SPS Programmierung
am Beispiel eines Bioreaktors
Stetige Regler
Stetige Regler liefern ein stetiges Ausgangssignal (z.B. 0... 20 mA). Ihr Stellgrad kann im Bereich
von 0 ... 100% liegen, wobei sich das Ausgangssignal proportional zum Stellgrad verhält.
PID-Regler:
Aufgrund seiner universellen Einsetzbarkeit und seiner hohen, preiswerten Verfügbarkeit kommen für die meisten regelungstechnischen Aufgaben PID-Regler zum Einsatz, wobei die Regelglieder unabhängig voneinander parametriert werden können.
Übertragungsglieder
Die am häufigsten verwendeten Übertragungsglieder sind:
Die Parametrierung von Reglern erfolgt häufig anhand von Erfahrungswerten. Sind keine Erfahrungswerte vorhanden, muss zuerst des Verhalten der Strecke analysiert werden. Aus den ermittelten Kennlinien des Streckenverhaltens werden Kennzahlen abgeleitet, aus denen sich mit Hilfe von Tabellen die optimalen Reglerparameter berechnen lassen.
P-Regler
Die Sprungantwort des P-Reglers ist linear zum Eingangssprung. Dabei ändert sich die Regelgröße x proportional zur Stellgröße y. Der P-Regler reagiert dabei unmittelbar auf eine Veränderung der Regelgröße. Er neigt zu Schwingungen bei großem Proportionalfaktor Kp. Der P-Regler arbeitet mit einer dauerhaften Sollwertabweichung.
Da die Übertragung von Energie immer eine endliche Zeit in Anspruch nimmt, kommt gibt es kaum Strecken mit reinem P-Verhalten. Ist die Verzögerung zwischen Stell- und Regelgröße aber so gering, dass sie regelungstechnisch keinen Einfluss hat, spricht man von der proportionalen bzw. P-Strecke.
(Beispiel für eine P-Regelstrecke: Durchflussregelung)
I-Regler
Der I-Regler stellt die Regelgröße exakt auf die Führungsgröße ein. Er benötigt mehr Zeit für den Regelvorgang als der P-Regler. Der I-Regler regelt präzise, dafür aber langsam und er neigt zu Schwingungen.
Eine integrale Regelstrecke ist eine Strecke ohne Ausgleich. Ist die Stellgröße ungleich null, nimmt die integrale Strecke keinen Gleichgewichtszustand ein. Sie antwortet mit einer fortwährenden Änderung, entweder stetigem Steigen oder Fallen. (vgl. Füllstandsregelung)
D-Regler
Der D-Regler erzeugt einen Stellwert, der der Steigung der Soll-/Istwertabweichung proportional ist. Daraus resultiert ein höhere Gegenregelung, je schneller sich die Regelabweichung verändert. Bleibt eine Differenz konstant bestehen, so wird der D-Regler diese nicht ausgleichen, da die Steigung in diesem Fall null beträgt.
Totzone bei PID-Reglern
Für PID-Regler können sie Totzonen einstellen. Bleibt die Regelabweichung innerhalb der Totzone, hält der Reglerausgang einen konstanten Wert oder wird auf Null gesetzt . für Regelstrecken mit stochastisch schwankenden Istwerten ermöglichen Totzonen eine stabile Regelung bei minimierten Stellgliedbewegungen. Bei Reglern mit Split-Range-Ausgängen verhindern Totzonen ein Pendeln des Reglerausgangs (z.B. wechselnde Säure/Lauge-Titirierung durch den pH-Regler).