Grundlagen der Automatisierungstechnik: Regelkreise, Kalibrierung & Steuerungsmodi

Grundlagen der Automatisierungstechnik

Was ist automatische Steuerung?

Automatische Steuerung ist der Prozess, bei dem ein System einen gewünschten Wert (Sollwert) in einer Menge oder Bedingung aufrechterhält. Dies geschieht durch Messung des aktuellen Werts, Vergleich mit dem Sollwert und Nutzung der Differenz, um den Istwert anzupassen und die Abweichung zu minimieren. Daher erfordert die automatische Steuerung einen geschlossenen Regelkreis aus Aktion und Reaktion, der ohne menschliches Eingreifen funktioniert.

Was ist ein offener Regelkreis?

Ein offener Regelkreis ist eine Art der Steuerung, bei der es keine Rückmeldung gibt. Der Bediener oder ein voreingestelltes Programm hat direkten Zugriff auf das Stellglied (z.B. ein Ventil) und steuert dessen Öffnungs- oder Schließgrad basierend auf dem Ausgang des Reglers. Bei dieser Art von System beeinflussen die Systemvariablen die Produktion oder den Ausgang, aber es gibt keine automatische Korrektur basierend auf dem tatsächlichen Ergebnis. Die verantwortliche Person muss die Messung und die Steuerungsaktionen manuell überwachen und Unterbrechungen im Regelkreis schließen.

Was ist ein geschlossener Regelkreis?

Ein geschlossener Regelkreis ist eine Art der Steuerung, bei der es eine kontinuierliche Rückmeldung gibt. Dies bedeutet, dass der Bediener lediglich den Sollwert vorgibt. Der Regler (Controller) misst die Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert (oder einem Referenzwert von einem anderen Prozess/Treiber) und wirkt automatisch auf das letzte Stellglied ein, um diese Abweichung zu korrigieren. Für einen effektiven geschlossenen Regelkreis müssen drei Kriterien erfüllt sein:

• Stabilität: Das System muss stabil bleiben und darf nicht oszillieren.
• Kontinuität/Dynamik: Das System muss auf Änderungen reagieren und den Sollwert kontinuierlich verfolgen.
• Genauigkeit: Die Abweichung zwischen Ist- und Sollwert muss minimiert werden.

Wichtige Begriffe in der Prozessleittechnik

Offset (Regelabweichung)

Der Offset ist die Differenz zwischen dem gewünschten Sollwert und dem tatsächlich gemessenen Wert einer Variablen.

SAMA (Scientific Apparatus Makers Association)

SAMA steht für Scientific Apparatus Makers Association, eine amerikanische Normungsorganisation für Hersteller wissenschaftlicher Geräte.

Kalibrierung und Justierung

Die Kalibrierung und Justierung umfasst die Anpassung eines Messgeräts, um sowohl Nullpunktfehler als auch Spannenfehler (Winkelfehler) zu korrigieren.

Nullpunkt (Offset-Verschiebung)

Der Nullpunkt (oder Offset-Verschiebung) ist die Anpassung des Messbereichs, um eine korrekte Nullanzeige zu gewährleisten, wenn kein Prozesswert am Instrument anliegt.

Spannenverstellung (Span Shift)

Die Spannenverstellung (Span Shift) dient dazu, eine korrekte Anzeige über den gesamten Messbereich zu gewährleisten, nicht nur am Nullpunkt.

Spannweite (Span)

Die Spannweite (Span) ist die algebraische Differenz zwischen dem oberen und unteren Messbereich eines Gerätes.

Diskrete Steuerung

Diskrete Steuerung bezieht sich auf Zustände, die entweder wahr (V) oder falsch (F) sind, wie zum Beispiel ein Ventil, das entweder 'offen' oder 'geschlossen' ist.

Steuerungsmodi

AUTO (Automatikmodus)

Im Automatikmodus (AUTO) wird der Sollwert nicht direkt vom Bediener eingegeben, sondern von einem anderen Prozessparameter oder der Ausgabe eines übergeordneten Reglers vorgegeben.

CAL (Kalibrierungsmodus)

Im Kalibrierungsmodus (CAL) wird der Sollwert manuell vom Bediener eingestellt.

ML (Manueller Modus)

Im manuellen Modus (ML) hat der Bediener direkten Zugriff auf die Stellglieder.