F-DO) für SIL-bewertete Not-Aus-Schaltkreise.

5. Leistungsschalter und Schutzeinrichtungen

Schutzeinrichtungen schützen Verdrahtung und Geräte vor Überstrom und Kurzschlüssen. Die Hierarchie folgt dem Prinzip der abgestuften Selektivität:

• Hauptschalter: Ein Lasttrennschalter (z. B. Siemens 3LD2), ausgelegt für den gesamten Eingangsstrom des Schaltschranks, mit Türverriegelung und Lockout/Tagout-Funktion. Vorgeschrieben nach IEC 60204-1.
• Hauptleistungsschalter (MCCB): Bietet Kurzschluss- und Überlastschutz für den gesamten Schaltschrank. Verwenden Sie für eine 63A-Zuleitung einen 3-poligen MCCB mit einstellbarem thermischen und magnetischen Auslöser (z. B. Siemens 3VA1).
• Leitungsschutzschalter (MCB): Individueller Zweigschutz für jede Hauptlast: SPS-Netzteil (6A C-Charakteristik), HMI (6A B-Charakteristik), Schütze (10A C-Charakteristik), Service-Steckdosen (16A C-Charakteristik). Verwenden Sie B-Charakteristik für elektronische Lasten und C-Charakteristik für induktive/Motorlasten.
• Fehlerstromschutzschalter (RCD): Ein 30-mA-Fehlerschutzschalter Typ B für Stromkreise, in denen Personen mit dem Gerät in Berührung kommen können, insbesondere in feuchten Umgebungen. Typ B erkennt sowohl Wechsel- als auch Gleichfehlerströme (wichtig bei Frequenzumrichtern).
• Überspannungsableiter (SPD): Typ-2-Überspannungsableiter an der Haupteinspeisung für alle Schaltschränke. Für Feldkabel, die im Freien verlegt werden (Sensorkabel zwischen Gebäuden), fügen Sie Typ-3-Überspannungsableiter am Schaltschrankeintritt hinzu.

6. Schütze und Relais

Obwohl SPSen Logikausgänge bereitstellen, schalten sie keine leistungsstarken Lasten direkt. Die Schnittstelle zwischen SPS und Leistung erfordert:

• Trennrelais (Zwischenrelais): 24-V-DC-Spulenrelais mit Wechsler- oder Doppelwechsler-Kontakten (z. B. Phoenix Kontakt REL-MR oder Omron MY2). Diese isolieren die Transistorausgänge der SPS von der Schützspule und ermöglichen es einem SPS-Ausgang, mehrere Stromkreise zu schalten. Wir verwenden sockelmontierte Relais mit LED-Anzeige und manuellen Überbrückungs-/Testtasten.
• Leistungsschütze: Zum Schalten von Motoren, Heizungen und anderen Hochstromlasten. Auslegung nach der Einsatzkategorie AC-3 (Motorbetrieb). Ein 7,5-kW-Motor bei 400 V zieht einen Vollstrom von ca. 15 A – verwenden Sie ein 25-A-Schütz (z. B. Siemens 3RT2026) für die Servicefaktor-Reserve.
• Sicherheitsrelais: Für Not-Halt-Stromkreise, Lichtvorhänge und Schutztürüberwachung verwenden Sie zertifizierte Sicherheitsrelais (z. B. Pilz PNOZ s7 oder Siemens 3SK1). Diese sind für PL e / SIL 3-Anwendungen erforderlich und können nicht durch Standardrelais oder SPS-Logik ersetzt werden.
• Halbleiterrelais (SSR): Für hochfrequentes Schalten oder Anwendungen, bei denen mechanischer Relaisverschleiß ein Problem darstellt (Heizungssteuerung, häufige Ventilbetätigungen). SSRs haben keine beweglichen Teile, erfordern jedoch Kühlkörper und Absicherungen auf der Lastseite.

7. HMI und Bedieneroberfläche

Die meisten SPS-Schaltschränke verfügen über mindestens ein einfaches HMI für lokale Bedienung und Diagnose:

• Basic-Panel: 7-10 Zoll Touch-Panel (z. B. Siemens KTP700 Basic) für Steuerung auf Maschinenebene, Alarmvisualisierung und Parameteranpassung. Wird direkt über PROFINET mit der SPS verbunden.
• Comfort-Panel: 12-19 Zoll Panels (z. B. TP1200 Comfort) mit Rezepturverwaltung, Trendanzeige und Webserver-Funktionalität für komplexe Maschinen.
• Panel-Montage: Verwenden Sie ein abgedichtetes Montage-Set nach NEMA 4/4X, wenn das HMI an der Schaltschranktür montiert wird. Stellen Sie sicher, dass die Türverstärkung das Gewicht des Panels trägt und die Schutzart des Gehäuses aufrechterhält.

