Einführung

Steuerungs- und Regelungssysteme stellen das Gehirn einer Anlage dar und führen innerhalb eines oder mehrerer Prozesse gezielte Aufgaben aus. Sie bilden somit eine Knotenstelle aller wirkenden Komponenten im Prozess.

Prinzipien

Steuerung:
Wie sich das prozessleitende Programm grundsätzlich verhält, entscheidet die Art, wie es programmiert wurde. Es gibt vier Steuerungsarten:

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Verknüpfungssteuerung:
Eine Verknüpfungssteuerung setzt ihre Ausgänge aufgrund der anliegenden Eingangswerte und deren Änderung ohne dabei auf einen Ablauf zu achten.

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Ablaufssteuerung:
Eine Ablaufssteuerung verfolgt eine ganz bestimmte Abfolge. Gewisse Eingangssignale werden erst ab einem bestimmten Ablaufsschritt berücksichtigt und freigegeben. Jeder Ablaufsschritt hat eine genau definierte Übergangsbedingung zum nächsten Schritt.

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Die Übergangsbedingungen können sowohl zeitlich wie auch prozessbedingt sein.

Regelung:
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Reglertypen:

Reglertyp Eigenschaften
P-Regler Einfacher Reglertyp
Enthält nur Proportionalglied
Proportionalglied bewirkt, dass das Stellsignal proportional zur Regelabweichung ändert
Die Regelabweichung wird fast nie Null (immer Fehler vorhanden)
Bei zu grossem Verstärkungsfaktor wird der Regelkreis instabil.
PI-Regler Die Regelabweichung wird auf Null reduziert
Die Schwingungsneigung des Reglers wird durch den I-Anteil vermindert
Ein reiner I-Regler ist relativ langsam
P-Anteil wird parallel geführt, dadurch wird die Regelabweichung schneller verkleinert
PID-Regler Durch das Differentialglied wird eine schnelle Reaktion auf Änderungen erreicht
Durch D-Anteil ergeben sich zusätzliche Stabilitätsprobleme

ASIC
SPS
Prozessrechner
Microcontroller
Industrie-PC

Wesentliche Eigenschaften

Steuerung:
Eine Steuerung nimmt Prozesszustände auf und greift aufgrund programmierter Verknüpfungen ins Prozessgeschehen ein.

Regelung:
Eine Regelung ist grundsätzlich dazu bestimmt Prozessgrössen auf Vorgabewerte zu bringen, zu halten und nachzuführen. Ein Vergleich (Rückführung der zu regelnden Grösse) des Soll- und Stell-Wertes ist somit erforderlich. Mit der Rückführung des Stellwertes kann der Regler sämtlichen Störeinflüssen entgegenwirken.

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Anforderungen und Beschränkungen

Ein guter Regler zeichnet sich dadurch aus, dass der Stellwert möglichst schnell und ohne Überschwingen dem Soll-Wert nachgeführt wird. Des Weiteren soll das Gesamtsystem stets stabil bleiben. Dies setzt eine gute Modellierung des Prozesses voraus. Je genauer das Modell dem realen Prozess entspricht, desto optimaler können die Regelparameter bereits im Voraus bestimmt werden.

Kenngrössen

Die Steuer- und Regelaufgaben werden in der Industrie von den folgenden Gerätschaften übernommen:

Gerät Programmierart
ASIC Hardware-Design (digital/analog) und Programmiersprache
SPS Grafische oder Code-Programmierung
Prozessrechner Grafische oder Code-Programmierung
Microcontroller Code-Programmierung (meist C)
Industrie-PC Grafische oder Code-Programmierung

Gesamtübersicht:

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