Grundlagen der industriellen Regelungstechnik

PD-Regler (Proportional-Differential)

Wenn ein PD-System ein Fehlersignal ausgibt, das sich über die Zeit (cte) variiert, erhält man eine symmetrische Fehlerkorrektur durch die Steuerung. Da nur bei einer Änderung der Steigung eine proportionale Korrektur erfolgt, reagiert die Steuerung bei plötzlichen Änderungen sehr schnell.

PI-Regler (Proportional-Integral)

Der Fehler führt durch die integrale Einwirkung zu einem wachsenden, dauerhaften Anstieg. Dieser Reglertyp kann bei großen Prozessvariationen eingesetzt werden. Da der integrale Anteil jedoch Zeit benötigt, sollten die Änderungen relativ langsam erfolgen, um Schwingungen zu vermeiden.

Unterschiede: Proportional, Integral und PI

• Proportional-Regler: Gibt die Fehleränderung symmetrisch und schnell wieder.
• Integral-Regler: Erhöht seine Aktivität durch die Vergrößerung der Fläche, bis der Wert stabilisiert ist.
• PI-Regler: Die Summe beider Reaktionen, um den Offset zu eliminieren und eine schnelle Antwort zu erhalten.

PID-Regler (Proportional-Integral-Differential)

Ein PID-Regler kombiniert drei Wirkungsweisen:

• Proportional: Beseitigt den absoluten Fehler.
• Integral: Beseitigt den Offset-Fehler.
• Differential: Reduziert Zeitverzögerungen.

Vorteile: Schnell und präzise. Nachteile: Im Allgemeinen langsam in der Implementierung und recht teuer.

Kaskadenregelung

Diese wird verwendet, wenn die Regelgröße aufgrund von Störungen nicht im Sollbereich gehalten werden kann. Es handelt sich um eine Struktur, die interne Variablen nutzt, um Störungen frühzeitig zu erkennen und Korrekturmaßnahmen einzuleiten. Dies geschieht meist über mehrere ineinander verschachtelte Regelschleifen, häufig bei Durchfluss- oder Energieregelungen.

Selektive Regelung (Overside)

Diese Regelung dient dazu, Grenzwerte zu minimieren oder zu maximieren. Sie berechnet und prognostiziert, wann ein Grenzwert erreicht wird, um das Gerät aktiv an der Grenze zu halten.

Feed-Forward-Regelung (Proaktive Steuerung)

Sie wird genutzt, um Störungen im Prozess proaktiv entgegenzuwirken. Dabei wird eine sekundäre Variable gemessen, die einen vorhersehbaren Einfluss auf die Regelgröße hat, um Korrekturmaßnahmen an der Stellgröße einzuleiten.

Verhältnisregelung

Hierbei wird eine Prozessvariable im Verhältnis zu einer anderen gesteuert. Ein klassisches Beispiel ist das Verhältnis von Luftstrom zu Brennstoff in der Brennkammer eines Dampfkessels.

Split-Range-Regelung

Eine Stellgröße hat Vorrang vor einer anderen. Dies wird häufig bei Stellungsreglern für Ventile eingesetzt, um das Signal aufzuteilen.

Rampenregelung

Der Bediener gibt Änderungsgeschwindigkeiten der Prozessvariablen in technischen Einheiten pro Zeiteinheit vor. Große Sollwertänderungen werden in kleine, periodische Schritte unterteilt, was bei An- und Abfahrprozessen hilft, um Ströme oder Temperaturen automatisch zu regeln.

Selektive Kontrolle und Totzonenregelung

Bei der selektiven Kontrolle werden mehrere Ausgangsgrößen durch eine Stellgröße beeinflusst. Die Totzonenregelung definiert Grenzwerte: Sind diese eng, ist die Regelung sehr aggressiv; sind sie zu breit, findet nahezu keine Regelung statt.