Labor für Steuer- und Regelungstechnik

Steuer- und Regelungstechnik beschäftigt sich mit dem Messen, Steuern und Regeln von automatisch laufenden Anlagen. Sie beinhaltet die Übernahme von Funktionen des Produktionsprozesses, Prozesssteuerungs- und Prozessregelungsaufgaben durch künstliche Systeme. Dabei ist es häufig der Fall, dass technische Systeme so beeinflusst werden, dass bestimmte zeitabhängige physikalische Größen (z.B. Temperatur, Geschwindigkeit, Durchfluss, etc.) ein vorgeschriebenes Verhalten aufweisen können. In einfachen Fällen sollen technische Größen konstant gehalten werden oder eine vorgegebene Trajektorie folgen. Diese Aufgaben sind mit Regelungen oder Steuerungen lösbar.

Ingenieure für Automatisierungstechnik können in verschiedenen zahlreichen Branchen in den Beruf einsteigen, wie z. B. in der Fertigungs- und Verpackungsindustrie, in der Autoindustrie, in der Luft- und Raumfahrttechnik, Robotik und IK sowie in der chemischen und der Lebensmittelindustrie.

Automatisch ablaufende Prozesse vollziehen sich vielfach nach dem Steuer- und/oder Regelkreisprinzip. Im Labor für Steuerungs- und Regelungstechnik wird das Wissen aus der Vorlesung durch Bearbeitung von praktischen Aufgaben vertieft und erweitert.

Labor für Steuer-und Regelungstechnik (Bild: Prof. Dr. Zwanzig)

Die Speicherprogrammierbaren Steuerungen von Siemens S300 bilden den Schwerpunkt im Teilbereich Steuerungstechnik. Den Studierenden wird im Labor die Möglichkeit geboten, selbstständig an den Geräten Aufgaben zu programmieren und zu testen. Die Aufgaben decken Verknüpfungssteuerung und Ablaufsteuerung. Beispiele dafür:

• Ampelsteuerung
• Zylindersteuerung
• Förderbandsteuerung

Im Teilbereich Regelungstechnik wird das Verhalten dynamischer Systeme, wenn sie mit einem Signal beaufschlagt sind, erklärt. Mit Hilfe von Matlab-Simulink können die Studierenden mathematische Modelle für verschiedene Systeme erstellen und erproben (mechanische, elektrische, thermische oder hydraulische Systeme). Die verschiedenen Arten von Strecken (Systemen) können getestet und deren Verhalten veranschaulicht werden. Die Studierenden lernen an Hand von Entwurfs- und Syntheseaufgaben von Reglern die Eigenschaften von den verschiedenen Reglertypen (z.B. P-, PI- PID-Regler) und wie die Regelparameter einzustellen sind.

Beispiele für die regelungstechnischen Aufgaben:

• Regelung eines DC-Motors
• Regelung einer Verladebrücke
• Füllstandsregelung

Die Einstellung der Regelparameter eines PID-Reglers wird an dem Versuch für Füllstandsregelung demonstriert.

Inhalt von Vorlesung und Praktika

Begriffe der Regelungstechnik ( DIN 19226 ) wie Wirkungsplan, Verhalten dynamischer Systeme, Kennlinien- Differentialgleichungen für elementare Übertragungsglieder, Stetige und unstetige Regeleinrichtungen im geschlossenen Regelkreis ( PID – Regler ) mit verschiedenen Strecken und Stabilitätskriterien sind Bestandteil der Veranstaltung. Untersuchung von P-Tn- Regelstrecken,  Aufnahme von Sprungantworten mit P-, PI und PID – Reglern. Einleitend werden die Grundlagen und die Bedeutung der Steuerungstechnik dargestellt. Anhand von konkreten Beispielen werden reale Prozesse durch sogenannte Systembeschreibungen umgesetzt und dadurch handhabbarer gemacht für die konstruktive Auslegung von Steuer- und Regelungseinrichtungen. Arbeitsweise, Programmierung und Grundfunktionen wie UND, ODER, NICHT, TIMER, Zähler und Vergleicher stehen hier im Vordergrund.

Das Schwerpunktfach beinhaltet Vorlesung, Übungen und Praktika im Gesamtumfang von 6 SWS im 3. Semester.