Mit dem Begriff Steuerungstechnik meinen wir alle Techniken, mit Hilfe derer es möglich ist, Prozesse zu beeinflussen. Wir befassen uns also mit Techniken, die es uns erlauben Technische Prozesse zu steuern.
Ein (Technischer) Prozess ist ein Vorgang zur Umformung und/oder zum Transport von Material, Energie und/oder Informationen.
Wie wir schon wissen, ist die Technologie, die zur Steuerung von Prozessen eingesetzt wird, als Ersatz für die menschliche Arbeitskraft und vornehmlich zu Entlastung des Menschen und damit zur Wertsteigerung der Human Resources gedacht.
So liegt der Schwerpunkt der Automatisierung im Produktionsbereich. Darin unterscheiden wir hauptsächlich in vier Prozessklassen:
Ein automatischer Arbeitsablauf eines Technischen Prozesses erfordert, dass bestimmte physikalische Größen gemessen und eventuell konstant gehalten werden. Die Abläufe während des Prozesses werden gesteuert. Daraus ergeben sich für ein Steuerungssystem folgende Aufgaben:
Unter dem Prozessor ist nicht ausschließlich ein Computer gemeint. Hier finden lediglich die logischen Verarbeitungsprozesse statt, und das kann in verschiedenen Techniken bewerkstelligt werden.
Eine Steuerung beeinflusst einen Prozess (oder eine Steuerstrecke).
Die auf die Steuereinrichtung einwirkenden Eingangsgrößen xe werden im System verknüpft und als Ausgangsgrößen xa ausgegeben.
Unter einer Steuerung wird in der Praxis oft das Automatisierungsgerät verstanden. Dieses arbeitet nach dem (dtsch.) EVA-Prinzip.
Allgemein wird eine automatisierte oder gesteuerte Anlage über die Ausgangsgrößen der Steuerung bzw. sogenannte Stellglieder, die in den zu steuernden Energiefluss oder Massenstrom (den technischen Prozess) eingreifen, beeinflusst.
Für die Darstellung der eigentlichen Steuerung in Verbindung mit der zu steuernden Anlage gilt folgendes Prinzipschema.
Der Druck eines Kompressors wird über die Ansaugmenge gesteuert. Dabei ist das Öffnen und Schließen des Schiebers der Steuervorgang. Der Schieber, dessen Stellung sich auf die Ansaugmenge auswirkt, ist das Stellglied. Die Öffnung, die der Schieber freigibt, ist die Stellgröße. Das Handrad, durch das der Schieber betätigt wird, ist die Steuereinrichtung.
Die unterschiedliche Belastung des Druckluftnetzes durch die Verbraucher, wirkt als Störgröße z auf die Steuerung ein. Dies gilt auch für Drehzahlschwankungen bzw. Änderungen des Wirkungsgrades, die durch den Verdichter entstehen.
Man spricht bei einer Steuerung von einer Signalkette oder einem offenen Wirkungsablauf.
Die Signale des Stellers laufen von der Signaleingabe über die Signalverarbeitung direkt zur Signalausgabe. Im Fall unserer Druckluftsteuerung wäre das Eingangssignal die Öffnung des Ansaugstutzens des Kompressors. Diese Öffnung kann beliebig groß sein das hieße sie gäbe ein Analoges Signal an die Steuerung weiter. Damit wäre auch der gelieferte Druck entsprechend dem Stellersignal beliebig groß, also ist das Ausgangssignal wieder dementsprechend ein analoges.
Durch den offenen Wirkungsablauf einer Steuerung ist es nicht möglich, Störgrößen wie oben beschrieben auszugleichen.
Den Ausgleich diverser Störungen übernimmt ein Regler.
Die Regelung hat die Aufgabe, trotz störender Einflüsse einer Störgröße zden Wert der Regelgröße x an den durch die Führungsgröße w vorgegebenen Wert mittels einer Stellgröße y anzugleichen.
Die Beeinflussung der Regelstrecke erfolgt also kurz gesagt durch den Vergleich der = die zu regelnde Größe xAusgangsgröße der Regelstrecke mit einer vorgegebenen = die Führungsgröße wSollwert.
Hier ist deutlich der geschlossene Wirkungsablauf zu erkennen, im Gegensatz zum offenen Wirkungsablauf der Steuerung. Man spricht in diesem Fall von einem Regelkreis.
Links die Steuerung mit dem offenen und rechts die Regelung mit dem geschlossenen Wirkungsablauf. Man beachte die Signalrückführung mit dem umgekehrten Vorzeichen! Der beschriebene Vergleich ist mathematisch betrachtet also eine Summe mit negativen Vorzeichen
Macht der Balg auf, so bewirkt der Hebel ein schließen des Einströmventils. Hier wird die negative Signalrückführung deutlich.
Aus der Elektronik entlehnt ist folgende Darstellung einer Regelung. Gut sichtbar wird die Vergleichsstelle zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße. In der Elektronik wird aus dem Knoten- oder Summenpunkt ein Summen- oder Operationsverstärker.(Analogwertsummierer)