Industrielle Regelkreissysteme wurden entwickelt und ausgelegt, um die Regelung, die Prozessüberwachung und weitere Funktionen in den Fertigungswerken zu ermöglichen. Regelkreissysteme werden in industrielle Regelungssysteme integriert, um die gewünschten Prozesse und Funktionen zu gewährleisten. Sie bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten und verwenden eine programmierbare Software zur Reglung der zahlreichen Variablen in industriellen Verfahren zur Sicherstellung der Produktion. Alle Komponenten in einem Regelkreissystem müssen zur Regelung eines industriellen Prozesses aufeinander abgestimmt sein.
Was ist ein Regelkreis?
Regelkreissysteme überwachen und regeln die in der Industrie und bei der Fertigung eingesetzten Vorrichtungen, Messgeräte und Maschinen. Sie arbeiten mit Hardwarekomponenten und Softwareregelungsfunktionen, die zum Messen und Regeln der verschiedenen Kennwerte, die Einfluss auf das Verfahren haben, erforderlich sind. Betrachten Sie ein Regelkreissystem als ein Prozessmanagement-Tool, das eingesetzt wird, um eine Prozessvariable bei jedem Verfahrensschritt auf einem eingestellten Sollwert zu halten. Prozessvariable sind verschiedene programmierbare Kennwerte oder Parameter, die zur Überwachung und Regelung eines Prozesses erforderlich sind, um sicherzustellen, dass der Ausstoß innerhalb bestimmter Grenzwerte oder Mengen aufrechterhalten wird. Die Regelkreiskomponenten mit ihrer Instrumentierung messen zuerst die Prozessvariable, werten dann die Messung aus und halten sie danach innerhalb der festgelegten Grenzwerte.
Regelkreissysteme
Es gibt zwei Regelkreissysteme, die in industriellen Prozessen verwendet werden, ein System mit offenem Regelkreis und ein System mit geschlossenem Regelkreis. Die Systeme unterscheiden sich durch die eingesetzten Regelungsvorgänge.
System mit offenem Regelkreis
Bei dem System mit offenem Regelkreis erfolgen die Regelvorgänge unabhängig von der gewünschten Ausgabe, d.h. die Ausgabe wird nicht gemessen und auch nicht zum Vergleich zur Eingabe zurückgeführt. Sobald ein Eingabebefehl zum Regler gesendet wird, erzeugt dieser ein Stellsignal. Dieses Stellsignal wird als Eingabe zu dem geregelten Prozess gegeben und der gewünschte Vorgang wird durchgeführt. Praktisch arbeiten Systeme mit offenem Regelkreis ohne eine gegenseitige Kontrolle und folgen dem Eingabesignal unabhängig vom erreichten Ergebnis..
Ein Bahnspannungsregelsystem mit offenem Regelkreis besteht aus drei Hauptelementen: Regler, Drehmomenterzeuger (Bremse, Kupplung oder Antrieb) und Feedback-Sensor. Der Feedback-Sensor dient zur Angabe des Durchmesser-Wertes und der Prozess wird proportional zum Durchmessersignal geregelt (im Gegensatz zu kontinuierlichen Messungen auf der Basis direkter Rückmeldungen von der Bahn wie in Systemen mit geschlossenem Regelkreis). Da der Sensor die Durchmesseränderungen misst und dieses Signal an den Regler weiterleitet, regelt der Regler entsprechend das Drehmoment der Bremse, Kupplung oder des Antriebs, um die Bahnspannung aufrechtzuerhalten.
Systeme mit geschlossenem Regelkreis
Bei Systemen mit geschlossenem Regelkreis hängt das vom Regler kommende Stellsignal ausschließlich von der gewünschten Ausgabe ab. Zur Kontrolle des Resultats der Regelung auf die gewünschte Ausgabe gehen Informationen über die Ausgabe zur Eingabe zurück.
