Erfolgsfaktoren von digitalen Steuerungssystemen

digitale steuerungssysteme

Steuerungssysteme sind allgegenwärtig und mit dem bloßen Auge nicht zu erkennen. Kontrollsysteme werden eingesetzt, um das Verhalten von Geräten kontinuierlich, wiederholbar und vorhersehbar zu regulieren. Dabei kann es sich um einfache elektronische oder elektrische Geräte oder um sehr komplexe computergesteuerte Systeme handeln.

Lesetipp: Das Institut für Automatisierungstechnik und Softwaresysteme (IAS) forscht an der Universität Stuttgart mittels einem Demonstrator hinsichtlich Verteilte versus zentrale Steuerungskonzepte

1. Erfolgsfaktor: Das Steuerungs- und Kontrollsystem

Zu den Grundlagen eines Kontrollsystems gehört die Messung eines Fehlersignals und die anschließende Anpassung des Systems, um den gewünschten Kurs oder das gewünschte Ergebnis zu erreichen. Wenn das System zu schnell abweicht und das Kontrollsystem nicht in der Lage ist, den Kurs oder das Ergebnis zu korrigieren, ist das Kontrollsystem nicht in der Lage, die Störungen zu bewältigen.

Einige grundlegende Beispiele für ein Kontrollsystem sind:

  • der Tempomat in einem Kraftfahrzeug
  • die Temperaturregelung in einem Gebäude
  • die chemischen Konzentrationen im Trinkwasser
  • die Geschwindigkeit eines Förderbands in einer Prozessanlage

Kontrollsysteme werden im Haushalt, in der allgemeinen Industrie, im Militär und in praktisch jedem modernen Fahrzeug der Welt eingesetzt. Steuersysteme sind in SCADA– und Industrieautomatisierungssystemen weit verbreitet.

In der Industrieautomation werden Steuersysteme und Kontrollsysteme eingesetzt, um den Betrieb von Geräten in Echtzeit zu regeln.

Regelkreise als Grundlage

In einem geschlossenen Regelkreis wird das Rückkopplungssignal (Fehler) des Reglers (RTU, PLCS, DCS) verwendet, um die Regelgröße so einzustellen, dass der Prozess ständig versucht, den Betriebssollwert zu erreichen. Das hier beschriebene System wird allgemein als Regelkreis bezeichnet. Der Regler muss über ein geeignetes dynamisches Verhalten verfügen, um das System so einstellen zu können, dass es stabil bleibt.

Beispiel: Ist der Regler nicht in der Lage, sich auf einen stabilen Zustand einzustellen (d. h. mit minimalem Schwanken), wird der Regelkreis als “außer Kontrolle” bezeichnet.

Bei sehr komplexen Prozessen kann ein einzelner Regelkreis nicht ausreichen, um den Prozess zu stabilisieren. Kaskadierte Regelkreise können in Situationen eingesetzt werden, in denen der Prozess mäßig komplex ist und sich in Bezug auf die Zeit “schnell ändert”, während für langsam ablaufende Prozesse wie Destillation, Bioreaktoren usw. fortschrittliche Prozessregler erforderlich sein können.

Scharfschaltung und Unscharfschaltung

Wenn es beispielsweise brennt und ein Einbruch in ein Haus oder Auto erfolgt, so spricht man von einer Scharfschaltung, indem der Alarm kontrolliert eingeschaltet wird. Soll anhand von Parametern oder Signalen ein Gerät kontrolliert ausgeschaltet werden, so spricht man von einer Unscharfschaltung.

VDS Scharfschaltung und Unscharfschaltung

Bildquelle: sesamsec

Aus der Vergangenheit bekannt, ist die Nutzung von Schlüsseln, für das kontrollierte Ein- und Ausschalten der Geräte. Token und Transponder haben diese Technologie jedoch weitestgehend abgelöst, indem über die Funk-Technologie das kontrollierte Ein- und Ausschalten erfolgt.

Weitere Möglichkeiten zur Scharfschaltung /Unscharfschaltung:

  • Mittels Buchstaben oder Zahlenkombinationen (geistiger Verschluss)
  • Fingerabdrucksensoren
  • Kontrolle und Steuerung via Apps
  • elektronische Codiersysteme
  • Fernüberwachungssysteme

Erfolgsfaktor 2: Control Systems Engineering

Control Systems Engineering ist der technische Ansatz, der verfolgt wird, um zu verstehen, wie der Prozess durch Automatisierungsgeräte gesteuert werden kann, und um diese in den Betrieb zu implementieren. Verfahrensingenieure entwerfen Anlagen, die auf eine bestimmte Weise funktionieren. Wie die Anlage funktioniert, wird vom Verfahrensingenieur mitgeteilt und von einem Ingenieur für Steuerungs- und Regelungssysteme interpretiert, der in der Regel die Funktionalität der Geräte dokumentiert, die Signale überwachen, den Prozess steuern, die Leistung messen, einschließlich der Akkumulation statistischer Daten, und wie die Daten an ein Host-System oder an andere Steuergeräte übermittelt werden. Für die Entwicklung von Steuerungssystemen ist ein breites Spektrum an Fachkenntnissen erforderlich, das elektrische, mechanische und Computersoftwaresysteme umfasst.

3. Erfolgsfaktor: Der Systemintegrator

Der Begriff “Systemintegrator” (SI) ist nicht nur für Personen oder Unternehmen reserviert, die Steuerungssystemtechnik anbieten. Der Begriff “Systemintegrator” wird im Allgemeinen verwendet, um Organisationen oder Einzelpersonen zu beschreiben, die Hardware- und Softwarekomponenten oder Teilsysteme zu einer Lösung zusammenführen. Die Praxis der Entwicklung der Lösung ist die Integration. Der Begriff wird von einer Reihe von Branchen verwendet, darunter IT,IoT, IIoT und industrielle Automatisierung. Anbieter aus diesen Branchen bezeichnen die Partner, die Dienstleistungen zur Entwicklung und Implementierung von Lösungen erbringen, häufig als “Systemintegratoren”. Ein Systemintegrator ist möglicherweise kein Ingenieur für Steuerungs- und Regelungssysteme, wenn er sich nur auf das Informationsmanagement, einschließlich Schnittstellen, die Erkennung von Anomalien und die Anlagenleistung konzentriert und nicht darauf, wie die Regelkreise im Hinblick auf die Anlagenoptimierung funktionieren.

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