8. Kommunikationstechnik

Moderne SPS-Schaltschränke sind Netzwerkknoten. Typische Kommunikationshardware umfasst:

• Industrial Ethernet Switch: Managed Switches (z. B. Siemens SCALANCE XB208) mit 8 Ports zum Anschluss von SPS, HMI, Frequenzumrichtern, dezentraler Peripherie und Uplink zu SCADA. Verwenden Sie Managed Switches für die VLAN-Segmentierung, SNMP-Diagnose und Ringredundanz (MRP).
• Protokoll-Gateway: Beim Anschluss von Geräten mit unterschiedlichen Protokollen (Modbus RTU zu PROFINET, EtherNet/IP zu PROFINET) verwenden Sie einen Protokollkonverter (z. B. Anybus X-gateway oder Moxa MGate).
• 4G/LTE-Router: Für abgelegene Standorte ohne kabelgebundene Infrastruktur bietet ein industrieller Mobilfunkrouter (z. B. Teltonika RUT956) einen VPN-gesicherten Fernzugriff. Verwenden Sie stets einen festen privaten APN oder VPN-Tunnel – stellen Sie SPS-Ports niemals direkt dem Internet zur Verfügung.
• Medienkonverter: Glasfaser-Medienkonverter für die Langstreckenkommunikation (über die 100-m-Kupfergrenze hinaus) oder Umgebungen mit hohen elektromagnetischen Störungen. Singlemode-Fasern können 10-40 km ohne Verstärker überbrücken.

9. Klemmen und Verdrahtung

Klemmen bilden die organisierte Schnittstelle zwischen der internen Schaltschrankverdrahtung und den Feldkabeln:

• Durchgangsklemmen: Standard-Schraub- oder Federzugklemmen für allgemeine E/A-Anwendungen. Wir bevorzugen Federzugklemmen (Push-in) wegen ihrer Vibrationsbeständigkeit und schnelleren Verdrahtung – sie reduzieren die Montagezeit im Vergleich zu Schraubklemmen um 30 %.
• Sicherungs-/Trennklemmen: Für die Stromversorgung von Feldsensoren erhält jedes 24-V-Feldgerät seine eigene Sicherungsklemme mit einer 5×20-mm-Glassicherung. Ein einzelner Sensorschluss legt nicht den gesamten 24-V-Bus lahm.
• Mehrebenenklemmen: Doppel- oder Dreifachebenenklemmen sparen Platz auf der DIN-Schiene bei hochdichten E/A-Anwendungen. Eine 2,5-mm²-Dreifachebenenklemme bietet drei Anschlüsse bei der gleichen Breite wie eine einlagige Klemme.
• Schirmanschlussklemmen: Direkte Schirmklemmen (z. B. Phoenix Kontakt SK-Serie) ermöglichen den 360°-Schirmanschluss direkt an der geerdeten DIN-Schiene – ohne Litzen.
• Leitungen und Aderendhülsen: Verwenden Sie für die gesamte interne Verdrahtung Kupfer-Litzenleitungen mit VPE-Isolierung (belastbar bis 90 °C). Jeder Leiter wird mit einer fachgerecht gecrimpten Aderendhülse versehen. Mindestquerschnitt: 1,0 mm² für Steuerstromkreise, 1,5 mm² für Leistungskreise.

10. Gehäuse und Klimatisierung

Das Gehäuse schützt alle internen Komponenten vor Umwelteinflüssen:

• Gehäuse: Rittal VX, Hoffman oder gleichwertige modulare Gehäuse. Für den Einsatz in Innenräumen in Fabriken ist lackierter Stahl mit IP54 Standard. Für Außen- oder Nassbereiche ist mindestens IP65 in SS304 zu spezifizieren. Die Materialauswahl behandeln wir ausführlich in unserem Designleitfaden für Schaltschränke in rauen Umgebungen.
• Filterlüfter: Für saubere Innenraumumgebungen, in denen die interne Wärmebelastung die natürliche Ableitung übersteigt. Dimensionierung für die berechnete Wärmebelastung zuzüglich 30 % Reserve. Verwenden Sie einen gefilterten Abluftventilator mit einem passenden Auslassfilter.
• Schaltschrank-Klimagerät: Für abgedichtete Gehäuse bei hohen Umgebungstemperaturen oder staubigen/nassen Umgebungen. Ein 1000-W-Klimagerät (z. B. Rittal TopTherm) hält die Innentemperatur auch bei 50 °C Umgebungstemperatur auf 35 °C.
• Gehäuseheizung: Für Schaltschränke in kalten oder feuchten Klimazonen verhindert eine 50-100-W-PTC-Heizung mit Thermostat Kondensationsbildung, wenn der Schrank im Leerlauf ist. Entscheidend für Außeninstallationen in Klimazonen mit hohen tageszeitlichen Temperaturschwankungen.
• Kabelverschraubungen: Vernickeltes Messing für den allgemeinen Einsatz, SS316 für Marine/Chemie, EMC-Kabelverschraubungen für geschirmte Kabel. Jeder Kabeldurchgang muss die IP-Schutzart des Gehäuses gewährleisten.

11. Not-Halt- und Sicherheitsstromkreise

Jeder Maschinen-Steuerschrank muss einen fest verdrahteten Not-Halt-Stromkreis gemäß IEC 60204-1 Abschnitt 9.2.5.4 und ISO 13850 enthalten:

• Der Not-Aus-Schaltkreis verwendet ein dediziertes Sicherheitsrelais mit zwangsgeführten Kontakten, unabhängig von der SPS.
• Not-Aus-Pilztaster sind rot auf gelbem Hintergrund und verfügen über positiv öffnende (Öffner-)Kontakte, die sich beim Betätigen mechanisch öffnen.
• Der Schaltkreis muss überwacht werden: Ein verschweißter Kontakt oder ein Kabelbruch muss erkannt werden und einen sicheren Zustand auslösen.
• Ein Reset erfordert eine bewusste manuelle Betätigung – das System kann nach einem Not-Aus nicht automatisch neu starten.

12. Wie sieht eine Stückliste für einen SPS-Schaltschrank mit 64 E/A tatsächlich aus?

Nachfolgend finden Sie eine repräsentative Stückliste für einen auf Siemens basierenden Schaltschrank mit 64 E/A (32 DI / 16 DO / 8 AI / 8 AO) zur Steuerung eines Wasseraufbereitungs-Skids:

13. Kostenaufschlüsselung nach Kategorien

Für den oben genannten Schaltschrank mit 64 I/O beträgt die ungefähre Kostenverteilung der Komponenten wie folgt:

14. Wo Sie sparen können und wo keine Kompromisse eingehen sollten

Nach über 25 Jahren Erfahrung im Schaltschrankbau hier unsere Empfehlungen zur Kostenoptimierung:

Hier lässt sich sparen:

• Gehäuseausführung: Pulverbeschichteter Stahl ist für trockene Innenräume völlig ausreichend – Edelstahl nicht überdimensioniert spezifizieren
• HMI-Größe: Ein 7-Zoll Basic Panel deckt 90 % der Maschinenanwendungen ab; 15-Zoll Comfort Panels werden nur für komplexe Rezepturen oder eine leittechnikähnliche lokale Bedienung benötigt
• Klemmenhersteller: Renommierte Zweitmarken (Dinkle, Weidmüller A-Serie) bieten vergleichbare Zuverlässigkeit bei 20–30 % Einsparung gegenüber Premium-Linien

Keine Kompromisse bei:

• Stromversorgung: Billige No-Name-Netzteile sind die häufigste Ursache für unerklärliche SPS-Abstürze. Verwenden Sie SITOP, Phoenix QUINT oder PULS.
• Stromkreisschutz: UL/IEC-zugelassene Schutzschalter von Siemens, ABB oder Schneider. Gefälschte Schutzschalter lösen im Ernstfall nicht aus.
• Sicherheitskomponenten: Sicherheitsrelais, Not-Halt-Taster und Schütze müssen zertifizierte Komponenten renommierter Hersteller sein. Es handelt sich um sicherheitskritische Einrichtungen zum Personenschutz.
• Leiterqualität: Verwenden Sie 600V-zugelassene Kupfer-Litzenleiter von zertifizierten Herstellern. Billige Leitungen weisen schwankende Leiterdurchmesser auf und deren Isolierung baut sich bereits nach 2–3 Jahren ab.