Systeme mit geschlossenem Regelkreis messen, überwachen und regeln den Prozess durch eine Rückmeldung, um die tatsächliche Ausgabe mit der gewünschten Ausgabe zu vergleichen. Dies senkt die Fehlerquote erheblich und man erhält die gewünschte Ausgabe oder eine entsprechende Meldung.
Ein Bahnspannungsregelsystem mit geschlossenem Regelkreis besteht aus vier Hauptelementen: Regler, Drehmomenterzeuger (Bremse, Kupplung oder Antrieb), Messgerät für die Bahnspannung und Messsignal. Der Regler erhält von einer Kraftmessdose oder einem Tänzerarm direkt am Material gemessene Spannungswerte. Eine Änderung der Bahnspannung führt zu einem elektrischen Signal, das der Regler mit der gewünschten Bahnspannung vergleicht. Der Regler ändert dann das Drehmoment der Drehmomenterzeuger, um den gewünschten Sollwert beizubehalten.
Komponenten eines Regelkreises
Primärsensor
Je nach dem Prozess sind die Primärsensoren die Hauptkomponenten der Regelkreis-Prozesse. Die Sensoren liefern zu den Prozessvariablen proportionale Signale, wie Durchmesser, Tänzerposition, Geschwindigkeit usw. und messen alle für den Regelkreis erforderlichen Änderungen. Diese Informationen gehen zum Regler zurück, um eine noch feinere Regelung zu erreichen.
Sensoren für die Bahnspannungsregelung
Kraftmessdosen
An laufenden Bahnen eingesetzte Kraftmessdosen sind Geräte zur Messung der vom Material kommenden Kräfte über kleinste Auslenkungen der Spannwalzen, an denen sie befestigt sind, und durch eine Verringerung oder Erhöhung der Bahnspannung der durch den Prozess laufenden Materialbahn hervorgerufen werden. Diese Messung führt zu einem elektrischen Signal (oft in Millivolt), das zum Regler geht und dort ausgewertet wird, um das Drehmoment zur Aufrechterhaltung der Bahnspannung entsprechend einzustellen.
Konverter
Konverter sind elektromechanische Vorrichtungen zur Umwandlung der vom Regler kommenden elektrischen Energie in die zur Einstellung der Drehmomenterzeuger erforderlichen Energieart. Sie werden zum Beispiel verwendet, um elektrische Energie mit einem IP-Konverter zur Drucklufteinstellung zu benutzen oder mit einem Gleichrichter den zur Steuerung von Motoren oder Magnetteilchen-Drehmomenterzeugern benötigten Gleichstrom zu erhalten.
IP-Konverte & Spannungswandler
Anzeigegeräte
Anzeigegeräte liefern ablesbare Informationen über Instrumentensignale bei der Automatisierung und industriellen Instrumentierung.
Anzeigegeräte bei der Bahnspannungsregelung
Rekorder
Rekorder sind Geräte zur Aufzeichnung erfasster Daten. Sie werden eingesetzt, um über einen bestimmten Zeitraum erhaltene Messdaten aufzuzeichnen. Bei der Integration in industrielle Regelungssysteme misst das Gerät die Prozesshistorie und kann zur Regulierungsaufsicht oder Überwachung eingereicht werden.
Regler
Regler sind standardmäßige Bestandteile von Prozessregelungssystemen. Sie sind verantwortlich für die Leistung und Funktion des Regelungssystems mit der Aufgabe, den jeweiligen Wert einer Prozessvariablen auf dem Sollwert zu halten.
Stellglied
Das Stellglied oder der Aktor ist das Bauteil einer Maschine, das als Teil des Korrekturelements nach Empfang eines vom Regler kommenden Signals für die Einstellung und Regelung eines Mechanismus oder Systems verantwortlich ist. Das Stellglied wandelt die Energie eines Signals in eine mechanische Bewegung um, wie z.B. zum Öffnen eines Ventils.
