Regeltechnik

Wussten Sie, dass die Speicherprogrammierbare Steuereinrichtung (SPS) als die in der Praxis am meisten verwendete Steuerungseinrichtung in der Automatisierungsindustrie bezeichnet wird? SPS hat sich zu einem Massenprodukt entwickelt und wird weltweit in Millionenstückzahlen hergestellt. Doch die Grundlage vieler dieser Automatisierungslösungen und Technologien bildet die Regelungstechnik. Sie sorgt dafür, dass Systeme stabil, effizient und sicher arbeiten – unabhängig von äußeren Störungen.

Die Regeltechnik zielt darauf ab, Stabilität in einem geregelten Prozess zu gewährleisten, die weitgehend unabhängig von Störgrößen ist. Nahezu alle Geräte, Einrichtungen und Anlagen im industriellen sowie im privaten Umfeld enthalten Aspekte der Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik. Insbesondere in der Europäischen Union müssen Maschinen mit Regelungstechnik die Rahmenbedingungen der Maschinenrichtlinie erfüllen, die hohe Standards für Sicherheit und Effizienz setzt.

Ein herausragendes Beispiel für ein Unternehmen, das seit Jahrzehnten die Regeltechnik prägt, ist die AK Regeltechnik GmbH. Seit 1976 bietet sie innovative und hochwertige Lösungen für verschiedene Branchen an, darunter Landwirtschaft, Umwelttechnik, Flüssiggasindustrie und Industrieanlagenhersteller in Deutschland und Europa. Das Unternehmen legt großen Wert auf die enge Verzahnung von Entwicklung, Planung und Fertigung. Mit einem geschulten und erfahrenen Team bietet AK Regeltechnik GmbH nicht nur individuell entwickelte Produkte, sondern auch Wartungs- und Reparaturdienstleistungen an.

Wichtige Erkenntnisse

• Die SPS ist die meistverwendete Steuerungseinrichtung in der Automatisierungsindustrie.
• Regelungstechnik gewährleistet Stabilität und Effizienz in Prozessen, unabhängig von Störgrößen.
• Alle modernen Geräte und Anlagen beinhalten Aspekte der Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik.
• Maschinen in der EU müssen die Maschinenrichtlinie erfüllen, um Sicherheit und Effizienz sicherzustellen.
• AK Regeltechnik GmbH ist ein Veteran in der Branche mit maßgeschneiderten Lösungen und umfassenden Dienstleistungen.

Grundlagen der Regeltechnik

Die Regeltechnik, auch bekannt als technische Kybernetik, bildet eine fundamentale Basis für die Automatisierungstechnik. Sie integriert Prozesse wie Messen, Steuern und Regeln in industriellen Arbeitsabläufen und ist ein unverzichtbarer Bestandteil in Branchen wie der Automobilindustrie, Prozessindustrie und Mechatronik. Für Neueinsteiger bietet die Regeltechnik Einführung wertvolle Einblicke in diese Disziplin, die als Schnittstelle zwischen Ingenieurwissenschaften und Informatik agiert.

Definition und Einführung

Die Regelungstechnik ist ein Teilgebiet der Automatisierungstechnik, das sich mit der Beeinflussung dynamischer Systeme beschäftigt. Ziel ist es, ein System so zu beeinflussen, dass bestimmte gewünschte Zustände erreicht und gehalten werden. Dabei spielen Messgeräte, wie Sensoren, eine grundlegende Rolle, da sie Daten über den aktuellen Zustand eines Systems liefern. Diese Daten werden anschließend an einen Regler weitergeleitet, der die notwendigen Steuersignale generiert. Aktuatoren wie Motoren setzen diese Signale in mechanische Bewegungen oder andere Aktionen um.

Historische Entwicklung

Die Geschichte der Regeltechnik reicht bis in die Antike zurück, wo erste Prinzipien der Regelung in mechanischen Wasseruhren zum Einsatz kamen. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts erlebte die Regeltechnik einen signifikanten Entwicklungssprung, bedingt durch Fortschritte in der Elektronik und Rechentechnik. Heute findet man Regeltechnik in nahezu jedem technischen Gerät, von einfachen Haushaltsgeräten bis hin zu komplexen industriellen Anlagen. Fachbücher wie „Einführung in die Regelungstechnik“ von Heinz Mann und „Kleine Formelsammlung Regelungstechnik“ von Birgit Steffenhagen bieten tiefgehende Einblicke in das Thema und sind wertvolle Ressourcen für Studierende und Fachleute.

