Allgemein
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 |
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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