Das Grundprinzip eines Regelkreises besteht immer darin, dass eine Regeleinrichtung auf eine Regelstrecke einwirkt, so dass sich die zu regelnde Größe einer vorgegebenen Größe anpasst. Diese vorgegebene Größe, auch Führungsgröße genannt, wird von außen festgelegt und nicht durch die Regeleinrichtung beeinflusst. Auf Grund der Abweichung zwischen Führungsgröße und der gemessenen Regelgröße erstellt die Regeleinrichtung eine Ausgangsgröße, auch Stellgröße genannt, die von der Regelstrecke benutzt wird, um den Prozess zu beeinflussen. Auf die Regelstrecke wirken neben der Stellgröße weitere Störungen ein, die die Regelgröße verändern können.
Druckregelung konkret
Für eine Druckregelung nimmt das Grundprinzip dann z.B. die folgende Form an: Der Druck (Regelgröße) in einem Druckluftspeicher (Teil der Regelstrecke) soll während des Betriebs auf einen festen Wert (Sollwert der Führungsgröße) eingestellt bleiben. Der eingesetzte Regler hat dann die Aufgabe alle Störungen und Druckwertänderungen (Istwerte der Regelgröße Druck) auszuregeln. Die Einstellung der Führungsgröße kann bei vielen Reglern direkt am Gerät oder indirekt z.B. über ein Leitsystem erfolgen. Die Grenzen der Führungsgröße sind durch den Führungsbereich z.B. 0 bis 6 bar gegeben. Die vorgegebene Druckhöhe soll nun in dem Druckluftspeicher herrschen. Hierzu erhält der Regler den vorhandenen Druck im Druckluftspeicher als gemessene Rückführungsgröße und kann daraus die Regeldifferenz bilden, die im zeitlichen Verlauf möglichst klein werden soll. Es wird also nicht die Regelgröße selbst (der Druck im Druckluftspeicher), sondern der von einem Druckmessumformer gelieferte Messwert verwendet. Im Drucktransmitter wird der Führungsbereich von 0 bis 6 bar einem analogen Signalbereich von 0/4 bis 20mA bzw. 0 bis 5/10VDC zugeordnet. Als Alternative könnte ein Drucktransmitter auch ein digitales Signal zur Verfügung stellen, dass dann über ein serielles Bussystem zum Regler gelangt. Die im Regler berechnete Regeldifferenz dient als Grundlage um eine Stellgröße zu bestimmen, die wiederum als digitales bzw. analoges Signal vorliegt und auf ein weiteres Bestandteil der Regelstrecke einwirkt. Bei diesem Teil, dem Stellglied, wird die vom Regler gelieferte Stellgröße dazu benutzt ein Stellventil zu betätigen, wodurch sich der Druck im Druckluftspeicher in unterschiedlichem Maße erhöht und schließlich dem gewünschten Sollwert nahe kommt.
Reglerauswahl
Die Hauptaufgabe bei der Lösung eines Regelungsproblems besteht darin den geeigneten Regler auszuwählen und die erforderlichen Parameter für seine Regelalgorithmen bereitzustellen. Wollte man für die geschilderte Druckaufgabe einen preiswerten Schaltregler (z.B. Zweipunktregler) einsetzen, hätte man mit einem Nachteil zu leben. Das Stellventil würde nämlich immer mit seinem eingestellten Zustand eingeschaltet werden. Da eine Feineinstellung nicht erfolgen könnte, würden eventuell hohe Stoßbelastungen sowie starkes Überschwingen um den Sollwert auftreten. Aus diesem Grund zieht man häufig einen PID-Regler vor. Falls bei der Druck- oder einer anderen Regelung Störeinflüsse aus dem Prozess auftreten, die zwar gemessen aber nicht beeinflusst werden können, gibt es die Möglichkeit auf externe Reglerfunktionen zurückzugreifen. In der Online-Darstellung unserer Marktübersicht sind neben weiteren Besonderheiten einige dieser als Regelstrukturen bezeichneten Funktionen aufgeführt wie die Störgrößenaufschaltung, die Kaskaden- oder die Verhältnisregelung. Die Regler selbst müssen neben ihrer normalen Betriebsaufgabe auch in der Lage sein, bei gravierenden Störungen Alarme auszulösen um Zerstörungen auf der Regelstrecke zu vermeiden. (ghl)n