Komponenten eines Regelkreises

Ein Regelkreis ist ein komplexes System, das aus mehreren essenziellen Komponenten besteht. Diese Komponenten arbeiten zusammen, um die gewünschte Regelung in verschiedenen Anwendungen zu erreichen, sei es in der Industrieautomation oder im Qualitätsmanagement. Sensoreinheiten, Aktoren und Regelalgorithmen sind dabei von zentraler Bedeutung.

Sensoreinheiten

Sensoreinheiten spielen eine kritische Rolle in jedem Regelkreis. Sie erfassen physikalische Größen und wandeln sie in elektrische Signale um, die für die Regelung verwendet werden. In industriellen Regelkreissystemen werden primäre Sensoren eingesetzt, um Prozessvariablen zu messen und präzise Regelungen zu ermöglichen. Ein Beispiel sind Kraftmessdosen, die Kräfte an laufenden Bahnen erfassen und elektrische Signale zur Regelung der Bahnspannung weitergeben.

Aktoren

Aktoren sind die ausführenden Elemente eines Regelkreises. Sie wandeln die Steuersignale in mechanische Bewegungen um und beeinflussen so die Regelgröße direkt. Typisch für Systeme mit geschlossenem Regelkreis sind Drehmomenterzeuger, die mithilfe von Messgeräten, wie Spannungsmessungen, genau justiert werden können. Stellglieder sind ebenfalls wichtige Aktoren, da sie durch die Signale des Reglers Mechanismen und Systeme regulieren.

Regelalgorithmen

Regelalgorithmen sind die Herzstücke eines jeden Regelkreises. Sie verarbeiten die von den Sensoreinheiten gelieferten Informationen und treffen Entscheidungen über die erforderlichen Anpassungen mittels der Aktoren. Der PID-Regler, der Proportional-, Integral- und Differenzialanteile kombiniert, ist ein klassisches Beispiel für Regelalgorithmen. Er sorgt für eine präzise Anpassung der Regelgröße an den Sollwert. Moderne Systeme setzen zunehmend auf vernetzbare Geräte und fortgeschrittene Algorithmen, um eine noch feinere und effizientere Regelung zu ermöglichen.

Anwendungsbereiche der Regeltechnik in der Automatisierungstechnik

Regeltechnik findet umfangreiche Anwendung in der Automatisierungstechnik. Sie spielt eine entscheidende Rolle in der Optimierung industrieller Prozesse sowie in der Steuerung und Überwachung von Gebäudeautomationssystemen. Dank der Fortschritte auf diesem Gebiet können verschiedene Systeme präzise und effektiv gesteuert werden.

Industrieautomation

In der Industrieautomation ermöglicht Regeltechnik eine hocheffiziente Steuerung und Überwachung von Produktionsprozessen. Beispiele umfassen die automatisierte Temperaturregelung, Druckregelung in chemischen Anlagen, sowie die Geschwindigkeits- und Positionskontrolle in der Robotik. Durch den Einsatz der Regelungstechnik können Unternehmen Produktionsprozesse optimieren und Fehler im Ablauf reduzieren.

Gebäudeautomation

Die Gebäudeautomation profitiert ebenfalls enorm von der Regeltechnik. Sie findet Einsatz in Klima- und Heizungssystemen, wie beispielsweise präzise Temperierung und Energiemanagement. Ein gutes Beispiel ist die Konstant-Temperaturregelung im Haushalt, etwa in Heizungsanlagen und Kühlschränken. Durch eine präzise Regelung können Ressourcen effizient genutzt und Energie gespart werden, was zur Umweltfreundlichkeit beiträgt.

Die Bedeutung der Regeltechnik in der Automatisierungstechnik wird durch die Normung und Standardisierung, wie sie in der DIN IEC 60050-351 definiert ist, weiter unterstrichen. Dies gewährleistet eine hohe Zuverlässigkeit und Qualität in den Anwendungen, sowohl in der Industrieautomation als auch in der Gebäudeautomation.

Prozessregelung: Ein zentraler Bestandteil der Regeltechnik

Die Prozessregelung ist unerlässlich für die Aufrechterhaltung optimaler Betriebsbedingungen in verschiedenen Industriebereichen. Sie beinhaltet die Regulierung von Temperatur, Druck und Feuchtigkeit, um die Produktqualität und Energieeffizienz zu maximieren.

Temperaturregelung

Die Temperaturregelung ist eine der wichtigsten Anwendungen der Prozessregelung. Sie wird in einer Vielzahl von Sektoren eingesetzt, darunter chemische Reaktoren, Stromnetze und thermische Abfallbehandlungsanlagen. Eine präzise Temperaturregelung ist entscheidend, um die gewünschten chemischen Reaktionen zu gewährleisten und gleichzeitig die Effizienz der Anlagen zu erhöhen. Durch den Einsatz moderner Sensortechnik können Temperaturen kontinuierlich überwacht und geregelt werden.

Druckregelung

Die Druckregelung ist ein weiterer zentraler Aspekt der Prozessregelung. In der Prozessindustrie bedeutet die Regelung von Druck, dass die Produktionsanlagen sicher und effizient arbeiten. Ein Beispiel dafür ist die Druckregelung in Kesseltrommelniveauregelungen, die in thermischen Abfallbehandlungsanlagen eingesetzt werden. Die Automatisierung und die fortgeschrittenen Regelungsstrategien wie Advanced Process Control (APC) ermöglichen es, Druckschwankungen zu minimieren und die Gesamtleistung des Systems zu verbessern.

Feuchteregelung

Die Feuchteregelung ist besonders in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie von großer Bedeutung. Hier hilft die Feuchteregelung dabei, die idealen Bedingungen für die Lagerung und Produktion zu gewährleisten. Ein genauer und stabiler Feuchtigkeitsgehalt trägt zur verlängerten Haltbarkeit von Produkten und zur Vermeidung von Qualitätseinbußen bei. Die Integration von Messsystemen direkt in die Fertigungsanlagen ermöglicht die effektive Erfassung und Steuerung von Feuchtigkeitsdaten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Prozessregelung inklusive Temperaturregelung und Druckregelung integrale Bestandteile der modernen Regeltechnik darstellen. Verbesserte Regelungsstrategien und die kontinuierliche Überwachung durch fortschrittliche Sensoren tragen wesentlich zur Leistungssteigerung und Effizienz in der Industrie bei.

Wichtige Regelungsalgorithmen und ihre Anwendungen

In der modernen Regelungstechnik spielen verschiedene Regelungsalgorithmen eine Schlüsselrolle. Diese Algorithmen tragen wesentlich zur Präzision und Effizienz in der Automatisierungstechnik bei und bieten flexible Antwortmöglichkeiten auf dynamische Bedingungen in industriellen Prozessen und anderen Anwendungen.

PID-Regler

Der PID-Regler (Proportional-Integral-Derivative-Regler) ist eines der am weitesten verbreiteten Regelalgorithmen in der Rückkopplungssteuerung. Er hilft dabei, die Differenz zwischen dem Sollwert und dem Istwert zu minimieren. In zahlreichen Anwendungen wie der industriellen Automatisierung und der Robotik ermöglicht der PID-Regler eine genaue Kontrolle durch eine Kombination aus proportionaler, integraler und differenzieller Aktionsweisen.

Fuzzy-Logik

Die Fuzzy-Logik erweitert die Möglichkeiten der klassischen Regelungstechnik, indem sie unscharfe Mengen und Regeln verwendet, um Systeme zu steuern, die nichtlineare oder schlecht definierte dynamische Eigenschaften aufweisen. Dies ist besonders nützlich in Situationen, in denen menschliches Fachwissen in Form von sprachlichen Regeln besser geeignet ist als mathematische Modelle. Anwendungen der Fuzzy-Logik finden sich unter anderem in Haushaltsgeräten, Autos und industriellen Prozessen.

Adaptive Regelung

Die Adaptive Regelung stellt sicher, dass Steuerungsverfahren auf sich ändernde Umgebungsbedingungen reagieren können. Sie ist entscheidend für Anwendungen, bei denen Systemparameter über die Zeit variieren, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt, bei autonomen Fahrzeugen und in der Energieversorgung. Dieser Ansatz passt die Regelparameter kontinuierlich an und gewährleistet eine optimale Performance über verschiedene Betriebsbedingungen hinweg.

Neue Trends in der Automatisierungstechnik

Die Automatisierungstechnik entwickelt sich rasch weiter, getrieben von Innovationen wie dem Internet der Dinge (IoT), künstlicher Intelligenz und Funktechnologien. In einer umfassenden Studie, in der 159 Hersteller von Automatisierungstechnik befragt wurden, zeigt sich, dass dezentrale Intelligenz und standardisierte BUS-Systeme im Trend liegen. Diese Entwicklungen fördern die Effizienz und Flexibilität in verschiedenen Industriezweigen.

Internet der Dinge (IoT)

Das Internet der Dinge (IoT) ermöglicht die Vernetzung von Maschinen und Geräten in Echtzeit. Diese Technologie ermöglicht eine nahtlose Kommunikation und Datenaustausch zwischen Geräten, was zu einer erhöhten Produktivität und Effizienz führt. Laut der Studie sind vor allem die Pharmazie, die Fahrzeugzuliefererbranche und die Nahrungs-/Genussmittelindustrie attraktive Absatzmärkte für IoT-Lösungen in der Automatisierungstechnik. Diese Branchen erwarten einen überdurchschnittlichen Zuwachs in der Nutzung von IoT-Technologien.

Künstliche Intelligenz in der Regeltechnik

Künstliche Intelligenz revolutioniert die Regeltechnik durch verbesserte Datenanalyse und automatisierte Entscheidungsfindungsprozesse. Hersteller wie Mitsubishi Electric Europe integrieren KI-Funktionen in ihre Verstärker für vorausschauende Wartung. Dies führt zu einer verbesserten Maschinenproduktivität und reduziert unerwartete Ausfallzeiten. Auch KEB Automation betont die Bedeutung intelligenter Antriebe zur Steigerung der Produktivität und zur Optimierung von Produktdesigns.

Funkbasierte Sensortechnologien

Funktechnologien erweitern die Möglichkeiten der Datenerfassung und -integration in Echtzeit. Mit fortschrittlichen Sensortechnologien können präzise und zuverlässige Daten erfasst und verarbeitet werden. Solche Technologien sind besonders wichtig in Verpackungs- und Materialflusstechnik sowie in der Steuerungs- und Regelungstechnik. Die Studie hebt hervor, dass in der Automatisierungstechnik zunehmend Low-Cost- und Modularisierungslösungen sowie standardisierte Prozesse bevorzugt werden, um die gesammelten Daten effizient zu nutzen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dezentrale Intelligenz, IoT, künstliche Intelligenz und Funktechnologien wesentliche Treiber der aktuellen Trends in der Automatisierungstechnik sind. Diese Technologien ermöglichen innovative Lösungen, die sowohl die Produktivität als auch die Effizienz in verschiedenen Industriezweigen steigern.

Steuerungstechnik versus Regeltechnik: Unterschiede und Gemeinsamkeiten

Steuerungstechnik und Regeltechnik spielen eine zentrale Rolle in der Automatisierungstechnik und tragen dazu bei, technische Abläufe zu automatisieren, den Komfort zu steigern oder Arbeitsabläufe zu vereinfachen. Trotz ihrer Gemeinsamkeiten gibt es wesentliche Unterschiede zur Regeltechnik, die verstanden werden müssen, um die richtige Technik für die jeweilige Anwendung auszuwählen.

Definitionen und Abgrenzungen

Steuerungstechnik bezieht sich auf den Prozess, bei dem aufgrund eines vordefinierten Programms oder spezifischer Eingaben bestimmte Aktionen ausgelöst werden. Eine einfache Steuerung besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Sensor (Fühler), einem Steuergerät und einem Aktor (Antriebselement). Die Grundlage einer Steuerung, wie sie nach DIN definiert ist, basiert auf der im Steuergerät hinterlegten Soll-Größe und den eingehenden Informationen der Eingangsgröße. Dies führt zu einem offenen Wirkungsweg, ohne Rückkopplung zur Kontrolle der Soll-Größe.

Im Gegensatz dazu basiert die Regelungstechnik auf einem geschlossenen Regelkreis, der kontinuierlich die Ist-Größe mit der Soll-Größe vergleicht. Ziel der Regelung ist es, sicherzustellen, dass die Soll-Größe erreicht und konstant bleibt. Diese Technik nutzt Feedback-Schleifen, um zu überprüfen, ob die gewünschten Bedingungen erfüllt werden, und passt entsprechend die Eingaben an.

Anwendungsfälle

Die Steuerungstechnik findet breite Anwendung in verschiedenen Arten von Steuerungen, wie Führungssteuerung, Haltegliedsteuerung, Zeitplansteuerung, Wegplansteuerung und Ablaufsteuerung. Diese Arten von Steuerungen sind entscheidend für Systeme, bei denen feste Programme und vorhersehbare Abläufe abgearbeitet werden müssen, beispielsweise in Produktionsstraßen oder automatisierten Gebäudetechniken.

Regeltechnik hingegen kommt zum Einsatz, wenn präzise Kontrolle und Anpassungsfähigkeit an wechselnde Bedingungen erforderlich ist. Beispiele hierfür sind Prozesse wie die Außen- und Raumtemperaturregelung in Heizsystemen, wo Temperatursensoren (Fühler), Regelgeräte und Motorventile eine wesentliche Rolle spielen. Durch den Einsatz eines geschlossenen Wirkungsablaufs kann die Raumtemperatur genauer und konstanter gehalten werden als mit einer einfachen Steuerung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl die Steuerungstechnik als auch die Regeltechnik unverzichtbare Werkzeuge in der Automatisierungstechnik sind, die jeweils ihre spezifischen Stärken und Anwendungsbereiche haben. Die Unterschiede zur Regeltechnik müssen genau verstanden werden, um die optimalen Ergebnisse zu erzielen und Prozesse effizient zu gestalten.

Umweltaspekte in der Regeltechnik

Die Umweltaspekte in der Regeltechnik sind entscheidend für die Förderung der Energieeffizienz und Ressourcenschonung. Mit optimierten Betriebsabläufen und intelligenten Technologien trägt die Branche zur Entwicklung nachhaltiger Lösungen bei.

Energieeffizienz

Energieeffizienz ist ein zentraler Aspekt in der modernen Regeltechnik. Unternehmen wie die Regeltechnik Kornwestheim GmbH setzen auf innovative Systeme, um den Energieverbrauch zu minimieren. Dies wird durch eine präzise Steuerung und Regulierung von Produktionsprozessen erreicht.

Ressourcenschonung

Die Ressourcenschonung ist ein weiterer wichtiger Umweltaspekt, den die Regeltechnik adressiert. Maßnahmen wie die Entwicklung des ENOx-Systems zur primären Reduktion von Stickoxiden durch optimierte Brennersteuerung zeigen, wie der Ressourcenverbrauch und die Emissionen gesenkt werden können.

Nachhaltige Technologien

Nachhaltige Technologien sind integraler Bestandteil der Regeltechnik. Systeme wie OXYFIRE® PRO nutzen Abwärme aus Schmelzprozessen, um gasförmige Brennstoffe und Sauerstoff vorzuwärmen, was den Primärenergiebedarf erheblich reduziert und die Effizienz steigert. Solche Innovationen sind essenziell für eine nachhaltige Regeltechnik.

Berufsfelder und Ausbildung in der Regeltechnik

Die Welt der Regeltechnik eröffnet vielfältige Karrieremöglichkeiten für Personen, die sich für Elektrotechnik und Automatisierung interessieren. Die Nachfrage nach Fachkräften in dieser Branche ist hoch, und verschiedene Ausbildungs- und Studienmöglichkeiten stehen zur Verfügung, um den Einstieg und das berufliche Vorankommen zu unterstützen.

Ingenieure und Techniker

Ingenieure und Techniker für Regelungstechnik zeichnen sich durch ihre Fähigkeiten in der Planung, Gestaltung und Programmierung von Steuer- und Regelgeräten aus. Häufig arbeiten sie eng mit Kollegen aus der Messtechnik zusammen. Vielfältige Tätigkeiten wie die industrielle Automatisierung, Entwicklung neuer Technologien und die Durchführung von Funktions- und Demotests zählen zu ihrem Aufgabenbereich. Maschinen- und Anlagenbauer sind die größten Arbeitgeber, gefolgt von Unternehmen aus der Elektroindustrie. Automatisierungstechnik und damit verbundene Spezialisierungen, wie sie in der Energietechnik und Umwelttechnik gefragt sind, bieten exzellente Einstiegsmöglichkeiten und Karriereperspektiven.

Studiengänge und Weiterbildung

Universitäten und Fachhochschulen in Deutschland bieten spezialisierte Studiengänge an, die praxisnahe Ausbildung in Regelungs- und Messverfahren umfassen. Während des Studiums erhalten die Studierenden eine solide theoretische Grundlage, ergänzt durch praktische Erfahrungen. Ein typisches Azubi-Gehalt erstreckt sich über die Lehrjahre wie folgt: 1. Lehrjahr: 1.115 EUR, 2. Lehrjahr: 1.197 EUR, 3. Lehrjahr: 1.279 EUR, und 4. Lehrjahr: 1.354 EUR. Ausbildungsplätze, wie etwa für Mechatroniker für Kältetechnik (570 freie Plätze) und Elektroniker (289 freie Plätze), weisen auf die große Nachfrage hin. Ergänzend dazu bieten berufliche Weiterbildungen nach dem Studium zusätzliche Qualifikationen, die junge Fachkräfte weiter spezialisieren und ihnen in der Regeltechnik-Karriere zugutekommen.

Die Ausbildungsanforderungen für eine Karriere in der Regeltechnik umfassen neben einem technischen Verständnis auch eine Begeisterung für Automatisierung, Prozesstechnik und Mikroprozessortechnik. Ingenieure und Techniker in diesem Bereich sollten organisiert, neugierig und kontaktfreudig sein und wissenschaftliche Methoden gerne in ihrer Arbeit anwenden. Insgesamt bietet die Regeltechnik spannende Herausforderungen und exzellente Perspektiven in der heutigen und zukünftigen Arbeitswelt.